輻射和禁帶寬度的關係

輻射和禁帶寬度的關(guan) 係主要體(ti) 現在半導體(ti) 材料中。禁帶寬度是半導體(ti) 材料的一個(ge) 重要參數，它決(jue) 定了半導體(ti) 材料對光的吸收、發射和探測等特性。以下是對輻射和禁帶寬度關(guan) 係的詳細解釋：

一、禁帶寬度的定義

禁帶寬度（Eg）是指半導體(ti) 價(jia) 帶頂和導帶底之間的能量差。在零度狀態下，半導體(ti) 內(nei) 部形成介電子帶，導帶上不含有電子，正常狀態下半導體(ti) 可看作是絕緣體(ti) ，不顯示導電性。當光子能量大於(yu) 禁帶寬度時，光子可以被半導體(ti) 材料吸收，產(chan) 生電子空穴對，從(cong) 而實現光電轉換。

二、輻射與禁帶寬度的關係

1. 光的吸收：

• 當入射光的能量（即光子能量Eph）大於(yu) 或等於(yu) 半導體(ti) 材料的禁帶寬度Eg時，光子會(hui) 被半導體(ti) 材料吸收，產(chan) 生電子空穴對。這是因為(wei) 光子能量足夠大，能夠激發價(jia) 帶中的電子躍遷到導帶，從(cong) 而形成電流。

• 反之，如果入射光的能量小於(yu) 禁帶寬度，光子則不會(hui) 被半導體(ti) 材料吸收，因為(wei) 能量不足以激發電子躍遷。

2. 光的發射：

• 半導體(ti) 材料在受到激發後（如光照或電流注入），會(hui) 產(chan) 生電子空穴對。當這些電子空穴對複合時，會(hui) 釋放出能量，通常以光子的形式發射出來。

• 發射出的光子的能量與(yu) 半導體(ti) 材料的禁帶寬度有關(guan) 。一般來說，禁帶寬度越大，發射出的光子的能量也越大，即光的波長越短（頻率越高）。

3. 光子型探測器的響應：

• 光子型探測器利用紅外輻射的光電效應來實現對紅外輻射的探測。其響應度受紅外輻射的波長影響，禁帶寬度越小，可探測的紅外輻射波長越長。

• 這是因為(wei) 禁帶寬度小的半導體(ti) 材料對低能量的光子更敏感，能夠吸收並響應更長波長的紅外輻射。

三、應用實例

以第三代寬禁帶半導體(ti) 氮化镓（GaN）為(wei) 例，其禁帶寬度大於(yu) 2eV，因此具有更寬的輻射波長範圍（200—1771nm），從(cong) 中紅外到深紫外完全覆蓋了整個(ge) 可見光區。這使得GaN基半導體(ti) 材料在高效、大功率的可見光發光器件以及高探測率的紫外-可見光探測器等領域具有廣泛的應用前景。

綜上所述，輻射和禁帶寬度的關(guan) 係主要體(ti) 現在半導體(ti) 材料對光的吸收、發射和探測等特性上。禁帶寬度的大小決(jue) 定了半導體(ti) 材料對光的響應範圍和效率，是半導體(ti) 材料選擇和應用的重要依據。