Hallo Experten,
Die Gap-Energie von Si liegt bei 1.1 eV (T=300K).
Dennoch benötigt ein ionisierendes Teilchen bei einem Si-Halbleiter-Detektor eine Energie von mindestens 3,23 eV.
Warum genügen nicht 1.1 eV ?
Gruss Martin
Der Grund dafür könnte sein, daß die DIREKTE Bandlücke von Silizium etwa 3.2 eV groß ist.
Man kann ja Halbleiter einteilen in direkte und indirekte Halbleiter. Die Unterscheidung ergibt sich aus der Bandstruktur des Halbleiters, also aus der energetischen Lage der möglichen Elektronen- und Lochzustände in einem (Quasi)Impuls - Energie (E(k))-Diagramm.
In grober Näherung kann man die Bänder im E(k)-Diagramm durch Parabeln annähern. Bei einem direkten Halbleiter liegt das Minimum der Parabel, auf welcher die Elektronenzustände liege, genau beim gleichen Impuls k wie das Maximum der Lochzustände.
Beim indirekten Halbleiter ist das nicht der Fall. Dort liegen das Energieminimum für Elektronen bei einem anderen Impuls als das Energiemaximum der Löcher.
Der Unterschied zwischen Minimum und Maximum - wohlgemerkt bei verschiedenen Impulsen k - nennt man indirekte Bandlücke, beim Silizium beträgt sie 1.1 eV. Der Unterschied zwischen Energie von Elektron und Loch bei GLEICHEM k nennt man direkte Bandlücke. Bei k=0 beträgt sie in Silizium 3.2 eV.
Übrigens kann Licht ohne Probleme schon bei einer Photonenenergie von 1.1 eV absorbiert werden. Allerdings muß nicht nur die Energieerhaltung sichergestellt werden, sondern auch die Impulserhaltung. Der fehlende Impuls kommt im Silizium meistens von Gitterschwingungen, von denen es bei T=300K ja mehr als genug gibt.
Warum dagegen Teilchen erst ab E=3.2 eV ionisieren können, ist mir immer noch nicht so ganz klar. Vermutlich gibt es keinen Prozeß, der bei der Ionisation von Teilchen im Si die Impulserhaltung ermöglicht.
Markus