Оптические коэффициенты полупроводников

Оптические свойства полупроводников до сих пор изучены недостаточно. Это связано, в частности, с быстрым ростом поглощения по мере увеличения частоты возбуждающей радиации. Применение лазеров с перестраиваемой частотой позволило ослабить трудности и решить ряд задач, связанных с выяснением механизма их действия, механизма генерации. Вместе с тем выведено универсальное соотношение, связывающее контур полосы поглощения и контур полосы люминесценции. Оно справедливо для всех собственных полупроводников. Точно такое же соотношение было получено раньше для сложных органических молекул.Процесс образования спектров в обоих случаях совершенно различен, а частотная зависимость от отношения контура полосы поглощения к контуру полосы люминесценции тождественна. С помощью универсального соотношения можно определить величину коэффициента усиления полупроводника, что другими методами невозможно. [c.128]

Проводимость вещества зависит от времени релаксации т, которое определяется механизмом рассеяния. Таким образом, на коэффициент поглощения свободными носителями заряда оказывают влияние механизмы рассеяния. Действительно, в полупроводниках рассеяние акустическими фононами приводит к поглощению, меняющемуся как рассеяние на оптических фононах дает зависимость к - -, а рассеяние ионизованными примесями — Если в веществе имеют место все три типа рассеяния, то коэффициент поглощения свободными носителями равен сумме трех членов [c.311]

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]

Например, для плавленого кварца температурный коэффициент расширения настолько мал, что при учете только зависимости Н в) систематическая ошибка в определении разности в — вх на порядок выше найденной таким образом самой этой разности. Для многих материалов (например, полупроводников) вклад термического расширения в изменение оптической толщины составляет менее 10%. [c.137]

Электроны во внешних оболочках атомов, молекул, кристаллических структур или электроны в плазме могут осуществлять неупругое рассеяние электромагнитного излучения на молекулярных колебаниях, на оптических и акустических колебаниях кристаллов или на других возбужденных состояниях твердых тел и плазменных систем. Если коэффициент усиления принимает достаточно большие значения, то всегда присутствующие оптические потери могут быть скомпенсированы, и тогда становится возможным переход от спонтанного к вынужденному рассеянию при этом свойства рассеянного излучения качественно изменяются (ср. ч. I, разд. 4.21). Вынужденное комбинационное рассеяние может быть обнаружено на большом числе частиц, квазичастиц и возбужденных состояний и влечет за собой большое многообразие явлений [3.1-10,3.1-11]. В дальнейших рассуждениях данного раздела будет рассмотрен эффект комбинационного рассеяния на колебаниях молекул, комбинационное рассеяние на длинноволновых оптических фотонах н на фонон-поляритонах, а также комбинационное рассеяние, связанное с процессами переворачивания спинов электронов в полупроводниках. [c.350]

Для жидких полупроводников наиболее важными из всех физических свойств являются параметры электронного переноса. Поэтому неудивительно, что большую долю существующей информации составляют результаты исследований электропроводности о, которая представляет собой наиболее легко измеряемый кинетический параметр. Частота исследований других характеристик быстро уменьшается в последовательности термо-э. д. с. 5 (коэффициент Зеебека), коэффициент Холла / н и теплопроводность х. В данной главе каждой из названных характеристик, а также магнитной восприимчивости хм посвящены отдельные параграфы. Исследования ядерного магнитного резонанса и оптических свойств настолько редки, что представляется более уместным объединить изложение имеющейся информации с обсуждением интерпретации результатов таких измерений. Это сделано в гл. 6—8. [c.20]

Импульсное лазерное возбуждение и релаксация электронной подсистемы полупроводникового кристалла. При действии на полупроводник лазерного излучения с энергией кванта йсо, значительно превышающей ширину запрещенной зоны Eg По)> Eg (рис. 2.27) поглощение света происходит в тонком приповерхностном слое толщиной ос 10"см, где а. — коэффициент оптического поглощения. (Последнее значение ха- [c.142]

При превышении допустимой дозы радиации пластические материалы теряют механические и электрические свойства (прозрачные - мутнеют), керамические материалы и стекло теряют свои механические, электрические и оптические свойства, резиновые материалы - эластичность, полупроводники - коэффициент усиления. [c.143]

Чтобы определить требования к материалам для полупроводниковых оптических источников и детекторов, придется затронуть теорию полупроводников и полупроводниковых соединений, а также рассмотреть конструкции некоторых типичных приборов, В конце этой главы будут приведены общие свойства оптических источников и детекторов. В гл. 8 будут обсуждены физические механизмы генерации оптического излучения, а в гл. 9 описана структура типичных полупроводниковых диодов, имеющих высокий коэффициент полезного действия в режиме непрерывно работающего при комнатной температуре полупроводникового лазера. Работа полупроводниковых лазеров рассматривается в гл, 10 и 11. Наконец, в гл, 12 и 13 будет рассмотрена работа р-1-п- и лавинных детекторов. [c.191]

Рисунок 12.5 дает возможность оценить долю оптической мощности, поглощенной внутри обедненного слоя или в пределах диффузионной длины от его краев. Границы этой рабочей области лежат на глубине дг, и дгз от поверхности. Обозначим плотность падающей мощности Ро. а коэффициент отражения поверхности / . Тогда плотность мощности внутри полупроводника — (I — / ) Р . а плотность поглощенной мощности [c.313]

На рис. 2.5.13,0 и б представлена зависимость Г для основ-ион моды от молярной доли арсенида алюминия х и толщины активного слоя й. Показано быстрое уменьшение Г при < < Яо/ 2, т. е. когда толщина активного слоя становится меньше, чем длина волны излучения в полупроводнике (рис. 2.5.13, а). Участок, соответствующий толщинам активного слоя от 0,01 до 0,1 мкм, представлен па рис 2.5.13,6 в увеличенном масштабе. На рнс. 2.5.14 приведена зависимость коэффициента оптического ограничения от толшины активного слоя для основной моды и мод высшего порядка при л = 0,3. Для мод высшего порядка Г мало вблизи отсечки и при увеличении о приближается к значению коэффициента оптического ограничения для основной моды. В гетеролазере с толщиной активной области й достаточно большой, чтобы существовали моды высшего порядка, коэффициент оптического ограничения и коэффициент отражения иа сколотых гранях определяют доминирующую моду. Коэффициент отражения на сколотых гранях обсуждается в 8 этой главы. Зависимость порогового тока лазера от Г рассматривается в 8 гл. 3, а примеры использования этой зависимости даны в гл. 7. Представление части переносимой модой энергии излучения, распространяющейся в активном слое, через коэффициент оптического ограничения позволяет понять, какое влия-вие оказывает толщина активного слоя на коэффициент усиления, необходимый для достижения порога генерации. Коэффициент Г важен также и для структур, не образующих симмет- [c.70]

Полупроводники в качестве активного вещества. На возможность использования полупроводниковых материалов в оптических квантовых генераторах было указано Н. Г. Басовым и его сотрудниками еще в 1959 г. Причем уже тогда отмечалось, что применение полупроводников позволит непосредственно преобразовать энергию электрического тока в энергию когерентного излучения. Это свойство полупроводников объясняется тем, что они позволяют создавать высокую концентрацию активных частиц. При этом процесс преобразования потока электронов в поток фотонов отличается высоким коэффициентом полезного действия, достигающим 80—100%, в то время как у кристаллических и стеклянных активных веществ он составляет всего 1—3%. В качестве материала в полупроводниковых оптических генераторах используются мышьяковистый галий и индий, сурьмянистый индий и др. (табл. 2.3). Из этих материалов изготовляют полупроводниковый диод в форме куба размерами не более одного квадратного миллиметра. Две противоположные грани куба делают строго параллельными и полируют для того, чтобы их поверхности образовали зеркальный резонатор. [c.30]

Оптическая анизотропия (ОА) 1—87 Оптическая дефектоскопия 2—339 Оптическая плотность 2—339 Оптический коэффициент напря1кений 2—339 Органические полупроводники 3—36 Органическое стекло 2—340, 390, 395 [c.512]

Изучение края поглощения для оптических переходов между валентной зоной и зоной проводимости является классическим методом определения величины запрещенной зоны в кристалли ческих полупроводниках. Лишь немногие жидкие полупровод ники исследовались этим методом. Среди них АзгЗез и близкие соединения [73], а также сплавы SexTei x [205]. На рис. 6.7 при ведены кривые поглощения для АзгЗез при нескольких темпера турах как выше, так и ниже температуры стеклообразования Для точного определения величины запрещенной зоны из изме рений зависимости оптического коэффициента поглощения а от частоты (О необходимо иметь адекватную теорию формы края по глощения. Такой теории для неупорядоченных материалов нет [c.118]

Указанные выше желательные параметры нелинейных устройств в свою очередь накладывают определенные требования на материалы. Так, для переключения при ма,тых мощностях необходимо наличие у материалов сильных нелинейных свойств (больших Пг). Быстрый отклик и малые времена релаксации нелинейной среды позволили бы достичь коротких циклов переключения. Нелинейность должна существовать при комнатной температуре. Полупроводники и до некоторой степени органические и фоторефрактивные материалы удовлетворяют большинству этих требований. Однако материал, который удовлетворял бы одновременно всем этим требованиям, еще не найден. Электронные и оптические свойства полупроводников, используемых в нелинейных устройствах, можно изменить, если воспользоваться особыми свойствами электронов проводимости в полупроводниках, облучаемых квантами света с энергиями, близкими энергии ширины запрещенной зоны. В этом случае многие полупроводники, а в частности СаАз, пригодны для создания электронных, оптических или оптоэлектронных устройств. Полупроводники также вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к нелинейным резонаторам Фабри — Перо. Они привлекают тем, что дают возможность получить соответствующий коэффициент поглощения (будучи умноженным на длину он составляет на очень [c.56]

Выразим плотность светового потока S через число фотонов N, поглощаемых в едюшце объема полупроводника в единицу времени. Число фотонов, падающих в единицу времени на единичную поверхность, есть 5//гоз. Из них не отразятся от поверхности S (1—R) h o фотонов, где R — коэффициент отражения света. Умножив 5(1—на а, где а — линейный коэффициент оптического поглощения (он имеет размерность обратной длины), мы и получим величину N. Таким образом, iV=S(l—R)a ha) и, следовательно, [c.178]

Специалисты полагают, что удешевление фотоэлементов за счет перехода к аморфному кремнию вместо монокристалличе-ского сделает метод прямого преобразования солнечной энергии в электрическую конкурентноспособным по сравнению с другими методами получения энергии. Подробное описание солнечных батарей на аморфном кремнии дано в i[68]. В настоящее время наиболее перспективным материалом считается определенным образом приготовленный аморфный сплав кремния с водородом, фотогаль-ванический эффект в котором был открыт в 1974 г. К 1978 г. КПД солнечных батарей на этом материале достиг 6%. Эта величина в 3—4 раза меньше достигнутой на кристаллических Si и GaAs, однако в последних максимальные значения КПД были получены через 20 лет после открытия соответствующего эффекта. Это подтверждает несомненную перспективность аморфных материалов для использования в солнечных батареях. Для успешной реализации этих батарей необходимо выполнение ряда условий, таких, как большой коэффициент оптического поглощения (в широкой области спектра), эффективный сбор носителей электричества на обеих сторонах полупроводникового материала (пленки), достаточно большой внутренний потенциал, определяющий ЭДС элемента. Эти условия определяются оптическими и электрическими свойствами аморфных полупроводников и в конечном счете энергетическим спектром электронов. Поэтому далее мы перечислим некоторые характерные свойства этих материалов, достаточно тесно связанные с картиной распределения состояний электронов по энергетическим зонам. [c.284]

Впервые акустические колебания с периодом, меньшим 100 ПС, были зарегистрированы в [77]. Для возбуждения и регистрации акустических волн в аморфных пленках SiOa и АзгТез использовались пикосекундные оптические импульсы (т = 1 пс) с энергией кванта hv = =2 эВ, следовавшие с большой частотой повторения Vn=0,5 МГц. Импульсы возбуждающей последовательности имели энергию нДж, зондирующие — примерно на два порядка меньшую. Эксперимент заключался в измерении прохождения через пленку и отражения зондирующих импульсов в зависимости от их задержки по отношению к возбуждающим. На фоне монотонно уменьшающегося сигнала, вызванного фотовозбуждением носителей и их релаксацией, наблюдались затухающие осцилляции коэффициентов отражения и прохождения Тпр света, связанные с модуляцией зонной структуры пленок возбужденными в них акустическими волнами (рис. 3.35). Например, сужение ширины запрещенной зоны в аморфных полупроводниках при акустической деформации вызывает увеличение поглощения зондирующего излучения и соответственно уменьшение пропускания пленки. Экспе- [c.163]

Отметим, что сильная зависимость коэффициента поглощения оптического излучения от превышения энергий светового кванта ширины запрещенной зоны Wg позволяет, используя различные (или перестраиваемые) источники света, в широких пределах изменять характерную глубину области фотогенерации носителей В тех случаях, когда длительность акустических импульсов определяется временем пробега звука по области поглощения света (та т = (6 a) i), это должно приводить к эффективной перестройке длительности акустических импульсов. Для генерации сверхкоротких импульсов деформации с важно, что в полупроводниках можно реализовать поглощение оптического излучения в тонком приповерхностном слое (/ 10- —10-1 см-1). [c.167]

Подводя итоги, можно сказать, что представляется физически реальным оптическое возбуждение в полупроводниках когерентных импульсов деформации длительностью Та== 1—100 пс, пространственной протяженностью0,01—1 мкм, сдавлениями порядка 100—1 кбар. Коэффициент преобразования оптического излучения в звук может достигать значений )п=10 —Ю . [c.171]

В дальнейшем фоторефрактивная голографическая запись была получена на целом ряде полупроводников [57—63], наиболее популярным из которых остается GaAs. Сообщалось о записи с использованием диффузионного механизма формирования объемного заряда [57] и с применением постоянного [61] и переменного [60,63] электрических полей. Именно в последнем случае был достигн)т рекордно большой коэффициент усиления Г 7 см [63] и впервые получено усиление (с учетом поглощения) сигнального пучка по сравнению с падающим на кристалл. Этот результат позволяет предсказать появление вырожденных по частоте оптических генераторов на полупроводниках в ближайшем будущем ). [c.55]

Оптическая поляризация характеризуется небольшим по величине и отрицательным температурным коэффициентом (ТКе —10" К" ), что обусловлено температурным изменением плотности диэлектрика. Однако диэлектрический вклад оптической поляризации в большинстве кристаллов невелик и редко превышает бопт = 6 (в некоторых полупроводниках, например в сульфоиодиде сурьмы и в германии, бопт 16, но большая проводимость приводит к значительному СВЧ-поглощению). Следовательно, для получения высокодобротного СВЧ-ди-электрика с = бонr+6j j = 30—300 нужио подбирать диэлектрики с высо- [c.89]

При изменении температуры пластинки происходит изменение сразу нескольких параметров кристалла, от которых зависят коэффициенты Д и Т. Зависимость, вносяш,ую основной вклад в температурное изменение регистрируемого сигнала, назовем управляюш,ей функцией. Далее будет показано, что среди многих управляющих функций наиболее эффективны ехр(—а/г) и со8 2пкН). Первая из этих функций лежит в основе широко распространенного метода термометрии полупроводников по температурному сдвигу края межзонных оптических переходов [1.40]. При выполнении условия 0,2 аН 2 этот сдвиг обеспечивает высокую температурную чувствительность при регистрации отраженного или проходящего излучения. При аН <С 0,1 и аН > 3 чувствительность мала. На гармонической управляющей функции основан не менее распространенный метод лазерной интерференционной термометрии полупроводников и диэлектриков [1.43]. Здесь чувствительность также имеет максимум при определенной длине волны и падает как в длинноволновой, так и в коротковолновой областях спектра. Обе эти управляющие функции позволяют реализовать усиление изменений при малом относительном изменении температуры в и управляющего параметра а в) или п в) относительное изменение регистрируемой интенсивности света оказывается не малым. Двухступенчатое преобразование изменений температуры в регистрируемый сигнал (в данном случае сигналом является изменение интенсивности света после взаимодействия с пластинкой) характерно для активной оптической термометрии и, по-видимому, не характерно для традиционных методов (это проявляется в том, что отсутствует возможность усиливать или ослаблять коэффициент преобразования К = Д2/Д0 путем выбора условий считывания сигнала). [c.21]

Видно, что температурная чувствительность фазы Ф и регистрируемой интенсивности отраженного света 8 в случае полупроводниковых пластинок примерно на порядок выше, чем в случае диэлектрических. Это связано со значительным отличием показателей преломления и особенно значений (1п/(1в для узкозонных и широкозонных материалов. Причины, по которым многие полупроводники имеют большие показатели преломления (от п 3-Ь4 в области прозрачности до п = 5-ь7 в области сильного поглош,ения) обсуждаются в [6.44]. Большие значения температурных коэффициентов преломления полупроводников связаны, согласно соотношению Крамерса-Кронига, с суш,ественным увеличением оптического поглош,ения при нагревании. [c.162]

Наиболее совершенным является метод компьютерной многоракурсной томографии. При этом объект (при его вращении) многократно с разных направлений просвечивается плоским пучком света. В памяти ЭВМ регистрируются данные о распределении соответствующего оптического параметра (коэффициенты поглощения, люминесценция, показатель преломления и т.д.) для текущей проекции. Затем с помощью известных алгоритмов реконструируют изображение слоя на дисплее. Для высокопреломляющих объектов (лазерные кристаллы, стекла, полупроводники) целесообразно размещение их в иммерсии (жидкость с близким показателем преломления) для уменьшения краевых эффектов, переотражения от поверхностей изделия и т.п. [c.520]

Как уже упоминалось, для более точного количественного описания необходимо учесть дополнительные механизмы рассеяния на ионизованных примесях и шероховатостях границ. Внутриподзонное поглощение является двумерным аналогом обычного поглощения Друдэ в объемных полупроводниках. Хорошо известно, что в классическом пределе (йо)<5С/свТ) коэффициент внутризонного поглощения пропорционален (i — длина волны света), т. е. поглощение этого типа особенно заметно при больших длинах волн. Это справедливо и для внутриподзонного поглощения. На рис. 23 приведен результат расчета внутриподзонного коэффициента поглощения для конкретной структуры на длине волны А, =100 мкм. В расчете учитывалось поглощение света с испусканием оптических фононов и с рассеянием на примесях и несовершенствах интерфейсов на рисунке показан вклад каждого из указанных механизмов. [c.78]

Перейдем теперь к обсуждению опытов [42, 43], касающихся оптических свойств полупроводниковых кристаллов со структурой типа алмаза или типа цинковой обманки. На фиг. 41 приведены экспериментальные результаты для коэффициента отражения, а также для действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости 1п8Ь. Приведенные зависимости типичны для. рассматриваемой группы полупроводников. На кривых ясно различаются три участка (области энергий 1, 2 и 3 на фиг. 41). В области 1 наблюдаются пере.ходы между валентной зоной и зоной проводимости. В области 2 кристалл ведет себя почти как система свободных электронов. Наконец, область 3 соответствует вступлению в игру переходов из ( -зоны (если таковая имеется) в зоны про-водимости. В дальнейшем мы ограничимся рассмотрением оптических свойств только в областях энергий 2 и 5. [c.281]

Оптические регистрирующие среды для однократной записи изготовляют с учетом того физического эффекта, который используется для записи-воспроизведения информации. Наиболее часто используют среды, в которых под действием локального разогрева образуются микроотверстия, микровздутия и т. п. Регистрирующая среда должна иметь достаточно высокий коэффициент отражения для того, чтобы обеспечить приемлемый контраст сигналограммы при воспроизведении. Одним из самых распространенных материалов для рабочих слоев оптических носителей являются теллур и его соединения Те — 5е, Те — 5е — 5Ь, Те —С — За и др. Применяются также титановые соединения и халькогенидные стеклообразные полупроводники. Некоторые вещества под действием кратковременного нагрева переходят из одной структурной фазы в другую без деформаций рабочего слоя. При этом облученные [c.147]

Вынужденное излучение представляет собой одно из наиболее интересных явлений, которые могут возникать при взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. Это явление заключается в том, что фотон взаимодействует с электроном и, прежде чем поглотиться, индуцирует излучение идентичного фотона. Лазерный эффект получается при обеспечении обратной связи, т. е. возвращения части этого излучения в лазер. Теория лазера любого типа может быть развита из соотношений Эйнштейна [1] для скоростей переходов при поглощении и при вынужденном и спонтанном излучении. Однако характер вынужденного излучения в полупроводниках отличается от характера вынужденного излучения в газовых лазйрах или в других твердотельных лазерах, что приводит к некоторому отличию в терминологии. В полупроводниках оптические переходы происходят между распределенными совокупностями энергетических уровней в зонах, в то время как в других лазерах переходы происходят обычно между дискретными энергетическими уровнями. Кроме того, в инжекционном лазере электроны тока накачки преобразуются с высокой квантовой эффективностью непосредственно в фотоны В этой главе выводятся выражения, необходимые для вычисления коэффициента усиления в полупроводнике, а затем находятся и обсуждаются соотношения между коэффициентом усиления, потерями и плотностью порогового тока. [c.132]

Сравнение экспериментальных и расчетных спектров поглощения демонстрирует необходимость учета образования хвостов зон и зависимости матричного элемента от энергии в теоретической модели, описывающей оптические спектры. Представленная в этой главе теоретическая модель позволяет рассчитать коэффициент усиления как функцию тока накачкн и температуры. Этн вычисления дают представление о поведении усиления в прямозоиных полупроводниках. Удивительно, насколько хо-. рошо такой сложный предмет, как вынужденное излучение в полупроводниках, может быть описан выражениями, выведенными из основных физических законов. Численные оценки по этим выражениям сделаны без привлечения свободных параметров. [c.214]

Примеси в полупроводниках ионизуются в результате теплового возбуждения, освещения или какого-либо другого внещнего воздействия. В отсутствии внещних воздействий при температуре вблизи нуля атомы примесей в полупроводниках не ионизованы.Энергия ионизации примеси зависит от силы связи валентных электронов примесного атома с его ядром и с электронами других атомов в кристалле. Обычно валентные электроны примесного атома, не принимающие участия в образовании химической связи в кристалле, ионизуются в первую очередь при внещних воздействиях. Энергия ионизации примеси экспериментально может быть определена из измерений температурной зависимости постоянной Холла (термическая энергия ионизации), спектральной зависимости коэффициента поглощения света и фотопроводимости (оптическая энергия ионизации). Установлено, что энергия ионизации примеси зависит от концентрации примеси и в общем случае уменьшается с ее ростом. [c.118]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...