Поглощение свободными носителями заряда

Рассматриваемые внутризонные переходы происходят с нарушением правил Отбора. Они осуществляются либо когда наряду с поглощением фотона происходит поглощение или испускание фо-нона, либо когда имеется рассеяние носителей на ионизованных примесях. Это обусловлено законом сохранения импульса. Расчеты показывают, что коэффициент поглощения свободными носителями заряда определяется проводимостью вещества [c.311]

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]

Предполагая, что преобладающим механизмом поглощения является поглощение свободными носителями заряда, величину (т) (т ) можно найти графически (рис. 115) [154]. [c.190]

Рис. 12.4. Поглощение свободными носителями заряда в германии п- и р-типа

Поглощение свободными носителями заряда [c.286]

ПОГЛОЩЕНИЕ СВОБОДНЫМИ НОСИТЕЛЯМИ ЗАРЯДА [c.289]

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]

Межзонное рекомбинационное излучение. Выше отмечалось, что поглощение света полупроводником может привести к образованию электрона в зоне проводимости и дырки в валентной зоне. Если межзонный переход является прямым, то волновые векторы этих носителей заряда одинаковы к —к. Образовавшиеся свободные носители заряда участвуют в процессах рассеяния, в результате чего за время релаксации —10 с) электрон опускается на дно зоны проводимости, а дырка поднимается к потолку валентной зоны. При их рекомбинации генерируется фотон, т. е. возникает излучение света. Переходы электронов из зоны проводимости в валентную зону могут быть прямыми и непрямыми (так же как переходы при поглощении света). Прямой излуча-тельный переход изображен на рис. 9.7. [c.314]

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]

Поглощение света свободными носителями заряда. Свет может вызывать —I I — Переходы свободных носителей заряда с одних уровней зоны на другие (рис. [c.323]

С классической точки зрения пог-лощение света свободными носителями происходит следующим образом носители заряда ускоряются в электрическом поле световой волны и, рассеиваясь на де-фектах кристаллической решетки, передают им свою энергию. Иными словами, энергия световой волны переходит в тепло благодаря эффекту Джоуля—Ленца. Классическая формула для коэффициента поглощения свободными носителями имеет следующий вид [c.323]

Для модуляции световых потоков можно использовать зависимость коэффициента поглощения у края собственной полосы от давления, внешнего электрического поля и концентрации свободных носителей заряда или зависимость поглощения света свободными носителями от их концентрации. [c.324]

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]

Погрешность измерений, вызванная интерференцией, становится пренебрежимо малой в образцах, для которых ad > 1,7. В этом случае эффективно интерферирующие пучки ослаблены сильным поглощением излучения в исследуемой среде. Для арсе-нида галлия этот случай иллюстрируется топограммой (рис. 111, а) и осциллограммой распределения свободных носителей заряда [c.185]

Полагая, что поглощение света в полупроводниках происходит за счет внутризонных переходов, т. е. свободными носителями заряда, что в самом деле имеет место для ИК диапазона, коэффициент поглощения полупроводника и-типа можно представить в виде [c.188]

Первый путь — анализ только прошедшего потока и определение величины а (Ne) по Т (см. рис. 111, б), в то время как на самом деле а = / (Т, R). Сечение поглощения о (jV ) можно выбрать в результате усреднения экспериментальных данных, взятых ИЗ различных литературных источников, но оно не будет достаточно полно отражать истинной концентрационной зависимости а = = / (Л Л. и поэтому ошибка в определении концентрации свободных носителей заряда по отношению к холловским измерениям составляет 30—40% (см. табл. 29). [c.188]

С целью увеличения точности определения электрофизических параметров можно производить обработку оптических сигналов поэтапно и дополнительную информацию получать вторым путем, который заключается в том, что на первом этапе находят зависимость 0=1 Ne) и степень компенсации для конкретного исследуемого образца. Для этого по экспериментально измеренным в нескольких точках образца коэффициентам отражения графически определяют концентрацию свободных носителей заряда (рис. 112). По измеренным в этих же точках коэффициентам пропускания Т и отражения R по формуле (137) находят коэффициент поглощения [c.188]

Рис. 113. Зависимость сечения поглощения от концентрации свободных носителей заряда при комнатной температуре [221 ]

Рис. 113. Зависимость <a href="/info/144453">сечения поглощения</a> от концентрации <a href="/info/191873">свободных носителей заряда</a> при комнатной температуре [221 ]

Существуют и другие виды поглощения света, не приводящие к возникновению неравновесных носителей заряда. К таким поглощениям относятся решеточные, на плазменных колебаниях (коллективных колебаниях электронов), с образованием связанных электронов и дырок (экситонов), на свободных носителях заряда. Для этих случаев = Рр = 0. Следовательно, эффективное значение квантовых выходов при малых световых потоках, имеющих место в методах неразрушающего контроля полупроводников, будет меньше 1. [c.226]

Физический механизм. Рабочие уровни в П. л. обычно принадлежат энергетич. зонам, т. е. областям сплошного спектра энергетич. состояний, а активными частицами лазерной среды являются свободные носители заряда. Накачка обеспечивает поступление избыточных электронов в зону проводимости и избыточных дырок в валентную зону (напр., оптич. накачка порождает избыточные пары носителей — электронов и дырок — за счёт межзонного поглощения см. в ст. Полупроводники). Время свободного пробега носителя обычно мало (Ю И — с) вследствие быстрых процессов внут- [c.52]

В среднем ИК-диапазоне поглощение света обусловлено колебаниями решетки и присутствием примесей, а также внутризонными переходами свободных носителей заряда. На рис. 3.8 показаны спектры поглощения света монокристаллом кремния при разных температурах. Поло- [c.83]

Диапазон измеряемых температур. Для измерения температуры полупроводниковых кристаллов по сдвигу края поглощения необходимо, чтобы свет взаимодействовал с двумя поверхностями пластинки. Верхнюю границу температурного диапазона, в котором возможно измерение, определим из условия ак 4,5, при этом ехр( —а/г) 0,01, и пластинка является частично прозрачной. На рис. 5.13 показаны спектральные зависимости верхней границы при измерениях в проходящем и отраженном свете для кристалла кремния толщиной 1 мм. В коротковолновой области (Л 1,74-1,8 мкм) верхний предел достигается тогда, когда кристалл становится непрозрачным вследствие сдвига края поглощения. В длинноволновой области непрозрачность кристалла при нагревании обусловлена увеличением концентрации свободных носителей заряда, при этом коэффициент поглощения связан с длиной волны соотношением Друде а Л . [c.122]

Поглощение света в кристалле обусловлено различными механизмами, для которых имеется своя температурная и спектральная зависимость поглощения [6.45]. Для кремния в области Л < 2 мкм температурный диапазон ограничен сверху поглощением на межзонных оптических переходах, край которых при нагревании кристалла сдвигается в длинноволновую сторону. В области Л 2 мкм рост поглощения обусловлен тепловой генерацией свободных носителей заряда (электронов и дырок). Этот механизм качественно описывается моделью Друде [6.44], а более точно — полуэмпирическими зависимостями [c.163]

Этот спад объясняется тем, что при /IV А 1 0 коэффициент поглощения очень велик и весь свет практически поглощается в очень тонком поверхностном слое. Таким образом, высокая концентрация свободных носителей заряда возникает в слое, где время их жизни меньше, чем в объеме полупроводника. Из-за наличия в приповерхностном слое большого числа дефектов уменьшается по сравнению с объемными не только время жизни свободных носителей заряда, но и их подвижность. В силу этого при освещении полупроводника светом с частотой АИ о// обычно не наблюдается заметной фотопроводимости. [c.86]

В заключение укажем еще на один важный частный случай многофотонного поглощения многофотонную ионизацию. При этом происходит возбуждение атомной системы не в дискретное связанное состояние, а в континуум ионизации. Очень чувствительный электрический метод обнаружения продуктов ионизации позволяет наблюдать многофотонные эффекты очень высокого порядка. Многофотонная ионизация играет важную роль в образовании индуцированной лазером плазмы, так как она создает в нейтральной среде, а именно в газе, свободные носители зарядов. В результате других эффектов взаимодействия с электромагнитным полем эти заряды осуществляют затем лавинную реакцию [3.13-3]. [c.316]

Ранее мы ограничивались в основном случаем диэлектрических материалов. Наличие свободных носителей заряда приводит к ряду новых важных для практики акустических эффектов, в частности к дополнительному (акустоэлектронному) поглощению или усилению звуковых волн. Ниже мы кратко обсудим основные черты [c.324]

Поглощение свободными носителями. Поглощение фотонов может быть связано с переходами электронов (или дырок) с уровня на уровень в пределах одной и той же разрешенной зоны (рис. 9.4). Поглощение, связанное с этим процессом, наблюдается за краем собственного поглощения при достаточно больших концентрациях коснтелсй заряда в полупроводниках. Оно плавно возрастает с 310 [c.310]

В случае, когда электроны зоны проводи.мости и электроны не полностью заполненной валентной зоны за счет света переходят внутри зоны с одного уровня на другой, происходит тгпощение света свободными носителями заряда. Это поглощение пропорционально концентрации свободных носителей за- [c.69]

При собственном и примесном поглощениях возникают избыточные свободные носители заряда, приводящие к увеличению проводимости полупроводника. Процесс внутреннего освобождения электронов под действием света называется внутренним фотоэффектом. Добавочная проводимость, приобретаемая полупроводником при облучении светом, называется фотопроводимостью. Основная, же проводимость, обусловленная тепловым возбуждением свободных носителей заряда, называется темновой проводимостью. Приборы, предназначенные для регистрации светового излучения по< величине фотопроводимости, называются фоторезисторами. [c.324]

В кристаллах диэлектриков, не содержащих свободных носителей зарядов, затухание Г. определяется в оси. его нелинейным взаимодействием с тепловыми фо-иоиами. На сравнительно низких частотах действует т. н. механизм фононной вязкости (м е х а н и з м Ахиезера). Он заключается в том, что упругая волна нарушает равновесное распределение тепловых фононов и перераспределение энергии между разл. фононами приводит к необратимому процессу диссипации энергии. Этот механизм имеет релаксац. характер, а роль времеии релаксации т играет время жизни фоно-па. Механизм фоиопной вязкости даёт вклад в поглощение как продольных, так и поперечных волн. Он является доминирующим при комнатных темп-рах, при К-рых выполняется условие штс1 (где ш — круговая частота Г.). [c.477]

ФОТОЭФФЁЬСТ ВНУТРЕННИЙ--возникновение свободных носителей заряда — электронов и (или) дырок в твёрдом теле при поглощении в нём квантов эл.-магн. излучения (фотонов). Ф. в. является первичным актом в явлениях фотоэдс, фотопроводимости, фотомагнитоэлект-рич. и др. эффектов в полупроводниках. [c.370]

Коэффициент поглощения непрямозонных полупроводниковых кристаллов изменяется с температурой в основном по двум причинам 1) ширина запрещенной зоны Е кристалла, как правило, уменьшается с температурой 2) плотность фононов, участвующих в поглощении световых квантов, растет с температурой. Поэтому при нагревании пластинки увеличивается коэффициент поглощения света с фиксированной длиной волны и уменьшается коэффициент его пропускания (рис. 5.2), а край спектра пропускания (или отражения) перемещается в длинноволновую область. Свободные носители заряда при концентрациях, меньших 10 -ь10 см , не оказывают существенного влияния на поглощение света в ближнем ИК-диапазоне, где расположен край поглощения Се и 81 (коэффициент поглощения свободными носителями, согласно классической теории, пропорционален Л ). [c.111]

Помимо этого вида Ф., обнаружены и исследуются др. ее виды. Ф. имеет место при внутризонном поглощении излучения свободными носителями заряда [3 . Электроны проводимости (или дырки), двигаясь в кристалле, рассеиваются па колебаниях кристаллич. решетки илп па дефектах. Т.к. подвижность электропов Х зависит от их времени свободного пробега т л = ег/т (т — эффективная масса электрона), а последнее, в свою очередь, зависит от эпергии электронов, то элек-т 10магнитп0е излучение, поглощаясь электронами проводпмости и увеличивая их энергию, изменяет подвижность и, следовательно, электропроводность вещества. Ф. в этом случае паз. п о д в и ж н о с т-н о й, или р,-Ф. [c.348]

Поле Н должно быть перпендикулярно потоку излучения (см. рис.). Э. ф. э. возникает независимо от наличия градиента темп-ры кристаллич. решетки проводника и градиента концентрации свободных носителей заряда и объясняется след. в результате поглощения излучения свободными носителями заряда изменяется их энергетич. сиектр (средняя энергия увеличивается), причем это изменение уменьшается в паправлепии затухания излучения. Возникают 2 потока носителей более горячие движутся в направлении затухания пзлучения, болео холодные — в противоположном. Т. к. время свободного пробега посителей (время релаксации импульса) зависит от пх эпергии, то поло Н по-разпому отклоняет оба потока. В результате. этого противоположные грани проводника А и В заряжаются одна относительно другой, вследствие чего возникает эдс. [c.503]

При исполшванни фогосопротивлеиий надо учитывать плавный спад фототока (добавочного тока при освещении) в области малых длин волн (рис. 7.3,6). Это объясняется тем, что при большом показателе собственного поглощения весь свет поглощается в поверхностном слое кристалла, где очень велика скорость рекомбинации носителей заряда. Вследствие этого время жизни свободных носителей заряда уменьшается и, следовательно, падает их концентрация и фототок. [c.192]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...