Заломлення та відбиття cвітла

• При розповсюдженні світла в прозорій речовині, змінюється його швидкість. Для характеристики оптичних властивостей середовища вводять абсолютний і відносний показники заломлення.

• Абсолютним показником заломлення середовища називається величина, що дорівнює відношенню швидкості електромагнітної хвилі у вакуумі до їх фазової швидкості в середовищі:

n = c/v =

• Для середовища, яке не має феромагнітних властивостей n =

• Відносним показником заломлення двох середовищ називається величина, яка дорівнює відношенню показників заломлення цих середовищ: n₂₁ = n₂/n₁

Відбиття світла від твердих тіл характеризується коефіцієнтом відбиття

R = I_R/I₀.

Коефіцієнт відбиття пов’язаний з показником заломлення n і показником поглинання (екстинції) k формулою Френеля R =

де k = .

.

Звідси можна знайти коефіцієнт n n = (+ Існує зв’язок між показниками заломлення та поглинання та реальною і уявною частинами діелектричної сталої матеріалу =1+2=(n+ik)2 1 = n2- k2, 2 = 2nk

Формула друде-фойгта

• При отриманні зв'язку коефіцієнта заломлення з довжиною хвилі у визначеній області значень  користуються основами теорії гармонічних коливань, а також емпіричною формулою Друде-Фойгта.

• У відповідністю з теорією гармонічних коливань коефіцієнт заломлення n можна представити у вигляді

n² = 1 + ln,

де  = , E_d, E₀ - сталі речовини.

Коефіцієнт заломлення n згідно з емпіричною формулою Друде-Фойгта, може бути записаний у вигляді

n² = 1 + ,

де N – число іонів в одиниці об'єму;

e і m – заряд і маса електрона відповідно.

Спектри пропускання та відбиття

Спектри пропускання (а) та відбиття (б) плівок CdТe, отриманих при T_e = 893 K та різних температурах підкладки T_s, K: 293 (1); 373 (2); 473 (3); 573 (4); 673 (5); 773 (6).

Прямозонні та непрямозонні матеріали

Відомі в наш час напівпровідники у відповідності з конфігурацією зон поділяють на два основні види. У першому з них мінімум енергії в зоні провідності, який характеризується хвильовим вектором k_мін і максимумом енергії у валентній зоні k_макс розташовані у одній тій самій точці зони Брилюєна (звичайно у точці k = 0). Такі напівпровідники називаються прямозонними (GaAs, InSb, CdTe). У іншого виду напівпровідників екстремуми зони провідності і валентної знаходяться при різних значеннях k. Такі напівпровідники називаються непрямозонними (Ge, Si). Оскільки екстремуми зон зміщені за k, то перекидання електрона під дією фотона відбувається зі зміною вихідного значення квазіімпульса. Для цього потрібне третє тіло – фонон, який забере частину імпульсу на себе. Такі переходи менш ймовірні.

Дисперсійне співвідношення

Дисперсійне співвідношення

Зона з прямими переходами: Зона з непрямими переходами:

сильна абсорбція  = A(hv - E_g)^1/2 слабка абсорбція  = A(hv - E_g)²

(високий показник поглинання >10⁵ cм^-1) (низький показник < 10³ cм^-1)

ПОГЛИНАННЯ СВІТЛА

Прямозонні матеріали поглинають 90% падаючого світла на товщині 1-3 мкм, непрямозонні на 100-150 мкм. Для того, щоб поглинути 100% світла, шар кремнію повинен мати товщину10⁴ мікрон, в той час коли, наприклад, шар CdTe (CIGS) – лише 4-5 мікрон