固体材料中,电子的运动是限制在能量带内的,分为价带和导带。而两能带之间的能量差距即为带隙(band gap),代表着固体材料的导电能力。如果能带之间的带隙很小,那么材料将表现出很好的导电性质,反之则会表现出绝缘性质。带隙基准就是基于这个电子带隙的概念,而不同的材料之间带隙大小不一,因此需要一个可比较的基准来加以衡量。
带隙基准是材料科学研究的重要内容之一,因为它反映的是材料的电学性质,关系到材料的导电性、光学以及量子效应等重要性质。而且在材料工程中,确定一个可比较的带隙基准可以帮助材料科学家和工程师更好的理解各种实验结果数据,指导新材料的设计和制备,同时也可以用于材料选择、表征和标准比较。
确定带隙基准并不是一项容易的工作,通常需要以下的方法:
1)基于受隙生成的方法,即用已知带隙的样品作标准;
2)独立于材料的能级,基于半导体材料的声子谱测量;
3)基于纯粹物理的理论模拟方法,如密度泛函理论(DFT)计算;
4)借助于参照物质的光学测量方法。
目前,在材料科学领域中常见的带隙基准包括以下几种:
1)绝缘体的带隙(如氧化铝、石英玻璃);
2)半导体的带隙(如硅、锗、氢化硅);
3)III-V族化合物半导体的带隙(如氮化镓、磷化铟);
4)II_VI族化合物半导体的带隙(如硫化锌、碲化镉);
5)内建电场消去法测定的引入杂质后的Si带隙。