АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

ОПТИЧЕСКОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Читайте также:
  1. Видимое излучение (оптическое)
  2. Возбуждение
  3. Возбуждение дела об административных правонарушениях и административное расследование
  4. Возбуждение производства по делу
  5. Возбуждение производства по делу в арбитражном суде.
  6. Возбуждение производства по заявлению или предложению.
  7. Вопрос№28 Механические свойства твердых тел. Кристаллы, аморфные вещества
  8. Геометрическое, оптическое восприятие формы
  9. Гистологическое строение, химический сосите и функции твердых тканей зуба
  10. ДЕФЕКТЫ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
  11. Диффузионные процессы в твердых телах
  12. Классификация сплавов твердых растворов.

Оптическое возбуждение твердых тел вызывается действием квантов электромагнитного излучения (фотонов) в диапазоне УФ, видимого и ИК-спектра. Согласно закону Эйнштейна, только поглощенный квант может оказать какое-либо воздействие на материал.

Интенсивность светового потока J (x) экспоненциально снижается в результате поглощения квантов света, в соответствии с законом Бугера – Ламберта:

J (x) = J (0) exp (- a x), (6.1)

где J (0) – интенсивность падающего светового потока, a - коэффициент поглощения, х – толщина поглощающего слоя.

Физический смысл коэффициента поглощения a - вероятность поглощения фотона на расстоянии в единицу длины; a- 1 – средняя длина свободного пробега фотона в среде – глубина проникновения света в среду (расстояние, на котором интенсивность света ослабляется в e» 2.72 раз). Соответственно, размерность a равна [a] = см–1.

Поглощение света, вызывающее возбуждение электронов из валентной зоны в зону проводимости, называется собственным или фундаментальным (рис. 6.1). Естественно, для осуществления таких переходов энергия квантов света должна быть не ниже, чем энергия запрещенной зоны Еg полупроводника ( Еg).

Фундаментальные оптические переходы подразделяются на прямые и непрямые (рис. 6.1) в зависимости от характера изменения волнового вектора возбуждаемого электрона.

Для прямых переходов импульс фотона ( – волновое число фотона) намного меньше квазиимпульса электрона ( = ), поскольку длина волны фотона 10-2 – 10-5 см (в диапазоне от “вакуумного“ УФ до дальнего ИК излучения) существенно ниже, чем типичная длина волны электрона в кристалле ( ~ см). Поэтому импульсом фотона можно пренебречь и записать закон сохранения квазиимпульса электрона в виде: = или = (правило отбора для прямых электронных переходов), где и квазиимпульс и волновой вектор электрона в возбужденном состоянии (в зоне проводимости).

В случае непрямых оптических переходов закон сохранения квазиимпульса обеспечивается взаимодействием с фононами. Эти переходы осуществляются либо с испусканием либо с поглощением фонона.

 

 

Рис. 6.1. Фундаментальное поглощение в полупроводнике: а – прямые и

б – непрямые оптические переходы

 

При поглощении квантов света возможно такое возбуждение электронов валентной зоны, когда они не переходят в зону проводимости, а образуют квазичастицу – экситон – мигрирующее в кристалле электронное возбуждение, не связанное с переносом электрического заряда и массы.

В зависимости от эффективного расстояния между электроном и дыркой экситоны подразделяют на Френкелевские и на экситоны Ванье-Мотта. Экситон Френкеля – это, по-существу, результат возбуждения отдельного атома или молекулы в кристалле, причем такого рода внутриатомное (внутримолекулярное возбуждение) способно перемещаться по кристаллу. Такие экситоны могут существовать в кристаллах, у которых внутримолекулярное взаимодействие существенно преобладает над межмолекулярными, например, в некоторых органических полупроводниках (антрацен).

Экситоны Ванье-Мотта (большого радиуса) можно рассматривать как водородоподобное связанное состояние электрона и дырки.

Энергия кулоновского взаимодействия (Uexc) электрона и дырки в экситоне значительно ослаблена средой:

Uexp = e2 / e e0 r, (6.2)

где r – эффективное расстояние между электроном и дыркой. В связи с этим величина r в сотни раз может превышать период решетки кристалла, а энергия связи в экситоне Ванье-Мотта обычно в 100 – 1000 раз меньше, чем энергия связи в атоме водорода.

На спектрах оптического поглощения экситонное поглощение проявляется при энергиях несколько меньших Еg, причем экситонные пики видны лучше при низких температурах. Следует подчеркнуть, что экситон, перемещаясь по кристаллу, хотя и переносит энергию возбуждения, но не переносит заряда, так как он электрически нейтральный. Спин экситона равен либо нулю, когда спины электрона и дырки, входящих в экситон, антипараллельны (синглетные экситоны), либо единице (триплетные экситоны).

Экситоны характеризуются ограниченным временем жизни (обычно 10-4 – 10-7 с), причем триплетные экситоны обычно более долгоживущие, чем синглетные. Гибель экситона связана с рекомбинацией входящих в него электрона и дырки (излучательной либо безызлучательной), а также с вовлечением электронов и дырок в квазихимические реакции, процессы с переносом зарядов и др.

 

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.003 сек.)