Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Зиненко В.И. -> "Основы физики твердого тела." -> 87

Основы физики твердого тела. - Зиненко В.И.

Зиненко В.И., Зиненко В.И., Сорокин Б.П., Турчин П.П. Основы физики твердого тела. — Физматлит, 2001. — 331 c.
Скачать (прямая ссылка): osnovifiziktverdogotela2001.djvu
Предыдущая << 1 .. 81 82 83 84 85 86 < 87 > 88 89 90 91 92 93 .. 110 >> Следующая

материалов в указанной области отличается пониженной надежностью. Это
ограничение привело к уменьшению применения германия по сравнению с
кремнием, имеющим большую ширину запрещенной зоны, хотя подвижность
носителей в германии выше.
10.7. Поглощение света в полупроводниках
Полупроводниковые кристаллы, как правило, непрозрачны в видимом диапазоне
электромагнитных волн. Поглощение энергии падающего излучения в таких
кристаллах может быть обусловлено следующими основными причинами:
- в результате взаимодействия электромагнитной волны с оптически
активными колебаниями решетки происходит резонансное поглощение фотона на
частоте того или иного оптического фонона, затем, благодаря
ангармоническому фонон-фононному взаимодействию энергия электромагнитной
волны переходит в тепловую энергию (акустические колебания решетки). Этот
механизм прежде всего актуален для ионных кристаллов (гл. 4, 7), однако
ряд полупроводниковых бинарных соединений типа ДШ.ВУ, AnBvi
также имеет частично ионный характер химической связи;
- энергия электромагнитной волны поглощается свободными носителями
зарядов, например, электронами, и, преобразуясь в вихревые токи, теряется
за счет джоулева тепла. Такой тип поглощения наблюдается в металлах (гл.
8), в результате чего металлы непрозрачны. Благодаря наличию некоторого
числа свободных носителей зарядов в полупроводниках такой механизм
поглощения также возможен;
- наличие примесных центров и/или иных структурных дефектов в
диэлектрических кристаллах приводит к существованию центров окраски. В
этом случае энергия падающей волны возбуждает атомы примеси, причем
поглощение носит селективный характер. Другая возможность возникает,
когда энергии электромагнитной волны достаточно для ионизации примесного
атома и пере-
264
Гл. 10. Свойства полупроводников
броса электрона (дырки) в зону проводимости (валентную зону). Это случай
внутреннего примесного фотоэффекта, присущий легированным
полупроводникам, и может быть использован как метод определения энергии
ионизации примеси;
- если энергия электромагнитного излучения достаточна для того, чтобы
ионизировать атомы беспримесного полупроводникового кристалла, то в
результате разрыва ковалентных связей образуются пары "электрон-дырка" и
возникает фотопроводимость (внутренний фотоэффект). В этом случае должна
существовать граничная частота (красная граница фотоэффекта). Наличие,
главным образом, данного механизма объясняет "металлический" блеск
кристаллов кремния и германия, сохраняющих такой вид и при низких
температурах, где не может быть термического возбуждения свободных
электронов или дырок;
- особый тип поглощения возникает при наличии эксито-нов - возбужденные в
кристалле электронно-дырочные пары могут образовать относительно
стабильные состояния, связанные ку-лоновским притяжением. Если расстояние
между электроном и дыркой велико по сравнению с межатомным расстоянием,
говорят об экситонах слабой связи (экситоны Мотта); если электрон и дырка
расположены в непосредственной близости, такой экситон является сильно
связанным (экситон Френкеля). Экситоны - бестоковые возбуждения и не
увлекаются электрическим полем. В результате аннигиляции электрона и
дырки, составлявших экситон, высвобождается энергия в виде
электромагнитного излучения, ее величина несколько меньше ширины
запрещенной зоны. Поэтому узкие пики, соответствующие образованию
экситонов, лежат на кривой оптического поглощения несколько ниже края
фундаментальной полосы, соответствующей полному поглощению света
кристаллом.
Важным методом изучения свойств полупроводников является исследование
оптических спектров поглощения полупроводника для электромагнитных волн с
энергией, превышающей ширину запрещенной зоны. Однако надо иметь в виду
определенные особенности таких спектров, связанные с различием топографии
энергетических зон в тех или иных полупроводниковых кристаллах. Различают
прямые и непрямые оптические переходы. Они связаны с двумя основными
типами взаимного расположения валентной зоны и зоны проводимости.
Например, низшая точка зоны проводимости расположена точно над верхней
точкой валентной зоны (рис. 10.10а). Такой тип зонной структуры возникает
в кристаллах GaAs, InAs, InSb, InP, PbS и в некоторых других. Иное
расположение указанных энергетических зон характерно для элементарных
полупроводников Si, Ge и других (рис. 10.106). Для этого случая низшая
точка зоны проводимости и верхняя точка валентной зоны, разность энергии
между которыми и равна ши-
10.7. Поглощение света в полупроводниках
265
рине запрещенной зоны, разнесены между собой в /г-пространстве на
определенный вектор к0. Эта ситуация характерна для так на-
a б
Рис. 10.10. Схематическая диаграмма различия топологии энергетических зон
в полупроводниках:а- иллюстрация прямых (вертикальных) процессов
оптического поглощения фотонов с образованием электронно-дырочных пар; б-
иллюстрация непрямых процессов поглощения фотонов с образованием фононов
Предыдущая << 1 .. 81 82 83 84 85 86 < 87 > 88 89 90 91 92 93 .. 110 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed