Физика полупроводниковых систем. Основные понятия

токе в дрейфовое движение вовлекаются и электроны, находящие­ся в несвязанных друг с другом кластерах локализованных состо­яний. В частности, в ионных кристаллах в условиях прыжковой проводимости по узлам решетки, поляроны, совершающие прыжки вокруг примесных атомов (атомных дефектов решетки) и поэтому напрямую не участвующие в проводимости на постоянном токе, обусловливают наличие участка увеличения действительной части электропроводности при увеличении частоты электрического поля. В поликристаллических материалах увеличение действительной части электропроводности с повышением угловой частоты ω элек­трического поля обусловлено тем, что на переменном токе наря­ду с носителями заряда в цепочках электрически связанных при данной температуре кристаллитов, напрямую “замыкающих” элек­троды (контактные обкладки) на постоянном токе (при ω = 0), вклад в электрическую проводимость дают также и носители за­ряда в “оборванных” (не замыкающих обкладки) цепочках кри­сталлитов. Увеличение мнимой части электропроводности поли­кристаллов при увеличении частоты обусловлено запаздыванием переходов носителей заряда между кристаллитами по отношению к изменяющемуся во времени электрическому полю.

ду атомами, сопоставляемая связанным между собой поперечному оптическому фонону и фотону, имеющим почти одинаковые энер­гии и (квази)импульсы. Распространение электромагнитной волны в кристалле сопровождается его поляризацией, которая оказыва­ет обратное воздействие на волну. Видоизмененный в результате поляризации фотон называется “поляритон”. Квантовому понятию поляритона или “фотона в поляризуемом кристалле” соответству­ет классическое понятие “собственной электромагнитной волны”, аналогично тому, как собственным колебаниям и волнам кристал­лической решетки соответствуют фононы. В понятии “поляритона” отражен тот факт, что фотоны и элементарные возбуждения в кри­сталле (фононы, экситоны, плазмоны и др.) могут смешиваться, причем квант смешанного возбуждения состоит из энергии меха­нического движения (решетки, электронной и/или дырочной плаз­мы и т. д.) и энергии электромагнитного поля. Так как тепловые движения электронов, дырок и ионных остовов сопровождаются и излучением, и поглощением фотонов, то поляритоны существуют в кристалле и в состоянии термодинамического равновесия.

# Оптический аналог эффекта Мёссбауэра. Оптические спек- тры поглощения и испускания одноатомных газов состоят из ря­да дискретных линий, соответствующих разным энергиям фото­нов. Спектры многоатомных молекул представляют “скопления” отдельных линий, образующих полосы различной интенсивности. Примесные атомы и собственные дефекты в кристаллических ди­электриках обычно имеют широкие спектральные полосы со слож­ной структурой из-за поглощения и/или испускания ими фононов, сопровождающих оптические переходы. Однако при низких (крио­генных) температурах на фоне почти сплошной полосы проявляет­ся узкая интенсивная бесфононная линия. (Ее ширина на полувы­соте, т. е. полуширина, меньше тепловой энергии.) Узкие линии люминесценции дефектов кристаллической структуры являются следствием внутрицентровых бесфононных излучательных элек­тронных переходов в дефектах. Энергия квантов, соответствующих бесфононной линии, специфична для каждого вида (сорта) точеч­ных дефектов кристалла. Пример: в измеренном при температуре жидкого азота спектре электролюминесценции кремниевого р–n­диода, облученного гамма-квантами (энергия кванта 1.25 МэВ) от источника60Co флюенсом 5·1018см−2и затем отожженного в ва­кууме при температуре 200◦С в течение 15 мин, наблюдается бес­фононная линия (0.967 эВ), обусловленная излучательным перехо­дом электрона в точечном дефекте этой приборной структуры.

Л. Мандельштам; 1928 г.). При КРС в спектре рассеянного из­лучения появляются спектральные линии, которых нет в спек­тре первичного (возбуждающего) света. Число и расположение появившихся линий определяется молекулярным строением веще­ства. Электромагнитное излучение частотой ν можно рассматри­вать как поток фотонов с энергией hν, где h — постоянная План­ка. При столкновениях с молекулами фотоны рассеиваются. В слу­чае упругого рассеивания фотоны отклоняются от первоначального направления движения, но не изменяют своей энергии (рэлеев­ское рассеяние). В случае неупругого рассеивания фотона про­исходит обмен энергией между фотоном и молекулой (импульс фотона много меньше импульса молекулы). Молекула при этом может как приобрести, так и потерять часть своей энергии ∆E, соответствующей разности энергий двух разрешенных ее состоя­ний, точнее, величина ∆E должна быть равна изменению коле­бательной и/или вращательной энергий молекулы. Если молекула приобретает энергию ∆E, то после рассеяния фотон будет иметь энергию hν−∆E и соответственно частоту излучения ν−∆E/h. Ес­ли молекула потеряет энергию ∆E, частота рассеяния излучения будет равна ν + ∆E/h. Излучение, рассеянное с частотой мень­шей, чем у падающего на вещество света, называется стоксовым излучением, а излучение с большей частотой называется анти­стоксовым. В кристаллах алмаза (c-Dia), кремния (c-Si) и герма­ния (c-Ge), принадлежащих кубической сингонии и содержащих по два атома в примитивной элементарной ячейке, существуют по три оптические ветви колебаний атомов. Их кристаллическую структуру можно представить состоящей из двух взаимопроникаю­щих кубических гранецентрированных подрешеток Браве: каждый атом одной подрешетки находится в центре правильного тетраэд­ра, в вершинах которого находятся четыре таких же атома, при­надлежащие к другой подрешетке. Если одна подрешетка колеб­лется относительно другой (оптическая ветвь колебаний атомов), то величина стоксовского сдвига ∆E (в миллиэлектронвольтах) при КРС на оптических фононах из центра зоны Бриллюэна для комнатной температуры равна: 165 (Dia), 64.2 (Si) и 37.3 (Ge).