Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 7. Прямые переходы; экстремумы гоны проводимости и валентной воны находятся в точке р = 0.
Непрямыми наз. переходы, в к-рых кроме электрона и фотона участвует фонон ил к примесный центр. В этом случае соотношение р ж р' не выполняется. Непрямые переходы мекее вероятны, одкако OKII определяют коэф. поглощения света при h<a > Sg в случае, когда экстремумы зон находятся в разных точках импульсного пространства. У Ge, капр., абс. экстремум зоны проводимости находится в точке В (рис. 8), к-рая лежит на гракнце зоны Бриллюэна. Максимум валентной зоны лежит в точке А прн р = 0. Зока проводимости имеет более высокий минимум в точке С при р-=0. Разность энергий между точками С и А равка Scz, Прямые переходы возможны лншь прн йа> > Scx,. В области энергий Sg < ha> < Scv возможны лишь непрямые переходы (наклонная линия). Коэф. поглощения света вблкзи фукдам. края ~ IO4-IO6 см-1 при прямых переходах и ~103 см“1 при непрямых переходах.
Рис. 8. Прямые и непрямые переходы для зонной структуры Ge.
42
Экситои. Структура края фундам. поглощения усложняется за счёт взаимодействия электрона в зоне проводимости к дырки в валентной зоне, возникающих при поглощении фотона. Электрон н дырка могут образовать связаккое состояние, к-рое каз. Ванъе — Momma жситоном. Вследствие этого энергия фотока, соответствующая краю поглощения, уменьшается ка величину энергии связи экситока. Т. к. эксктон имеет также возбуждённые состояния, то край фундам. поглощение имеет структуру, напоминающую бальмеров-скую серию атома водорода. Прн достаточно большой интенсивности света в П. может образоваться значит, кол-во эксктонов. С увеличением нх концентрации оки
конденсируются, образуя электронно-дырочную жидкость.
Влнянне внешних полей. Структура края фукдам. поглощения изменяется под влиянием электрич. к магн. полей. Электрич. поле «наклоняет» зоны и делает ВОЗМОЖНЫМ туннельный переход при ЙОІ < Sg (см. Келдыша — Франца эффект), Магн. поле вызывает квантованке энергии электронов и дырок, т. е. возникновение эквкдкстанткых Ландау уровней, расстояние между к-рыми равко heH/m, где т — эфф. масса электрона или дырки. Плотность состояний носителей заряда вблизи уровней Лакдау возрастает, вследствие чего появляются осцилляции коэф. поглощения как ф-цни частоты света. Максимум поглощения соответствует переходам между уровнями Ландау. Изучение осцилляций позволяет расшифровать спектр электронов н дырок (см. Квантовые осцилляции в магнитном поле).
Размерное квантование. На край фуидам. поглощения влияет также т. к. размерное квантование, к-рое возникает, если образец представляет собой тонкую плёнку или имеет маленькие размеры во всех измерениях. Соответствующие уровни энергии таиже проявляются при межзонном поглощении света (см. Квантовые размерные эффекты).
При Aw < Sg важную роль играет внутркзоикое поглощение. Квантованке в магн. поле нли размерное квантование может значительно усилить внутркзонкое поглощекне на выделенных этим квантованием частотах, что также позволяет изучать спектр носителей. Циклотронный резонанс оказался наиб, важным явлением такого рода: электроны в сильном пост. магн. поле H двигаются по замкнутым траекториям, причём период обращения зависит от вида экергетич. спектра П., от величины магн. поля H и его направления относительно кристаллография, осей. Образец помещают в ВЧ-поле и исследуют поглощение энергии этого поля в зависимости от величины Н. Резоканс возникает, когда частота поля совпадает с циклотронной частотой электрона.
Генерация неравновесных носителей. Концентрация равновесных электронов и дырок определяется темп-рой образца. Мн. важные свойства П. связаны с керавновесными носителями, к-рые могут быть созданы разными способами, капр. при возбуждении светом и нкжекцией через контакты. Прк облучении светом, С Й0> > Sg, генерируются электроны и дырки, к-рые являются неравновесными. При стационарном освещении их концентрация не завксит от в ремейк и определяется интенсивностью света и временем жизни носителей (в свободном состоянии). Они обусловливают явление фотопроводимости — изменения электропроводности под действием света. Иногда электропроводность прн освещении отличается иа много порядков от т. к. темковой электропроводности. Если прекратить освещение, концентрация носителей возвращается к равновесному значению за время порядка времекк жизни неравновесных носителей. Малая инерционность этого явления позволила создать чувствит. приборы для регистрации светового излучения, в т. ч. п для ИК-дпапазока (см. Приёмники оптического излучения).
При протекании тока через контакт П. с металлом кли др. П. неравновесные электроны и дыркк заполняют прикоктактную область, причём их концентрация зависит от величины тока, а толщина области, заполненной керавковесиыми носителями,— от дликы, ка к-рую оки диффундируют за время жизни (CM. ИнжеK-ция носителей заряда, Контактные явления в полупроводниках).
Рекомбинация. Время жкзни носителей определяется рекомбикац. процессами, в результате к-рых исчезают электронко-дырочкые пары, т. е. электрокы возвращаются из зоны проводимости в валентную зону. Рекомбинация неравновесных носителей может сопровождаться кзлучеиием квактов света (люминесценция).