9.3.1. Собственное поглощение

В результате поглощения фотона с энергией, достаточной для переброса электрона через запрещённую зону, в зоне проводимости появляется свободный электрон, а в валентной зоне – дырка. В зависимости от структуры энергетических зон, межзонное поглощение может быть связано с прямыми или непрямыми оптическими переходами.

Рассмотрим в качестве примера следующие зонные структуры:

На рисунке «а» изображён прямой переход – здесь минимум зоны проводимости и максимум валентной зоны находятся в одной точке . На рисунке «б» изображён не прямой переход: здесь минимум зоны проводимости смещён относительна максимума валентный зоны. В случае непрямых переходов требуется участие фонона. Энергия фотона, необходимая для перехода через запрещённую зону, составляет:

9.3.2. Экситонное поглощение

Возможен механизм поглощения, при котором электрон валентной зоны переводится в возбуждённое состояние, но остаётся связанным с образовавшейся дыркой. Это возбуждённое состояние называется экситоном. Энергия образования экситона меньше ширины запрещённой зоны , так как есть минимальная энергия, требуемая для создания разделённой пары.

9.3.3. Поглощение свободными носителями

Поглощение фотонов связано с переходами электронов или дырок с уровня на уровень в пределах одной и той же разрешённой зоны. Наблюдается при . Переходы осуществляются, когда наряду с поглощением фотона происходит поглощение или испускание фонона.

9.3.4. Примесное поглощение

Наблюдается в полупроводниках и диэлектриках, содержащие примесные атомы. В этом случае поглощение света связано с возбуждением примесных центров. Например, в материале n-типа электроны с донорных уровней могут быть возбуждены в зону проводимости.

9.3.5. Решёточное поглощение

Наблюдается в ионах кристаллов. Такие кристаллы можно рассматривать как набор электрических диполей. Эти диполи могут поглощать энергию светового излучения. Наиболее сильным поглощение будет тогда, когда частота излучения равна частоте собственных колебаний диполя. Такое поглощение света, связанное с возбуждением колебаний кристаллической решётки, называется решёточным.

Тема 10: Механические свойства твёрдых тел

10.1. Тензор напряжений

Если на тело действуют какие-либо внешние силы, то происходит его деформирование. Расстояние между атомами и молекулами измениться, и тело окажется выведенным из состояния равновесия. В нём возникнут силы, которые будут стремиться вернуть тело в равновесное состояние. Эти силы вызывают внутренние напряжения. Они обуславливаются межатомными силами: в каждой точке тела возникают механические напряжения. Если в таком теле выделить какой-либо элементарный объём, то на него действуют 2 типа сил:

1. Объёмные силы (например, силы тяжести)

2. Силы, действующие на поверхность элемента объёма со стороны окружающих его частей тела. Эти силы пропорциональны площади поверхности элемента.

Существуют истинные и условные напряжения.

Истинные напряжения определяют, относя силу, приложенную к образцу, к фактическому значению площади сечения, изменяющееся при напряжениях, вызывающих деформацию. Условные напряжения определяют, относя силу к площади первоначального сечения образца.

Рассмотрим в осях X,Y,Z. Рассмотрим напряжения, действующие на грани этого элементарного объёма.

Обозначим через σ_ij компоненту напряжения, действующую в направлении j на грань куба, перпендикулярную оси i. Напряжения будут называться нармальными напряжениями (растягивающие или сжимающие). - это касательные напряжения (скалывающие или сдвиговые).

Νβ: итак, напряжённое состояние в точке характеризуется 9 величинами , которые являются компонентами тензора 2 ранга, называемого тензором механических напряжений:

В этом тензоре из-за вращающих моментов относительно оси куба будут равны:

Следовательно, из 9 компонент тензора только 6 являются независимыми, и тензор является симметричным, т.е. компоненты, симметричные относительно главной диагонали тензора, равны между собой: