窄带隙半导体

窄带隙半导体是指带隙小于0.5 eV，或红外吸收截止波长超过2.5微米的半导体材料。更广义的定义包括带隙小于硅（1.1 eV）的所有半导体。^{[1] [2]} 现代太赫兹^[3]、红外^[4] 和热成像^[5] 技术均基于此类半导体。

窄带隙材料应用于红外探测器和红外领域，以实现卫星遥感^[6]、远程通讯的光子集成电路^{[7] [8] [9]} 和无人驾驶车辆的Li-Fi系统^{[10] [11] [12] [13]}。这种半导体材料也是太赫技术的材料基础，其应用包括探测隐藏武器的安全监视系统^{[14] [15] [16]}、太赫兹断层扫描的安全医疗和工业成像系统 ^{[17] [18] [19]}，以及介电尾场加速器^{[20] [21] [22]}。 此外，嵌入窄带隙半导体的热光伏（英语：Thermophotovoltaic energy conversion） 发电可讲传统太阳能发电系统中浪费的部分能量转化为可用电能，该部分能量占据了太阳光谱的49%左右^{[23] [24]}。 航天和深海应用，以及真空物理装置中，常使用窄带隙半导体来实现超低温冷却。^{[25] [26]}

在尖端研发中，窄带隙半导体被制成纳米材料，其强烈的电子空穴耦合会与增加的量子限制效应相互作用^[27]，这给描述和设计带来了特殊的挑战。麻省理工学院的兰克斯提出的“兰克斯模型”扩展了k·p 方法来解决电子能带边缘的非抛物线性问题，但又缺乏精确性^[28]。 使用超级计算机利用密度泛函理论进行第一性原理计算，虽然可以得到更精确的能带曲率，但其对算力和算时的要求都太大。 唐爽和崔瑟豪斯夫人提出的“唐-崔瑟豪斯理论”^{[29] [30]} 引入了一种低维多带迭代法，以渐进式方法解决了这个问题，并得到了通用汽车的数据支持。^{[31] [32]}

2012年4月12日，麻省理工学院官网以封面新闻报道唐爽和崔瑟豪斯提出的“唐-德雷塞尔豪斯理论”，该理论提出了低维多带迭代法。

窄带隙半导体列表

材料	化学式	族	能隙 (300 K)
碲化汞镉（英语：Mercury cadmium telluride）	Hg1−xCdxTe	II-VI	0 to 1.5 eV
碲化汞锌（英语：Mercury zinc telluride）	Hg1−xZnxTe	II-VI	0.15 to 2.25 eV
硒化铅	PbSe	IV-VI	0.27 eV
硫化铅	PbS	IV-VI	0.37 eV
碲化铅	PbTe	IV-VI	0.32 eV
砷化铟	InAs	III-V	0.354 eV
锑化铟	InSb	III-V	0.17 eV
锑化镓	GaSb	III-V	0.67 eV
砷化镉	Cd3As2	II-V	0.5 to 0.6 eV
碲化铋	Bi2Te3		0.21 eV
碲化亚锡	SnTe	IV-VI	0.18 eV
硒化亚锡	SnSe	IV-VI	0.9 eV
硒化银	Ag2Se		0.07 eV
硅化镁	Mg2Si	II-IV	0.79 eV[33]

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