67. Прямозонні та непрямозонні матеріали, їх коеф.И поглинання. Визначення ширини забор. Зон.Нп матеріалів. Екситони. Енергія утворення екситону. Вільні та зв’язані екситону. Екситонне поглинання.

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 kмін і максимумом енергії у валентній зоні kмакс розташовані у одній тій самій точці зони Брилюєна (звичайно у точці k = 0). Такі напівпровідники називаються прямозонними (GaAs, InSb, CdTe). У іншого виду НП 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.

Прямозонні матеріали поглинають 90% падаючого світла на товщині 1-3 мкм, непрямозонні на 100-150 мкм.

У випадку прямозонних матеріалів перетин дотичної з віссю x дає значення забор. зон.матеріалу. У випадку непрямозонних матеріалів маємо два прямолінійні ділянки, дотичні дають перетин у точках Eg+Ep та Eg – Ep. Значенню Eg відповідає половина відрізку між цими точками.

При поглинанні світла НП ми можливе таке збудження електрону валентної зони, при якому він не переходить у зону провідності, а утворює з діркою зв'язану систему. Така система отримала назву екситону.

Ексито́н (лат. excito — «збуджую») — воднеподібна квазічастинка, що являє собою електронне збудження в  діелектрику,НПабо металі, яка мігрує по кристалу и не пов'язана з перенесенням електричного заряду.

Повна енергія екситонів дорівнює hv = hv -

де hv співпадає з шириною забор. зон.матеріалу; Еекс – енергія зв'язку екситону.

Можуть існувати як вільні так і зв'язані на дефекті кристалу (домішці) екситони.

67. Люмінесценція. Її види. Спонтанна та вимушена рекомбінація. Люмінесценція. Інжекційна та ударна люмінесценція.

Люмінесценцією називається електромагнітне нетепловое випромін., що має тривалість, яка значно перевищує період світлових коливань. Вони можуть бути переведені в збуджений стан електричним полем - електролюмінесценція, бомбардуванням НП електронами -катодолюмінесценція, освітленням - фотолюмінісценція. Люмінесценція, яка відбувається під час збудження називається флюоресценцією, якщо ж вона продовжується після закінчення збудження – фосфоресценцією.

Випромін. квантів світла з НП може відбуватися в результаті переходу електрона на більш низький енергетичний рівень при міжзонної рекомбінації або при рекомбінації за участю рекомбінаційних пасток. Когерентні - інжекційні лазери і некогерентні - світловипромінюючі діоди.

Спектральний склад оптичного випромін. визначається шириною забор. зон.в прямозонних НП х і енергетичним рівнем пасток в непрямозонних.

Люмінесценцію можна викликати шляхом інжекції носіїв через р-n - перехід. Схематично процеси ударної іонізації і ударного збудження на р-n-переході, що включений в зворотному напрямку.

Люмінесценцію можна викликати шляхом інжекції носіїв через р-n - перехід. Зонна схема р-n - переходу, включеного в прямому напрямку, представлена ​​на рис. 1. Прикладання зовн. напруги U, що понижує контактну різницю потенціалів, дає можливість частині носіїв проникнути в перехід і прилеглі до нього області та рекомбінувати з носіями заряду протилежного знака, при цьому відбувається випромін. квантів світла. Рекомбінація може відбуватися також з участю рівнів домішки

Ударна іонізація

 Схематично процеси ударної іонізації і ударного збудження на р-n-переході, що включений в зворотному напрямку, зображені на рис. В сильному електричному полі електрони зони провідності прискорюються (перехід 2), накопичуючи енергію, достатню для вибивання електронів з валентної зони в зону провідності (перехід 3). Поряд з цим відбуваються також збудження або іонізація центрів люмінесценції (переходи 4 і 5 відповідно). Аналогічні переходи відбуваються під дією дірок, що прискорюються. Випромін. виникає при переходах, обернених 4 (внутрішньоцентрова люмінесценція), а також 3 і 5 (міжзонна рекомбінація електронів з дірками і рекомбінація через центри люмінесценції відповідно). При деякому критичному значенні напруженості електричного поля цей процес приводить до настільки різкого збільшення густини струму, що відбувається електричний пробій НП .