Экситоны

Группу А составляют явления, в которых в результате взаимодействия фотонов с твердым телом рождаются квазичастицы, не имеющие электрического заряда — фононы, экситоны, другие фотоны. [c.304]

Экситонное поглощение. До сих пор мы рассматривали поглощение света, приводящее к образованию свободных электронов и дырок. Однако возможен и другой механизм поглощения, при котором электрон валентной зоны переводится в возбужденное состояние, но остается связанным с образовавшейся дыркой в водородоподобном состоянии. Энергия образования такого возбужденного состояния, называемого экситоном, меньше ширины запрещенной зоны, поскольку последняя есть не что иное, как минимальная энергия, требуемая для создания разделенной пары. Экситон может перемещаться в кристалле, но фотопроводимость при этом не возникает, так как электрон и дырка движутся вместе. Экситоны могут достаточно легко возникать в диэлектриках, так как D них кулоновское притяжение электрона и дырки значительно. В полупроводниках это притяжение мало и поэтому энергия связи экситона также мала. Вследствие этого экситонные орбиты охватывают несколько элементарных ячеек кристалла (радиус орбиты -"15 нм). В металлах экситонное поглощение очень маловероятно. [c.310]

Экситонные состояния приводят к поглощению на длинноволновой стороне края поглощения. Экситонным линиям поглощения соответствуют значения энергии фотонов [c.310]

Так как экситон может иметь возбужденные состояния, то излучение, обусловленное экситонной рекомбинацией, может состоять из серий узких линий, связанных с переходами из возбужденных состояний. [c.316]

Экситонное поглощение 306, 310 Электронное сродство 57 Электроотрицательность 57 Электропроводность диэлектриков 371 [c.384]

Электрон-электронное взаимодействие. Это взаимодействие может приводить, в частности, к появлению квазичастиц, представляющих для нас особый интерес. Имеются в виду экситоны. Ниже мы поговорим о них подробнее. [c.149]

Экситоны. Поглощение фотонов диэлектриками и полупроводниками может приводить к рождению электроннодырочных пар. При этом возможны две качественно различные ситуации. [c.151]

Энергия связи экситона квантуется (как и энергия любого связанного состояния). Экситон можно рассматривать как своеобразный водородоподобный атом его энергетические уровни описываются выражением типа (3.1.8) [c.152]

На рис. 6.14 показаны экситонные уровни энергии вблизи дна зоны проводимости (для простоты полагаем, что [c.152]

Е АЕ). Нижний экситон-иый уровень (tt=l) расположен на расстоянии (по шкале энергии) ( / = от дна зоны проводимости. Величина [Ell есть энергия, которую надо затратить, чтобы разделить находящийся в основном состоянии экситон на электрон проводимости и дырку. При 8д=5 и 1 = =0,5 пг (т — электронная масса) получаем j il 0,25 эВ. При рекомбинации такого экситона освобождается энергия, равная АЕ— Ei. [c.152]

Экситон можно рассматривать как возбужденный электрон , который все время остается вблизи дырки. При определенных условиях, например при столкновении экситона с примесным атомом, возможна рекомбинация экситона (рекомбинация электрона и дырки) и, как следствие, освобождение энергии возбуждения. Энергия освобождается также при переходах экситона из возбужденных состояний ( >1) в основное (л=1). Таким образом, экситоны являются своеобразными аккумуляторами энергии , способными переносить энергию от одних точек кристалла к другим. Именно это свойство и предопределяет важность участия экситонов в различных процессах. [c.152]

Степень локализации волновой функции экситона зависит от типа кристалла. Обычно в полупроводнике размеры эк- [c.152]

Участие фонона мало влияет на энергию экситона (энергией фонона обычно пренебрегают), но зато мои ет суш,ест-венно увеличить его импульс. Естественно, что уничтожение такого экситона возможно также лишь через непрямой переход — через рождение фотона с одновременным рождением или уничтожением фонона. При этом фонон заберет избыток импульса экситона. Так как непрямые переходы менее вероятны, чем прямые (в них участвует большее число частиц), то отсюда следует, что непрямые экситоны имеют более длительное время жизни. Если время жизни прямых экситонов порядка 10" с, то для непрямых экситонов оно может достигать 10 с. [c.153]

В процессе своего перемещения по кристаллу электрон проводимости может быть захвачен на уровень , (переход 6 на рис. 8.2). На этом уровне он может находиться достаточно долго, а затем может возвратиться (за счет, например, теплового возбуждения) обратно в зону проводимости — переход 7. Наличие в кристаллофосфоре подобных ловушек электронов, естественно, существенно увеличивает длительность люминесцентного свечения. Заметим, что длительность люминесценции связана не только с ловушками , но и с рядом других факторов. Например, она связана с временем жизни экситонов. Напомним, что непрямой экситон живет значительно дольше, чем прямой (см. 6.4). [c.190]

Экситон диамагнитный — экситон, образованный электроном и дыркой с уровней Ландау в зоне проводимости и валентной зоне. [c.288]

Экситонная рекомбинация. Выше отмечалось, что при поглощении света в полупроводниках могут возникать связанные куло-новским притяжением пары электрон — дырка, т. е. экситоны. Если эта пара аннигилирует, то излучается фотои. Энергия излучения [c.315]

Экситоны и фононы. В процессах рождения и уничтожения экситонов могут участвовать фононы. Различают экситоны, родившиеся при прямых и непрямых переходах. При прямом переходе уничтожается фотон, рождается экситон. При непрямом переходе уничтожается фотон, рождается экситон, кроме того, уничтожается или рождается фонсн. Законы сохранения энергии и импульса частиц имеют вид для прямого перехода [c.153]

ГИЯ и волновой вектор фонона, и Рэ — энергия и импульс экситона. Не следует путать 83 с энергией связи эксито-на Е так, в случае прямых переходов е — АЕ—Е. [c.153]

Поляритоны. Как видно из рис. 6.6, фотоны с энергией не выше примерно 0,01 эВ и длинноволновые оптические фононы с волновым вектором порядка 10 см оказываются близкими по своим характеристикам — энергии и модулю импульса. Между такими фононами и фотонами возникает взаимодействие, в результате которого в кристалле рождаются новые квазичастицы — поляритоны. Поля-ритон можно рассматривать как своеобразную кооперацию фотона и оптического фонона. Подобная кооперация возможна также между фотонам и экситоном при условии [c.154]

На рис. 6.15 сплошными линиями показана кривая дисперсии поляритона, родившегося в результате взаимодействия фотона и экситона (е — энергия поляритона, р — значение его импульса), Там же штриховыми линиями изображены кривые дисперсии фотона и экситона. В области низких энергий закон дисперсии для поляритона имеет вид %= pjn, где с — скорость света в вакууме, п — показатель преломления среды. [c.155]

Поглош,ение света полупроводниками и диэлектриками может приводить к рождению различных квазичастиц — электронов проводимости, дырок, экситонов, фононов и др. Все эти процессы можно рассматривать как внутренний фотоэффект. Однако обычно, говоря о внутреннем фотоэффекте, имеют в виду фоторождение лишь носителей заряда — электронов проводимости и дырок. При этом выделяют две группы явлений фотопроводимость и возник-новение фотоЭДС, [c.173]

Элементарные процессы в кристаллофосфорах. Значительно более сложна картина процессов, происходящих Б кристаллофосфорах. Общее представление о ней можно получить, обратившись к ркс. 8.2. Здесь Ei — вершин а валентной зоны, Е — дно зоны проводимости, АЯ — ши-]7нна запрещенной зоны, Е я Е — соответственно основной и возбужденный -уровни примесного иона-активатора (здесь для простоты рассматриваются только два уровня г, общем случае примесный ион имеет большее число уровней), 9 — один из экситонных уровней, —уровень примеси, играющей роль ловушки для электронов про- [c.188]

Более интересны ситуации, когда энергия возбуждения поглощается в одном месте кристалла, а высвечивание происходит в другом месте. В случае фотолюминесценции это означает, что фотон излучения накачки поглощается в одном месте кристалла, а фотон люминесцентного излучения рождается в другом месте. Передача энергии возбуждения от одного места к другому осуществляется с помощью либо электронов проводимости н дырок, либо экситонов, которые представляют собой, как уже отмечалось, связанные электронно-дырочные пары. Поэтому подобные ситуации должны быть связаны с рождением либо электронов проводимости и дырок, либо экситонов. Соответствующие переходы (обусловленные поглощением энергии возбуждения) обозначены на рис. 8.2 цифрами 3, 4, 5. Переход Л есть переход электрона из валентной зоны в зону проводимости при этом рождаются электрон проводимости и дырка. Переход 4 связан с рождением экситона. Переход 5 есть переход электрона с оиювного уровня иона-активатора в зону проводимости при этом рождается электрон проводимости. [c.189]

Перемещаясь по кристаллу, электроны проводимости, 1ырки и экситоны тем самым переносят по нему энергию возбуждения. Рассмотрим переходы, связанные с высвечиванием этой энергии (в виде фотона люминесцентного излучения). Во-первых, это может быть междузонный переход 8 (рис. 8.2). Во-вторых, это может быть переход, связанный с рекомбинацией электрона и дырки, образующих экситон,—переход 9. Рекомбинация экситона происходит, например, при его столкновении с п-римесным центром. Наконец, это может быть переход //, происходящий в каком-либо примесном ионе-активаторе он сопровождается безызлучательиыми переходами 10 и 12. Все три рассмотренных процесса высвечивания связаны с одновременным уничтожением электрона в зоне проводимости и дырки в валентной зоне иными словами, все они связаны с электронно-дырочной рекомбинацией. В связи с этим используют термин рекомбинационная люминесценция. [c.190]

Виброипый эффект в молекулярных кристаллах— существование в молекулярных кристаллах ква-зинепрерывных полос поглоиде1шя, обязанных одновременному возникновению экситонов и фононов внутримолекулярных колебаний. [c.279]

Экситон Френкеля — эксктон с выраженной пространственной локализацией на од1юм (любом) узле решетки (сильная связь). [c.288]

Пятая глава — Оптические свойства неметаллов — включена в пособие с целью показать читателю возможности и достоинства оптических методов исследования, а также продемонстрировать, что в совершенном кристалле даже при низких температурах, когда атомы неподвижны , могут возникнуть взаимодействия, которые не учитываются одноэлект-ронным приближением, хотя и приводят к образованию экси-тонов И экситонных комплексов. [c.4]

Для описания экситона существуют два предельных приближения. Согласно модели Френкеля электрон и дырка в каждый момент времени принадлежат одному и тому же атому в кристалле (сильно связанная система). Согласно модели Мотта и Ванье эвситон раосматривается как слабо свят занная система, причем расстояние между электроном и дыркой считается очень большим по сравнению с постоянной решетки. [c.160]

Если приписать электрону и дырке эффективные массы Шп и Шр, то задача об змситоне сводится к простой водородоподобной задаче о движении двух частиц под действием взаимного кулоновского притяжения. Предполагается, что энергетические паверхности для электрона и дырки имеют сферическую форму и не вырождены. Если пренебречь импульсом движения центра тяжести системы частиц, то энергия экситона, отсчитанная от состояния полной диссоциации, когда электрон и дырка находятся на бесконечном расстоянии друг от друга, [c.160]

Таким образом, энергия связи экситона в основном со-1СТ0ЯНИИ, т. е. при п=1, определяется равенством [c.161]

Если исходить из энергетической модели свободных электронов и, как обычно, отсчитывать энергию от дна зоны проводимости вверх, то основной экситонный уровень необходимо поместить под дном зоны проводимости на глубине ежМ> а возбужденные состояния (п = 2, 3, 4. ..) — соответственно на глубине УежЧ/4. WexЧ/9 и т. д. В результате получаем бесконечное число уровней, переходящих в сплошной спектр при п->-оо (рис. 54). [c.161]

Сплошной спектр соответствует при атом диссоциированному состоянию зкситона — электрону и дырке в свободном, не связанном состоянии, т. е. нахождению электрона в зоне проводимости. Может показаться, что приведенные рассуждения относительно энергетического спектра экситона противоречат положению, вытекающему из теории Блоха, согласно кото1р1ой между зоной лроводимости и валентной в идеальном кристалле не должно быть никаких разрешенных уровней энергии. Объясняется это противоречие тем, что в теории Блоха /МЫ имеем дело с невзаимодействующими между собой электронами (или дырками), тогда как введение экситонов представляет собой приближение более высокого порядка. [c.161]

Если не учитывать возможности образования экситонЗ, то п рвому возбужденному состоянию кристалла соответствует один электрон на самом дне зоны проводимости и одна положительнал дырка у потолка валентной зоны, иначе говоря, первый возбужденный уровень энергии описывает состояние с одним электроном и одной дыркой, кинетические энер-. ГИИ которых равны нулю. Однако такое состояние перестает быть устойчивым, если учесть взаимодействие между электроном и дыркой, которое приводит эти частицы во взаимно-связанное состояние и одновременно несколько уменьшает энергию кристалла. Но связанйые электрон и дырка, которые перемещаются по кристаллу как одно целое, по определению,, представляют собой экситон. [c.162]

Отсюда следует, что если кристалл содержит один экситон и энергия эиситона наименьщая из возможных, то кристалл находится в наинизщем энергетическом состоянии, не считая основного . Другими словами, первый возбужденный уровень кристалла отвечает такому состоянию, когда в наличии имеется один экситон в наинизшем энергетическом состоянии WeJ , причем первый возбужденный уровень крис-таллла отделен зазором ЛЕ—от основного его уровня. [c.162]

Строго говоря, мы не имеем права изображать экснтон-ные уровни энергии на обычных диаграммах, поскольку речь идет о системе двух взаимодействующих между собой частицах — электроне и дырке. Иногда все же удобнее пользоваться этой схемой (см. рис. 54). В рассуждениях, однако, мы пренебрегали движением центра тяжести экситона и не принимали во внимание кинетическую энергию рассматриваемой системы. При учете этого фактора линии энергетического спектра эиситопов превращаются в полосы. [c.162]

В рассмотренном простейшем случае спектр поглощения твердого тела в области экситонного поглощения состоит из серии дискретных линий (рис. 55). Частота со первой линии определяется равенством Нсо = ДЕ—Граница серии характеризуется предельной частотой соь которую находят из условия Ь(01 = АЕ. При частотах больще предельной часто- [c.162]

Молекулярные кристаллы служат примеро.м тех веществ, в которых могут образовываться френкелевские экситоны (экситоны, отвечающие модели сильной связи). В молекулярных кристаллА ковалентная связь внутри молекулы значительно сильнее ван-дер-ваальсовой связи между молекулами. Линии спектра поглощения молекулярного кристалла, обусловленные возбуждением электронов внутри структурных единиц, будут проявляться в спектре кристаллического тела как экситонные линии, иногда несколько смещенные по частоте. В случае щелочно-галоидных кристаллов экситоны с наименьшими энергиями локализованы на отрицательных ионах галогенов, так как значения энергии возбуждения электронов в отрицательных ионах меньше, чем в положительных. [c.163]

Физика твердого тела (1985) -- [ c.310 ]

Диэлектрики Основные свойства и применения в электронике (1989) -- [ c.118 ]

Оптические вычисления (1993) -- [ c.57 ]

Теория твёрдого тела (1972) -- [ c.184 , c.187 ]

Физика твердого тела Т.2 (0) -- [ c.244 , c.247 ]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...