Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
а. Плазменное отражение в нулевом магнитном поле
Отношение амплитуды отраженной волны Er к амплитуде падающей E1 при нормальном падении света на среду с показателем преломления п — ik имеет вид
Е>• _ „10 1 —П-!- ik
E1 = ГС - 1 Jrn-ik ¦ 111 ^
Обычно измеряется коэффициент отражения, который равен квадрату модуля E7IEi [10]:
Ji-Irl11 -(1-")2 { к2 (И)408 »
Е. Пзилик и Дж. Райт
Фазовый сдвиг при отражении таков:
tge-rJ^r- (12)
При отсутствии столкновений либо п, либо к обращается в нуЛь. Поэтому при n = \ коэффициент отражения равен нулю, а при
Фиг. 3. Зависимость показателе преломления бесстолкцовительной твердотельной плаамы от одинм волны.
к = 0 он равен единице. Условия, при которых мы имеем тот или ивой случай, представлены в табл. 4. Ниже мы изучим эти случаи при магнитном поле, равном нулю.
Благодаря наличию свободных носителей диэлектрическая проницаемость среды уменьшается на величину хсор/ш2. Если со2 = и (и — I)"1 Шр, то пг = 1 и R=O, а если со2 - <а2р, то п2 = 0 и R = 1 (фиг. 3). Для большинства полупроводников диэлектрическая проницаемость и велица и эти частоты близки друг к другу. Поэтому на кривой спектральной зависимости коэффициента отражения имеется участок крутого нарастания, который называют плазменным краем отражения. Из фиг. 3 видно, что кривая зависимости п2 от X2 представляет собой пря-Гл. 10. Afагн.е.топлазмі'инш' аффекты
409
мую с наклоном -Xaj^n2C2 = N (т/т*) -8,97-10"23 мк~2-см*, которая отсекает на оси ординат отрезок, равный х. Для того чтобы определить N (т/т*) по коэффициенту отражения [7], очень часто принимают, что k2 1. Тогда оказывается, что п — = (1 + ]/Гй)/(1 — У R). По величине отклонения кривой зависимости п2 = п2 (X2) от прямой линии можно судить, насколько сильно нарушается неравенство Л2 1.
б. Магнетоплазменное отражение волны при s || В
Если включить магнитное поле, направление которого совпадает с направлением распространения волны в плазме, то показатель преломления изменится, как показано на фиг. 1 и в табл. 4. При перемещении вдоль горизонтальной прямой на фиг. 1 магнитное поле фиксировано и меняется частота. Если мы начинаем с малых значений параметра азс/(ар (малые поля) и изменяем u)/(up, то из табл. 4 можно усмотреть, что частоты, при которых п2 = 0 и п2 = 1, оказываются больше, чем в нулевом магнитном поле. Таким образом, край плазменного отражения смещается в сторону больших частот приблизительно на V2QJc (для света круговой поляризации). При другом знаке круговой поляризации (или другом знаке магнитного поля) край сдвигается в сторону меньших частот. Поскольку <а0 = еВ/т*, по сдвигу края плазменного отражения можно определить эффективную массу. Далее, построив кривую зависимости п2 от X2 по данным, полученным в нулевом поле, можно найти х и концентрацию носителей N. Если воспользоваться электронно-вычислительной машиной, то путем подбора наилучшей совокупности параметров можно определить также и частоту столкновений v. На фиг. 4 представлены экспериментальные значення и теоретические кривые спектральной зависимости коэффициента отражения для антимонида индия.
е. Циклотронный и магиетоплазменный резонанси
В сильных магнитных полях критическая частота близка к «е и можно наблюдать циклотронный резонанс в проходящем или отраженном луче. Минимум плазменного отражения будет смещен OT СВОеГО ПОЛОЖеННЯ В Нулевом ПОЛЄ К ЗНачеНИЮ СО =: (O0 -f-+ X (X — І)-1 ujp/(oc. Циклотронный резонанс наблюдается в сильных магнитных полях при такой круговой поляризации, при которой электрический вектор вращается в ту же сторону, куда вращаются в магнитном поле заряженные носители. Если знак вращения в волне обратный, то наблюдается магиетоплазменный резонанс 19], при котором показатель преломления обращается в нуль. В этом случае резонансное поглощение мощности отсут--Ї10
Е. Пэйлик и Дж. Райт
ствует, а мы имеем дело лишь с взаимной компенсацией диэлектрической проницаемости решетки и диэлектрической проницае-
Vacmoma, см'1
Ф и г. 4. Коэффициент мягнетоплазыецного отражсшш для антимонида
индия n-типа при комігашой температуре при s || В [8]. 1 —а|;сперимеитальные тичии при В = 0; 2 — яке пери ментальные точки, дл fi левой круговой поляризации, В = 25,4 кгс; з - - то жб для иравой рруговой иоляпингщии. В = 25 Д «гс; 1 — расчетная кривая с параметрами: т* = 0,035 Mo1N =1,03 ¦ IOis oi , т — 0.28-IO-12 сек-1.
Штата, см '1
ХругвИая частота и. ш"т'г
Ф и г. 5. Коэффициент мапи'тоііліі імпішого отражения при s і В д.чя антимонида инДП)[ п-тяпа лря компатпой температуре (Т 300° К) [10]. 1 — расчетная кривая с, параметрами: m* = (0,(141 ± 0,002) N = 1,82-IOis-I--*-1; u)jji = 2»; шр = o.oti lU" сек-'; х = 14,7; а —экспериментальные точки для случая, когда !электрическое поле волны перпендикулярно статическому магнитному ттолю, В = 36,2 тс.
мости свободных носителей. Частота, при которой такая компенсация происходит, уменьшается обратно пропорционально полю.Гл. 10. Магнетоплааменпы? эффекты
411
г. Поперечное магнетоплазменное отражение при SlB