Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
Экситоны в щелочногалоидных кристаллах по мх характеру можно классифицировать либо как параболические, либо как экситоны седловой точки. Более наглядно можно представить себе экситонный волновой пакет либо в окрестности точки Г, либо в «кольцевой» области («rim») вокруг точки на краю зоны Бриллюэна. При этом Г-экситоп — обычный параболический экситон, который проявляется в виде серии Ридберга. «Кольцевые» («rim») экситоны в щелочногалоидпых кристаллах и в кристаллах инертных газов имеют энергию связи порядка 1—3 эв (тогда как для полупроводников энергия связи равна 0,01—0,1 эв). Таким образом, экситонный волновой пакет локализован не точно вблизи седловой точки, его следует рассматривать локализованным в некоторой области зоны Бриллюэна.
Мультиплетность экситонной структуры в спектрах щелочногалоидных кристаллов [36] служит подтверждением приведенной классификации. Для Г-экситопов, располагающихся на 0,2 — 0,8 эв ниже соответствующего им порога Г,5(3/2, У г) -V Г(, расщепление во всех случаях равно ЗЯ/2, т. е. расщеплению галоидного дублета, равному расщеплению уровня Г15 (3/2, 1/г)- То же самое относится к кристаллам инертных газов. Экситон же седловой точки [кольцевой («гіпі») экситон или /.-экситон] обнаруживает спнн-орбитальное расщепление, равное 2A/3, где Я — 310
Дж. Фи.глипс
расщепление в точке Ly. Энергия связи экситона в противоположность полупроводникам превышает X, так что вряд ли может быть обнаружено полное спин-орбитальное расщепление. Для твердого Xe, как говорилось в предыдущем параграфе, структура спектра, соответствующая //-зкситону, обнаруживает расщепление, промежуточное между X и 3/,/2, в чем находит отрая?ение то обстоятельство, что ширина валентной зоны мала по сравнению со спин-орбитальным расщеплением.
Как указывалось выше (фиг. 16), в солях Cs уровни Cs+5p должны лелсать только на G эв ниже верха галоидной валентной р-зоны. Если переход Р-галоид —*- F1 проявляется как галогенный дублет ридберговских серий, то переход Сй+5р->-Гі может дать цезиевый дублет ридберговских серий, что аналогично дублетам ->- Ff в твердом Xe. Дублет этих экситонов is (3/2, х/2) был разрешен Метцгером 140] в CsCl, CsBr и CeI, а также Тауцем 11, стр. 63). Результаты представлены в табл, 3- К сожалению,
Таблица 3
Энергии возбуждения «атомного резопапса» (в электронвольтах) в кристаллах инертных газов и ше по ч по галоидных соединений.
Данные для инертных і-а;іив ьзз[ты из работы Jl, стр. 185), для щелочногалоидных соединении — из работы [40].
Атомный триплет
[5 г (3/2)
Атомный синглот
11,62 10,03 11.62
10.из 8.43 20,1
16,50 13,2,5
12,0 10,17 12 0 10,17 8,36 20,15 (КЇ [40])
13.2 [40J 13.08 [40] 13.08 [40]
11,83
10 56
11 83 10 5li
9,57 20,5
17,55 15.10
все приведенные здесь данные соответствуют измерениям при температуре 300° К, и серия Ридберга Г (3/г) в лучшем случае проявляется в виде слабого намека.
Подобного рода экситоны привлекают к себе внимание но двум причинам. Прежде всего экситопные линии необычно узіше [40), в спектрах солей цезия в области 13 эв их полуширина Г меньше 0,2 эв. На первый взгляд кажется удивительным, что время жизни может быть столь большим. Но расчет с использо- Г.г. 7. Экситоны
311
ванйем соотношений Крамерса — Кронига IlOI показывает, что при 13 эв величина связанная с переходом р-галонд -v зона проводимости, меньше 0,5 (тогда как в области сильного поглощения она равна 2). Кроме того, матричный элемент автоионизации должен быть малым, так как состояния дырок зоны, соответствующей цезию, очень мало перекрываются с состояниями дырок зопы галоида.
Энергия связи галоидных дублетных экситонон в CsI равна примерно 0,5 эв [34]. Дублетные же экситоны, соответствующие ионам Cs+, должны быть значительно более сильно связанными, особенно экситоп Is, локализованный вблизи иона Cs+. Такие экситоны в состоянии Is почти не долцош испытывать диэлектрического экранирования, так как их боровсішй радиус очень мал, а также потому, что большая часть электроппой поляризуемости связана с ионами галоида. Приведенная ;це масса р, галоидных якситонов и цезиевых (Cs+) экситопов определяется в основном массой т*(Гі), гак же как для экситопов в твердых инертных газах.
Таким образом, разность энергий связи галоидных и цезиевых (Cs+) экентонов может служить почти идеальным примером того, что MOHiHO назвать поправками локального поля к диэлектрическому экранированию электронных взаимодействий в твердых телах. Поэтому очень интересно получить данные о спектрах галоидов цезия в области 13 —17 де при 80° К с тем, чтобы по возможности разрешить экситонные состонпия 2s и определить энергию связи цезиевых экситопов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Proceedings of the International School o? Physics «Enrico Fermi» (Varen-i>a, Italy), course 34. New York—London, 1966.
2. F а ,і о U., Pliys. Rov., 124, 1866 (1961).
3. Madden R. P., Codling K., Phys. Rev. Lett.. 10, 516 (1963); 12. 108 (1964).
4. Ehrenreicii H., Cohen M. II., Phys. Kev.. 115 786 (1959).
