Бөлім 8 Жартылай өткізгіштердің оптикалық қасиеттері
жүктеу/скачать 1,01 Mb.
|
основы физики полупроводников (1)[229-239].ru.kk
Е
Еg Е
Ев Еv A) б) Сурет. 8.14. Экситонның сутегі тәрізді энергетикалық деңгейлерінің схемасы. Валенттік диапазоннан оптикалық ауысулар стрелкалармен көрсетілген, олардың ең ұзыны экситонның иондану потенциалына сәйкес келеді; бұл энергия жолақ саңылауының E теңg. Экситонның бос электрон мен бос тесікке қатысты байланыс энергиясы Е-ге теңn 246 Ч. 8. Жартылай өткізгіштердің оптикалық қасиеттері негізгі күйде болатын экситонның оның құрамдас бөлшектеріне – электрондар мен тесіктерге бөлінуі. Ескертпе 1. Жартылай өткізгіштердегі жарықты жұту мәселесіне қайта оралайық. Жоғарыда көрсетілгендей, электрон мен саңылау арасындағы кулондық әсерлесуді есепке алмағанда, жұтылу коэффициенті шекті жиілікке тәуелділікке ие болады. α ∝ (¯hω − Eg)1/2. (8,43) Демек, Кулондық өзара әрекеттесуін есепке алғанда (8.43)-дегі квадрат түбірі Соммерфельд факторы деп аталатын факторға көбейтіледі деп айта аламыз (8.39-ды қараңыз). Жартылай өткізгіштердегі жарықтың жұтылу спектрінің жұқа құрылымы жұтылу жиегінен төмен, Е төмен.g, жарықты жұтудың қозу механизмімен байланысты (8.14-сурет). Ескертпе 2. Бір қызығы, қатты денедегі экситон ұғымы енгізілген кезде элементар бөлшектер физикасына ұқсастық бірден пайда болды. Нөлдік температурада жартылай өткізгіштің валенттік аймағы толығымен толтырылады, ал өткізгіштік аймағы бос. Бұл вакуумдық күйден басқа ештеңе емес. Температура көтерілген кезде (немесе басқа да процеске байланысты) жартылай өткізгіште электрондар мен тесіктер пайда болады (8.15, а-сурет). Сурет. 8.15. Энергия спектрлерін салыстыру: жартылай өткізгіштегі электрон мен тесік (а) және релятивистік кванттық механикада электрон мен позитрон (b) Элементар бөлшектер физикасында бізде энергия жолақтары симметриялы электрон мен позитрон бар (8.15, б-сурет). Демек, электрон мен позитронның массалары бірдей. Электрондық және позитрондық күйлерді бөлетін жолақ ені 2 м саңылау болып табылады0в2, мұндағы м0бос электронның массасы, ал с – жарық жылдамдығы. Бұл жағдайда жарық квантын пайдаланып, электрон-позитрон жұбын құруға болады. Шын мәнінде, бір фотон мұндай жұпты құра алмайды. Импульстің сақталу заңын орындау үшін үшінші бөлшектің, мысалы, басқа фотонның қатысуы қажет. Осылайша 8.3. Еркін заряд тасымалдаушылардың жарықты жұтуы 247 Сонымен, екі фотон электрон-позитрон жұбын қоздыра алады. Элементар бөлшектер физикасынан электрон мен позитрон болатыны белгілі позитроний деп аталатын байланысқан күй түзеді1). Жартылай өткізгіштер үшін әлсіз қосылыс жуықтауын ескере отырып, біз электрондар үшін релятивистік спектрді алды ((4.102) қараңыз). Жартылай өткізгіште позитронийдің аналогы Ванниер-Мотт экситоны болып табылады. Осылайша, жартылай өткізгіштің элементар бөлшектермен ұқсастығы жеткілікті терең. Бұл бөлімді қорытындылау үшін жартылай өткізгіштердегі жарықты жұту механизміне тағы да тоқталамыз. Жартылай өткізгішті жарықпен сәулелендіру электронды-тесік жұптарын тудыратынын біз бұрыннан анықтадық. Егер жарық кванттық энергиясы ¯hω Е-ден сәл аз болсаg, содан кейін экситондар түзіледі. Егер ¯hω > Eg, содан кейін бос электрондар мен тесіктер пайда болады. Төмен температурада (кБT қозудың иондану энергиясынан Е аз1) бос электрондар мен саңылаулар экситондарға байланысты. Кейіннен олар жойылуы мүмкін (яғни, рекомбинациялануы, сәуле шығаруы, мысалы, жарық кванты). Жартылай өткізгіштегі экситон біршама ұзақ өмір сүреді (ол ұзақ өмір сүреді; мысалы, GaAs үшін экситонның өмір сүру уақыты шамамен 10 құрайды.−9бірге). Нәтижесінде жартылай өткізгішті жарықпен сәулелендіру кезінде көптеген қоздырғыштар пайда болып, жинақталуы мүмкін. Егер экситондар көп болса (және экситон сутегі атомының аналогы болса), сутегі газының аналогы пайда болады. Температураның төмендеуімен және экситондар газының тығыздығының жоғарылауымен молекулалар түзілуі мүмкін - биэкситондар (сутегі молекуласының аналогы). Температура төмендеп, тығыздық артқан сайын сутегі сұйылтылатыны (сұйыққа айналатыны) белгілі. Осылайша, температура төмендеп, тығыздық артқанда, қоздырғыш газы сұйылтылған және тамшылар пайда болған кезде тамаша құбылыс пайда болады - электронды тесік деп аталатын сұйықтық пайда болады (Л.В. Келдыш, 1969). жүктеу/скачать 1,01 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||