Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Давыдов А.С. -> "Теория твердого тела" -> 118

Теория твердого тела - Давыдов А.С.

Давыдов А.С. Теория твердого тела — М.: Мир, 1979. — 646 c.
Скачать (прямая ссылка): teoriyatverdogotela1979.pdf
Предыдущая << 1 .. 112 113 114 115 116 117 < 118 > 119 120 121 122 123 124 .. 233 >> Следующая

функции электрона и дырки;
G (k, - к) = J (г1; га) ехр [ik (re - rh)\ d3re<Prh
- фурье-компонента волновой функции комплекса. Если положить (tye (k)
\ер\ун (k)) ^<лре(0)| ер |гЬл (0)>, то
W wf° = 1Г [Sv) W F (r)! (Ъ (0) | ер 1 % (0)> р б (Я, -Йсо). .
(43.25)
Согласно [190] можно положить (0) | ер 1 я|зЛ (0)) iemEga, где
а -постоянная решетки, -энергия щели между зоной проводимости и валентной
зоной. Для функции F (|), входящей в (42.25), в работе [242] получено
выражение
р /ух _ |'4лЛ(п + 2)!Г 1_____Ь I)2
~ { ап+3 [(1 + р)п+3 ' р^+3 J/ •
В частности, в кристалле GaAs (m* = 0,071m; m* = 0,68m; e=12) значение F^
60.
Электронно-дырочная пара (экситон) может образовать комплекс и с
отрицательным ионом примеси. Для этого случая сохраняются все предыдущие
формулы, если обратить роль электронов и дырок, в частности, параметр |
будет равен mt/m*. В некоторых кристаллах экситон может связаться и с
нейтральной примесью или дефектом кристалла.
Обычно энергия связи экситонно-примесного комплекса чрезвычайно мала -
порядка 10~2 - 10~4 эв. Если энергия взаимодействия экситона с примесью
(заряженной или нейтральной) меньше энергии связи дырки и электрона
внутри экситона, то в полупроводниках с экстремумами энергетических зон
при k - О силы осцилляторов (вероятности) дипольно разрешенных прямых
оптических переходов имеют аномально большое значение по сравнению с
силами осцилляторов переходов в свободное экситонное состояние. Это
обстоятельство было отмечено в работе [244] при исследовании кристаллов
ZnO и в работе [245] при исследовании кристаллов CdS. Более полное
экспериментальное исследование аномальной интенсивности экситонно-
примесного поглощения в кристаллах CdS проведено в работе Тимофеева и
Яловец [246]. Они обнаружили, что силы осцилляторов слабосвязанных экси-
тонно-примесных комплексов в CdS на три порядка и более превосходят силу
осциллятора оптического перехода в нижайшее состояние свободного
экситона.
Э36 ОПТИЧЕСКОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ [ГЛ. VIII
Первое теоретическое объяснение этого интересного явления было дано в
работе Рашбы и Гургенишвилли [247]. Они показали, что при образовании
экситонно-примесного комплекса в поглощении света участвует и ближайшее
окружение кристалла. Чем шире экситонная зона и ближе энергия образования
комплекса к нижнему краю экситонной зоны, тем больший вклад вносит в
поглощение свободное экситонное состояние. В работе [247] получено
простое выражение, связывающее силу осциллятора комплекса (Fcom) с силой
осциллятора свободного экситона (Fex)
F -(ЩзрЕ
* сот - I ? J *-"ех>
в котором Д? - ширина экситонной зоны, Es - энергия связи комплекса.
Более точные расчеты сил осцилляторов для некоторых типов комплексов в
кристаллах были выполнены в работах [248, 249].
Поскольку полупроводниковые кристаллы обычно содержат примеси разного
типа, то при достаточно низких температурах (0<?сот) основная
люминесценция кристалла будет происходить при распаде экситонно-примесных
состояний. Они лежат ниже по энергии и обладают существенно большими
силами осцилляторов.
В работах [250, 251] наблюдалась фотолюминесценция примесных комплексов в
кристаллах карбида кремния. Эта люминесценция была связана с
излучательной аннигиляцией экситонов на ионизованных (трехчастичный
комплекс) и нейтральных (четырехчастичный комплекс) примесных атомах
азота, занимающих в решетке три неэквивалентных положения. Спектры
поглощения, обусловленные экситойными комплексами в карбиде кремния,
впервые были обнаружены в работе Горбаня с сотрудниками [252].
Широко обсуждался в литературе [253 - 257] и вопрос об образовании
комплекса из двух экситонов (биэкситон или экситонная молекула). Энергия
связи двух электронов и двух дырок относительно диссоциации на два
отдельных экситона существенно зависит от значения b, = m*fmt. При малых
значениях этого параметра справедливо использование, адиабатического
приближения и комплекс напоминает молекулу водорода.
Экситонная молекула, по-видимому, была обнаружена экспериментально
Хайнсом [258] 6 кремнии; Никитиным с сотрудниками [259] в кристалле CuCl;
Паккардом с сотрудниками [260] в кристалле ZnO; Гайомом с сотрудниками
[261] в Ge и Si. Однако для окончательного выяснения возможности
образования биэкси-тонов в полупроводниках разного типа необходимы
дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования. Если масса
электрона и дырки одного порядка, то сильно возрастает относительный
вклад в полную энергию кинетической энергии дырки и система становится
менее устойчивой. В предельном случае
ЭКСИТОНЫ ВАНЬЕ - МОТТА
327
т* - т% биэкситон напоминал бы систему, состоящую из двух позитронов,
рассмотренную Хиллерасом и Оре [262]. При е=10 энергия связи биэкситона с
равными массами электрона и дырки делается столь малой (~10~4 эв), что он
диссоциирует даже при очень низкой температуре.
43.4. Коллективные свойства экситонов. Экситоны в полупроводниках
представляют собой довольно рыхлые образования с малой энергией связи 10
Предыдущая << 1 .. 112 113 114 115 116 117 < 118 > 119 120 121 122 123 124 .. 233 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed