Оптическое поглощение в полупроводниках

ГЛАВА VIH ОПТИЧЕСКОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ [c.292]

ОПТИЧЕСКОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ [c.294]

ОПТИЧЕСКОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ [ГЛ. УИ1 [c.296]

ОПТИЧЕСКОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ в ПОЛУПРОВОДНИКАХ [ГЛ. УП1 [c.298]

В отличие от металлов полупроводники имеют довольно сложный спектр оптического поглощения. В металле фотоны поглощаются электронами проводимости, совершающими переходы внутри энергетической зоны. Поэтому спектр поглощения металла непрерывен металлы поглощают излучение любой частоты. В полупроводниках фотоны могут поглощаться электронами валентной зоны (с последующим переходом в зону проводимости или на примесные уровни, находящиеся внутри запрещенной зоны), электронами на примесных уровнях (с переходом в зону проводимости или на другие примесные уровни), электронами проводимости (с последующими внутризонными переходами). Переходам электронов из валентной зоны в зону проводимости отвечает так называемая полоса собственного поглощения полупроводника она характеризуется наиболее высоким коэ-ф-фициентом поглощения. Частота о) р, соответствующая [c.164]

В данной главе рассмотрена микроскопическая теория различных механизмов поглощения света в гетероструктурах с квантовыми ямами. Сначала в рамках одноэлектронной зонной теории описаны внутризонные и межзонные оптические переходы двумерных электронов. Поскольку энергетический спектр двумерных носителей заряда существенно отличен от спектра трехмерных, механизмы оптического поглощения в квантовых ямах качественно отличаются от аналогичных процессов в объемных полупроводниках. На рис. 6 показаны подзоны размерного квантования электронов зоны проводимости (с) и валентной v) зоны в квантовой яме, а также возможные оптические переходы. [c.37]

Наиболее наглядно можно представить себе последовательность преобразования энергии оптического возбуждения в полупроводнике, если обратиться к картине поглощения им фемтосекундного лазерного импульса. При длительности поглощенного импульса Гр 10" с = 100 фс основные этапы преобразования его энергии будут разворачиваться уже после прекращения его действия. [c.143]

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]

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]

При наличии в полупроводнике примеси его оптическое поглощение может быть связано с ионизацией примеси или возбуждением электрона нейтральной примеси в кристалле. Это поглощение называют примесным. При ионизации примеси энергия поглощенного кванта света расходуется на переход с донорных уровней в зону проводимости и из валентной зоны на акцепторные уровни. [c.70]

При освещении полупроводника концентрация свободных носителей заряда в нем может возрасти за счет носителей, возбужденных поглощенными кванта-.ми света. При оптическом возбуждении электронов из валентной зоны в зону проводимости возникает пара свободных носителей - электрон и дырка. Если за счет света происходит переход электрона из валентной зоны на примесные уровни или с примесных уровней в зону проводимости, образуются свободные носители одного знака - дырки или электроны. В соответствии с увеличением концентрации свободных носителей заряда в полупроводнике за счет облучения его светом возрастает и его удельная проводимость [c.70]

Численные значения ширины запрещенной зоны, определенные для одного и того же полупроводника по температурной зависимости проводимости и по оптическому краю поглощения, в большинстве случаев близки друг к другу, но могут и отличаться, особенно у полупроводников с ионной кристаллической решеткой. [c.246]

Изменения оптических свойств могут проявляться либо косвенно, через изменение концентрации носителей, либо непосредственно — через образование полос поглощения. Обычно снижение концентрации носителей увеличивает прозрачность полупроводников в области длин волн, лежащей за пределами края основного поглощения. Эта область включает инфракрасную область, представляющую интерес для некоторых военных применений. Кроме того, в полупроводниках полосы поглощения можно непосредственно ввести в инфракрасную область с помощью дефектов, образующихся под действием облучения в отличие от большинства изоляторов, в которых вакансии и междоузлия, называемые центрами окраски, создают сильные полосы поглощения в видимой области спектра. [c.283]

Весьма разнообразен круг задач, решаемых оптическими методами контроля ими можно определять толщины и диаметры, показатели преломления и поглощения материала, концентрацию свободных носителей заряда и их подвижность в полупроводниках, плоскостность и плоскопараллельность пластин, наличие анизотропии в элементах оптических систем, однородность отражения зеркал, величину и природу напряжений в материалах, дефекты в структурах интегральных схем и т. д. Однако до настоящего времени сделано очень мало для разработки и внедрения в производство лазерных методов контроля. Настоящая глава ставит своей целью ознакомить читателя с существующими лазерными методами контроля качества материалов и макетами приборов, созданных для решения конкретных задач. [c.178]

В последние годы большой интерес вызывают исследования размерных эффектов на оптических и люминесцентных свойствах полупроводниковых веществ, так как оптическое поглощение — один из основных методов изучения зонной структуры полупроводников. [c.111]

Длительность возбуждаемых импульсов деформации может ограничиваться снизу не только величиной т , но и временем пробега звука по области тепловыделения, а характерный размер области нагрева решетки I определяется либо длиной поглощения света /п б 1, либо длиной теплопроводности — расстоянием, на которое прогреется кристалл за время оптического воздействия за счет переноса энергии электронами, фононами и т. д. Фононная теплопроводность всегда происходит со скоростями, не превышающими звуковую, и поэтому не приводит к уширению акустических импульсов. Движения электронов в металлах и электронно-дырочной плазмы в полупроводниках может существенно увеличить область нагрева решетки, особенно при низких температурах. При комнатных температурах диффузия носителей в значительной мере замедлена из-за сильного рассеяния на тепловых колебаниях решетки. Поэтому для термоупругой генерации сверхкоротких импульсов деформации необходимо одновременно уменьшать длительность лазерного воздействия и длину поглощения света. Наконец, нельзя забывать, что время нагрева решетки может определяться не временем оптического воздействия, а временем передачи энергии от электронов к фононам, что также препятствует укорочению длительности импульсов деформации. [c.162]

В следующих параграфах мы расслютрим такие процессы взаимодействия, при которых поглощение фотонов переводит электроны в более высокие одночастичные состояния зонной мо.цели. При этом мы сразу положим, что начальное состояние лежит в заполненной зоне (валентной зоне), а конечное—в пустой зоне (зоне проводимости). Мы рассмотрим, следовательно, оптическое поглощение в полупроводниках и изоляторах. [c.260]

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]

Термоупругая генерация волн деформации происходит при пространственно-неоднородном нагреве и остывании кристаллической решетки, причем уменьшение температуры тела Т определяется исключительно теплопроводностью. Генерация волн деформации за счет электронного механизма, согласно (3), происходит как при увеличении концентрации неравновесных носителей (при межзонном поглощении света), так и при уменьшении п . Однако, в отличие от температуры кристалла Т, концентрация носителей в плазме в силу (4) падает не только за счет ее пространственной диффузии, но и за счет рекомбинации электронно-дырочных пар. Важно, что время рекомбинации неравновесных носителей Тр суш,ественно зависит от их концентрации при двухчастичной рекомбинации, Тр Пе при Оже-реком-бинации). Поэтому, изменяя плотность энергии оптического воздействия и, следовательно, характерную концентрацию фотовозбужденных носителей, можно эффективно влиять на эволюцию плазмы после окончания светового воздействия и, тем самым, на процесс генерации волн деформации. Уменьшая время рекомбинации Тр, можно добиться выключения деформационного источника акустических волн за времена, не превосходящие длительность оптического воздействия т (при Тр т,,), и существенного уменьшения длины диффузии неравновесных носителей /д==К1)дТр. Оба эти обстоятельства приводят к сокращению длительности оптически возбужденных в полупроводниках импульсов деформации вплоть до [95, 96]. [c.167]

Оптические свойства. Исследование оптических свойств кристаллических полупроводников дает обширную информацию об их зонной структуре. Данные об энергетическом спектре аморфных полупроводников также могут быть получены из оптических измерений. Первостепенная роль отводится при этом измерениям спектров поглощения. Спектры поглощения аморфных полупроводников удобно сравнить со спектром тех же материалов в кристаллическом состоянии. Это можно сделать в случаях германия, кремния, соединений селена и теллура. На рис. 11.14 в качестве примера приведен край спектра оптического поглощения аморфного кремния, который сравнивается с соответствующим спектром кристаллического кремния. Аналогичные данные получены для аморфного германия, арсенида и антимонида индия и некоторых других полупроводников. [c.367]

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]

При длинах волн, превышающих граничную (с учетом теплоЕого хвоста ), энергии квантов оказываются недостаточными для образования электронно-дырочных пар, и простые полупроводники можно считать прозрачными в этих областях спектра (правее максимума кривой). Однако небольшое оптическое поглощение все же происходит вследствие того, что в полупроводнике имеется некоторое число свободных электронов и дырок [c.246]

СИЛА [Магнуса действует на тело, вращающееся в набегающем на него потоке жидкости или газа, направленная перпендикулярно к потоку и оси вращения нормального давления — часть силы взаимодействия тел, направленной по нормали к поверхности их соприкосновения оптическая линзы в воздухе — величина, обратная фокусному расстоянию линзы поверхностная приложена к поверхности тела подъемная — составляющая полной силы давления на движущееся в газе или жидкости тело, направленная перпендикулярно к скорости тела равнодействую1цая эквивалентна действию на тело системы сил света — отношение светового потока, распространяющегося от источника в рассматриваемом направлении внутри малого телесного угла, к этому углу термоэлект-родви ку цая возникает в электрической цени, составленной из разнородных проводников, контакты между которыми имеют различную температуру тока — отношение электрического заряда, переносимого через сечение проводника за малый интервал времени, к /гому интервалу трения (препятствует относительному перемещению соприкасающихся тел, слоев жидкости или газа качения действует на цилиндрическое или шарообразное тело, катящееся без скольжения цо плоской или изогнутой поверхности покоя имеет максимальное значение составляющей взаимодействующих тел и направлена по касательной к поверхности соприкосновения скольжения действует при движении соприкасающихся тел и направлена по касательной к поверхности их соприкосновения) тяжести — равнодействующая силы гравитационного взаимодействия тела с Землей и центробежной силы инерции, обусловленной вращением Земли фотоэлектродвижушая — ЭДС, возникающая в полупроводнике при поглощении в нем электромагнитного излучения электродвижущая (ЭДС) — характеристика источника тока, определяемая работой, затрачиваемой на перемещение единичного положительного заряда по замкнутому контуру] [c.275]

Рассеяние на оптических фононах. П ри рассеянии в металлах существенны оптич. фононы во всей зоне Бриллюэна, в осн. коротковолновые с д Ь , где Ьц — размер Бриллюэна зоны. В полупроводниках в рассеянии участвуют только оптич. ДВ-фононы с д Ьр, Частоту этих фононов сор можно считать не зависящей от д. Рассеяние на оптич. фононах квазиупруго только при <Г Дюр ж 400 К, т. е. только при очень высоких энергиях электронов (см. Горячие электроны). В области энергий Дш проявляются неуиругий и пороговый характеры рассеяния. Это существенно при низких темп-рах Т ДШр, когда ниже порога ( < ДШд) рассеяние слабое и возможно только за счёт маловероятного поглощения фонона, пропорционального = ехр(—Дш/ Г) < 1, а выше порога > ДЮр) рассеяние сильное — оно происходит при спонтанном испускании фонона. [c.274]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...