Непрямые оптические переходы

Собственное поглощение. Оно связано с переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости. Выше уже отмечалось, что в идеальном полупроводнике при 7 = 0К валентная зона заполнена электронами полностью, так что переходы электронов под действием возбуждения в состояние с большей энергией в этой же зоне невозможны. Единственно возможным процессом здесь является поглощение фотона с энергией, достаточной для переброса электронов через запрещенную зону. В результате этого в зоне проводимости появляется свободный электрон, а в валентной зоне—дырка. Если к кристаллу приложить электрическое поле, то образовавшиеся в результате поглощения света свободные носители заряда приходят в движение, т. е. возникает фотопроводимость. Таким образом, для фотонов с энергией hvдлин волн (т. е. больших hv) имеет место сплошной спектр интенсивного поглощения, ограниченный более или менее крутым краем поглощения при hvинфракрасной области спектра. В зависимости от структуры энергетических зон межзонное поглощение может быть связано с прямыми или непрямыми оптическими переходами. [c.307]

Рис. 9.2. Прямые и непрямые оптические переходы

Это означает, что в процессе взаимодействия электрона с полем излучения возможны только такие переходы, при которых волновой вектор электрона сохраняется. На рис. 7,9 эти переходы обозначены стрелкой. Их называют вертикальными или прямыми переходами. При таких переходах возбуждение электрона из валентной зоны в зону проводимости осуществляется лишь при участии фотона. Переходы, в которых наряду с поглощением фотона часть энергии перехода восполняется за счет энергии кристаллической решетки, или, наоборот, отдается кристаллической решетке, получили название непрямых оптических переходов. [c.82]

На рис. 12.1 изображена зонная структура для полупроводника, у которого минимуму энергии в зоне проводимости и максимуму энергии в валентной зоне соответствуют различные значения волнового вектора. Прямые оптические переходы обозначены стрелкой 1. В этом случае прямые оптические переходы уже не связаны с минимальным значением энергии фотона для переходов электронов из валентной зоны в зону проводимости. Для осуществления непрямого оптического перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости, обозначенного на рис. 12.1 стрелкой 2, необходима энергия меньшая, чем для прямого перехода. Переход 2 происходит без сохранения квазиимпульса электрона. В соответствии с законом сохранения импульса, решетке необходимо компенсировать изменение импульса. Это достигается путем поглощения или испускания фонона. [c.83]

В квантовых ямах ситуация качественно иная. Здесь возможны не только непрямые, но и прямые оптические переходы электронов в пределах одной зоны. Например, в зоне проводимости поглощение фотонов может приводить к прямым переходам двумерных электронов из какой-либо одной подзоны размерного квантования в другую подзону либо в континуум состояний над ямой. Внутри одной подзоны размерного квантования двумерные электроны могут совершать лишь непрямые оптические переходы. [c.42]

На рис. 54 приведена (в произвольных единицах) зависимость от длины волны коэффициентов поглощения фотонов в Се при прямых и непрямых переходах, рассчитанная в работе [174]. Экспериментальные исследования поглощения фотонов при непрямых оптических переходах в германии исследовались в работе [175]. [c.309]

В кристаллах, имеющих запрещенные зоны с прямыми оптическими переходами (максимум энергии в валентной зоне и минимум энергии в зоне проводимости соответствуют значению k 0), вероятность рекомбинации довольна высока. Такие кристаллы обычно и используются для изготовления лазеров на р — л-переходе. В кристаллах, имеющих запрещенные зоны с непрямыми оптическими переходами, при рекомбинации наряду с фотонами образуются и фононы. В этом случае носители рекомбинируют менее интенсивно вследствие конкуренции между переходами двух разных типов. [c.646]

Поглощение фотона свободным электроном возможно только при обязательном участии какой-либо третьей частицы (квазичастицы), в качестве которой могут выступать различные несовершенства кристаллической решетки фононы, примесные атомы, вакансии и т. д. Вклад импульса третьей частицы позволяет выполнить закон сохранения импульса. Такой оптический переход называют непрямым. Коэффициент поглощения при непрямых переходах значительно меньше, чем при прямых, так как, вообще говоря, вероятность одновременного взаимодействия трех частиц меньше, чем вероятность двухчастичного взаимодействия. [c.42]

В полупроводниках, имеющих сложные энергетические зоны (рис. 9.2,6), возможны не только прямые переходы, но и переходы, для которых к —к=7 0. Они получили название непрямых переходов. В случае непрямых переходов требуется участие фононов, обеспечивающих сохранение квазиимпульса при изменении волнового вектора электрона. В процессе оптического поглощения фононы могут поглощаться или испускаться. Правило отбора в этом случае имеет вид [c.309]

Это выражение аналогично по форме соответствующему выражению для коэффициента поглощения при непрямых переходах в кристаллических полупроводниках. Измерив коэффициенты поглощения при v< Vo и в области v>vo, можно определить оптическую ширину запрещенной зоны Eg. Величина Eg соответствует тому значению энергии, при котором зависимость In а от hv перестает быть линейной функцией Tiv. [c.368]

Наконец, принципиальное преимущество электронного механизма по сравнению с термоупругим для возбуждения акустических импульсов с Та Ю ПС состоит В ТОМ, ЧТО ОН при поглощении оптического кванта включается безынерционно (при переходе электрона из валентной зоны в зону проводимости). Безынерционное возбуждение фононной подсистемы полупроводника осуществляется лишь при непрямых процессах межзонного поглощения света, однако при этом на нагрев ре- [c.167]

В заключение этого параграфа рассмотрим влияние непрямых переходов на зависимость от температуры моментов кривой поглощения. При непрямых переходах поглощение фотона сопровождается одновременным рождением экситона и фонона. В этом случае взаимодействие внешнего поперечного электромагнитного поля с оптически изотропным кристаллом с изолированной экситонной полосой описывается гамильтонианом [c.446]

Однако для того, чтобы с помощью данных по оптическому поглощению точно определить ширину запрещенной зоны, необходимо знать фононный спектр и использовать его при анализе непрямых переходов. [c.190]

Непрямые оптические переходы II 190 Несимморфные пространственные группы I 134 [c.402]

Прямые и непрямые междузонные переходы. В ряде оптических явлений надо учитывать так называемые непрямые переходы электронов, в которых наряду с электронами участвуют фононы. [c.149]

Точнее, они называются прямыми межзонными переходами. Анализ оптических данных обычно затруднен из-за возможности непрямых межзонных переходов, при которых волновой вектор к электрона не сохраняется, и избыточны квазиимпульс уносится квантованным колебанием решетки (фононом). Поскольку энергии фононов гораздо меньше энергий оптических фотонов в моновалентных металлах (гл. 23 и 24), наши обш,ие выводы не очень чувствительны к возможности непрямых переходов, и мы будем пренебрегать ими. Их, однако, нельзя игнорировать в более точной количественной теории. [c.294]

Таким образом, разрешенные переходы происходят между иа-чальным и конечным состояниями с одинаковыми волновыми векторами н называются прямыми , или вертикальными , переходами. Если минимуму зоны проводимости и максимуму валентной зоны соответствуют разные векторы к, то при оптическом переходе для сохранения импульса кристалла необходимо участие фонона, и тогда переход называется непрямым . Когда в полупроводник добавляются прнмеси, волновые функции и матричные элементы меняются, и правило к-отбора уже не выполняется [6, 7). Поэтому рассматриваемые здесь переходы называются оптическими переходами, не подчиняющимися правилу к-отбора матричный элемент такого перезгода завйсит от энергии. [c.170]

Ф. в. в полупроводниках и диэлектриках связан с прямыми (вертикальными) и непрямыми (невертикальными) оптич. переходами электронов из связанных состояний (валентной зоны или примесных уровней) в свободные (в зоны проводимости, см. Оптические яв.чения в полупроводниках). В чистых и слабо легированных полупроводниковых материалах основную роль играют можзонные переходы (рис. 3). Прямые оптич. переходы определяют основную часть спектральной характеристики Ф. в. в полупроводниках (рис. 4) и могут происходить при энергиях фотонов к ку . Непрямые (с участпом фононов) переходы менее вероятны они формируют длинноволновой участок спектральной характеристики и имеют граничную частоту V,,. На рис. 4 хорошо различаются области, соответствующие непрямым (/гvJ =5,15 эв) и прямым (ку = 5,45 эе) переходам. [c.364]

Верхний край валентной зоны кристалла германия (а также и кремния) находится при k — Q. Его положение может быть рассчитано по энергиям состояний р,. и свободного атома. Это с очевидностью следует из расчета волновых функций в приближении сильной связи. Уровень четырехкратно вырожден, как и в свободном атоме этим четырем состояниям отвечают магнитные квантовые числа т/= 3/2 и /И/= 1/2, Уровень ру вырожден двукратно, и соответственно nis = 1/2, Уровень р, выше, чем р,, эта разность энергий характеризует спин-орбнтальное взаимодействие. Нижний край зоны проводимости лежит, одиако, не при ft = 0. Это подтверждается как экспериментами по циклотронному резонансу, так и данными по оптическому поглощению, соответствующему непрямым переходам (см. рис. 11.6,6). [c.400]

Добавляющиеся при более высоких температурах компоненты в поглощении, по их структуре и порогам энергии, тоже интерпретируются как непрямые (разрешенные или запрещенные) экси-тонные переходы с поглощением или испусканием оптических фононов. [c.282]

На рис. 1.44 представлена упрощенная схема уровней молекулы, являющейся активным центром (рассматриваются колебательные уровни). Здесь 1 к 2 — соответственно нижний и верхний рабочие уровни через Р обозначена скорость заселения уровня 2 (скорость химической реакции), через Ях, Я и Я 2 — скорости релаксации соответствующих уровней. Специфика химической накачки проявляется в возможности высокой избирательности возбуждения. В отличие от оптической накачки возбуждение уровня 2 не сопровождается инициированным девозбуждением, поэтому при химической накачке в принципе возможны даже двухуровневые рабочие схемы. Решающим фактором в создании инверсии является, очевидно, соотношение между скоростью химической реакции и скоростями релаксации уровней. В частности, важно, чтобы выполнялось неравенство К1>- Яг. В двухатомных молекулах выполнение этого неравенства затруднено из-за отсутствия процесса, который приводил бы к избирательному очищению нижних колебательных урввней. Напротив, переходы (и + 1) -> и идут, как правило, быстрее, чем переходы и -> (и — 1). В связи с этим целесообразно использовать непрямое образование инверсии. [c.72]

При изучении оптических свойств халькогенидов свинца широко используется отражательная методика. Эвери [39] определил коэффициент поглощения, измеряя отражение поляризованного света. Точность таких измерений будет максимальной при условии, если мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости значительно больше действительной части. Это условие выполняется в области, где коэффициент поглощения более или равен 10 см т. е. далеко за краем полосы собственного поглощения. Скэнлон провел прямые измерения коэффициента поглощения, используя полированные монокристаллы микронной толщины [40, 41]. Из-за малых размеров образцов потребовалось применение инфракрасного микроскопа. Из этих данных им были получены значения ширины запрещенной зоны для прямых и непрямых переходов. Оказалось, что во всех случаях значения для непрямых переходов были меньше, чем для прямых. Это было объяснено поглощением с участием фононов, поскольку измерения проводились при комнатной температуре, существенно превышающей дебаевскую температуру для этих соединений. [c.332]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...