Донорно-акцепторні пари
Якщо
в напівпровіднику присутні донорна і
акцепторна домішки з енергією іонізації
відповідно 
і 
,
то вони можуть утворювати пари, які
будуть діяти як нерухомі молекули,
поміщені в кристал. Кулонівська взаємодія
між донором і акцептором, що знаходяться
в середовищі з відносною діелектричною
проникністю 
,
викликає зменшення їх енергії зв'язку
на величину
,
(12.9)
де r - відстань між донором і акцептором, що утворюють пари.
Тому енергетичний зазор між донорним і акцепторним рівнями (рис. 12.14 ) буде дорівнює:
.
( 12.10 )
Оскільки
домішки можуть займати дискретні
положення в гратці (наприклад, домішка
заміщення займає вузли), відстань в
донорно-акцепторній парі змінюється
кінцевими порціями. Це має обумовити
наявність в спектрі тонкої структури.
При великих відстанях між донором і
акцептором (
)
лінії випромінювання перекриваються,
утворюючи широкий спектр. Спектральне
положення як широкої смуги, так і
структури вузьких ліній повинно залежати
від типу домішок. При цьому залежно від
місць, які займають домішки, можуть
утворюватися різні типи пар. Якщо донор
і акцептор займають в гратці однакові
місця, то утворюються пари типу I. Якщо
донор і акцептор займають різні місця,
то виникають пари типу II.
Випромінювання
донорно-акцепторних пар було виявлено
у ряді напівпровідників. Зокрема, на
рис. 12.15 показано спектр фосфіду галію
при 1,6 К, що має донорно-акцепторні пари
і 
в
яких 
є акцептором. І донори, і акцептори
займають вузли замість фосфору.
Релаксація люмінесценції напівпровідників
При виключенні джерела збудження випромінювання напівпровідника зникає не миттєво. Оскільки інтенсивність люмінесценції пропорційна числу актів рекомбінації в секунду
,
(12.11)
то зміна її яскравості в часі після зняття збудження буде різним у залежності від виду люмінесценції.
У разі мономолекулярного світіння, коли процес поглинання і випромінювання відбувається в одному і тому ж центрі, зменшення концентрації збуджених електронів у часі визначається співвідношенням виду
,
(12.12 )
де
- концентрація збуджених електронів в
момент
;
–
час життя електрона на збудженому рівні
центру.
Отже, інтенсивність мономолекулярної люмінесценції після припинення збудження
,
(
12.13 )
тобто зменшується за експоненціальним законом з постійною часу .
Для
рекомбінаційної
люмінесценції закон загасання визначається
ступенем її збудження. Розглянемо два
крайніх випадки. При слабкому збудженні,
коли концентрація надлишкових носіїв
заряду 
значно менше рівноважних 
,
інтенсивність рекомбінації пропорційна
першому ступеню концентрації, тобто
.
( 12.14 )
Для
цього випадку 
,
,
тому
,
( 12.15 )
де
та 
– концентрація надлишкових носіїв
заряду і інтенсивність люмінесценції
в момент часу
,
тобто в момент вимикання збудженого
світла.
Вид випромінювання напівпровідника, інтенсивність якого описується (12.15), носить назву мономолекулярного рекомбінаційну свічення. За його експоненціальної кривої релаксації можна визначити час життя нерівноважних носіїв заряду.
У разі сильного збудження, коли , інтенсивність рекомбінації пропорційна квадрату концентрації надлишкових носіїв заряду, тобто
.
( 12.16 )
Оскільки концентрація надлишкових носіїв зменьшується у часі як
,
( 12.17 )
то інтенсивність люмінесценції описується співвідношенням виду
, ( 12.18 )
а люмінесценцію називають бімолекулярним рекомбінаційним свіченням.
Висновоки
Люмінесценція - основний вид випромінювання речовини. Дослідження люмінесценції ведуть до пізнання властивостей самого випромінювання, а також властивостей і будови речовини і відкривають можливості для численних наукових і технічних застосувань.
Лише з виникненням квантової теорії світла холодне свічення-люмінесценція-отримало своє природне тлумачення і перестало бути загадковим явищем природи.
Розуміння природи холодного світіння дозволило встановити його тісний зв'язок з різними властивостями речовини і відкрило різноманітні можливості його застосування в багатьох областях науки і техніки. Дозволивши економічно і багато в чому дуже абсолютно вирішити світлотехнічні завдання, люмінесценція стала широко застосовуватися при вивченні взаємодій світла з речовиною, при вивченні властивостей речовини і його складу, біологічних об'єктів і біологічних процесів у наукових дослідженнях і в практичній медицині, для виявлення невидимих оку випромінювань і радіація , при вирішенні технічних завдань, наприклад в телебаченні, в електронно-обчислювальної техніки, при розробці різних видів оптичних квантових генераторів, при пошуках корисних копалин, в інженерній геології та в інших областях техніки і народного господарства.
Список використаної літератури:
Давидюк Г. Є., Нерівноважні процеси в напівпровідниках: Навч. посібник. – Луцьк: Ред.-вид. від. «Вежа» Волинь. держ. ун-ту ім.Лесі Українки, 2000.–151 с.
Дмитрієва В. Ф., Фізика: Навч. посібник.–К.: Техніка, 2008.–648с.
Кардон М., Основи физики полупроводников / Пер. с англ.. И. И. Решиной. Под. ред. Б. П. Захарчени. – 3-е узд.–М.: ФИЗМАТЗЛИТ, 2002.–560с.
Шавилова К. В., Физика полупроводников, М.: Энергоатомиздат, 1985.–392с.