ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Экснтоиио-примесные комплексы из "Теория твёрдого тела " Условие (43.18) удовлетворяется, когда энергетическое расстояние между подзонами Ландау значительно больше энергии экситона в отсутствие поля. Для кристалла германия (ег= 16, jx = 0,03 т) соотношение (43.18) выполняется для полей В 9/сэ. [c.321] Таким образом, в сильных магнитных полях-, удовлетворяющих условию (43.18), кулоновское взаимодействие электрона и дырки влияет лишь на их относительное движение вдоль поля, приводя к образованию связанных состояний с дискретными уровнями энергии. [c.322] Обычно кинетическая энергия продольного движения значительно меньше энергетических расстояний между уровнями Ландау системы электрон — дырка. Это позволяет провести разделение движения на быстрое в плоскости, перпендикулярной полю, и медленное — вдоль поля. [c.322] Поглощение света кристаллом происходит при рождении диамагнитных экситонов в основном или в возбужденных состояниях. Диамагнитные экситоны могут образовываться любой комбинацией подзон Ландау из зоны проводимости и валентной зоны. [c.322] Оптически активными будут только экситонные переходы, в которых участвуют электрон и дырка из подзон одинакового квантового числа п. Другими словами, при поглощении света наиболее вероятно образование диамагнитных экситонов при выполнении правила отбора Ая==0. Вероятности переходов с нарушением этого правила ничтожно малы, так как матричные элементы-переходов пропорциональны квадрату волнового вектора Л. Последнее утверждение является следствием предположения, что в образовании диамагнитного экситона участвуют только состояния из двух подзон Ландау. [c.322] Фотовозбуждение диамагнитных экситонов в InSb наблюдалось Джонсоном [236] в полях (2 — 4) 10 з при температуре 20 °К. Были выделены и изучены две пары максимумов поглощения фотонов, поляризованные параллельно полю. Одна пара была сопоставлена с экситоном, образованным тяжелой дыркой и электроном, находящимся на уровне Ландау со спином 1/2, а другая — с экситоном, образованным тяжелой дыркой и электроном jja самом нижнем уровне Ландау со спином — 1/2. [c.322] Обобщая концепцию экситонов Ванье —Мотта, Ламперт [237] рассмотрел возможность существования различных комплексов, состоящих из большего числа частиц, чем электронно-дырочная пара. Эти комплексы могут быть двух типов подвижные, состоящие только из электронов и дырок, и неподвижные, включающие локальные центры —примеси и дефекты. Комплексы второго типа представляют собой локализацию экситона Ванье —Мотта на заряженной или нейтральной примеси в полупроводниках. Такие образования будут устойчивыми, если энергия связи экситона с примесью больше энергии связи электрона и дырки. [c.323] Приближение точечного положительного иона и кулоновский характер взаимодействия между частицами, использованное при написании гамильтониана (43.22), является очень грубым. В работах [242, 243] найдены поправки к энергии связи, обусловленные отличием потенциала взаимодействия между частицами на близких расстояниях от кулоновского. [c.324] Электронно-дырочная пара (экситон) может образовать комплекс и с отрицательным ионом примеси. Для этого случая сохраняются все предыдущие формулы, если обратить роль электронов и дырок, в частности, параметр I будет равен тЦт. В некоторых кристаллах экситон может связаться и с нейтральной примесью или дефектом кристалла. [c.325] Обычно энергия связи экситонно-примесного комплекса чрезвычайно мала —порядка 10 —10 эб. Если энергия взаимодействия экситона с примесью (заряженной или нейтральной) меньше энергии связи дырки и электрона внутри экситона, то в полупроводниках с экстремумами энергетических зон при к —О силы осцилляторов (вероятности) дипольно разрешенных прямых оптических переходов имеют аномально большое значение по сравнению с силами осцилляторов переходов в свободное экситонное состояние. Это обстоятельство было отмечено в работе [244] при исследовании кристаллов ZnO и в работе [245] при исследовании кристаллов dS. Более полное экспериментальное исследование аномальной интенсивности экситонно-примесного поглощения в кристаллах dS проведено в работе Тимофеева иЯловец [246]. Они обнаружили, что силы осцилляторов слабосвязанных экси-тонно-примесных комплексов в dS на три порядка и более превосходят силу осциллятора оптического перехода в нижайшее состояние свободного экситона. [c.325] Поскольку полупроводниковые кристаллы обычно содержат примеси разного типа, то при достаточно низких температурах ( Есот) основная люминесценция кристалла будет происходить при распаде экситонно-нримесных состояний. Они лежат ниже по энергии и обладают существенно большими силами осцилляторов. [c.326] В работах [250, 251] наблюдалась фотолюминесценция примесных комплексов в кристаллах карбида кремния. Эта люминесценция была связана с излучательной аннигиляцией экситонов на ионизованных (трехчастичный комплекс) и нейтральных (четырехчастичный комплекс) примесных атомах азота, занимающих в решетке три неэквивалентных положения. Спектры поглощения, обусловленные экситонными комплексами в карбиде кремния, впервые были обнаружены в работе Горбаня с сотрудниками [252]. [c.326] Широко обсуждался в литературе [253 — 257] и вопрос об образовании комплекса из двух экситонов (бижситон или экси-тонная молекула). Энергия связи двух электронов и двух дырок относительно диссоциации на два отдельных экситона существенно зависит от значения = mt/mt- При малых значениях этого параметра справедливо использование, адиабатического приближения и комплекс напоминает молекулу водорода. [c.326] Вернуться к основной статье