1. Литературный обзор

Германий - химический элемент IV группы периодической системы элементов. Атомный номер 32, атомная масса 72,59. Природный германий состоит из 5-ти стабильных изотопов с массовыми числами 70, 72, 75, 74, 76. Конфигурация внеш­них электронных оболочек 4S²P².

В свободном виде - вещество с цветом поверхности от серебристого до чёрного, существует в одной аморфной и не­скольких кристаллических модификациях. Имеет высокую тем­пературу плавления Т_пл=936К.

Германий прозрачен для ПК-излучения с дайной волны свыше 2мкм, поэтому он является перспективным исходным ма­териалом для изготовления различных полупроводниковых ус­тройств. Германиевые приборы при малых габаритах и весе от­личаются высоким КПД, малым потреблением мощности, длитель­ным сроком службы и т. д.

Германий - типичный полупроводник с шириной запрещённой зоны 0,66эВ (при 300К). В химических соединениях про­являет степени окисления: +4(основная) и +2, при комнатной температуре химически устойчив к действию кислорода и воды, при нагревании реагирует со многими простыми веществами, в частности, с кислотами и щелочами.

Германий используется как полупроводниковый материал (в виде монокристаллов, аморфных плёнок) в электронике, по­лупроводниковых детекторах и приборах, измеряющих напряжён­ность постоянных и переменных магнитных полей, для изготов­ления плёночных сопротивлений, покрытий с высокой отража­тельной способностью, высокочувствительных термометров, для измерения температур, близких к абсолютному нулю.

1.1 Оптические свойства

При прохождении излучения через плоскопараллельную пластинку часть потока отразится, часть поглотится, часть будет пропущена и, наконец, часть будет испытывать многократные отражения между поверхностями пластин.

Германий обладает оптическими свойствами и характеризуется следующими коэффициентами:

• А) коэффициент поглощения (α) – отношение поглощенного лучистого потока к падающему потоку.

Поглощение – это ослабление излучения при прохождении через среду в результате взаимодействия его со средой и превращения лучистой энергии в другие виды энергии.

• Б) коэффициент пропускания (τ) – отношение пропущенного лучистого потока к падающему лучистому потоку

Пропускание – прохождение излучения сквозь среду без изменения частоты его монохроматических составляющих.

• В) коэффициент отражения (ρ) – отношение отраженного лучистого потока к падающему лучистому потоку.

Отражение – это возвращение излучения поверхностью раздела двух сред с различными коэффициентами преломления.

• Г) коэффициент преломление – это отношение скорости электромагнитного излучения в среде к скорости электромагнитного излучения в вакууме.

• Первые три характеристики связаны между собой:

α+ρ+τ=1

Основные виды погло­щения в полупроводниках:

1. Собственное, или фундаментальное, поглощение света приводит к переходу электрона из связанного состояния в свободное, т. е. из валентной зоны в зону проводимости. Собственное поглощение воз­можно при условии, что . Оно наблюдается в видимой и ближней инфракрасной областях в зависимости от ширины запре­щенной зоны.

2. Примесное поглощение вызвано ионизацией атомов примеси, т. е. или переходом электронов от атома примеси в зону проводи­мости, или из валентной зоны на уровни примеси.

3. Поглощение свободными носителями заряда обусловлено их движением под действием электрических полей световой волны. На ускорение свободных носителей заряда волна отдает часть своей энергии, что приводит к ослаблению волны.

4. Световая волна вступает во взаимодействие с колебаниями решетки, изменяя число оптических фононов. Это поглощение имеет название поглощения колебаниями решетки или решеточным поглощением.

5. Если происходит образование связанной пары электрон-дырка, то такое поглощение называют экситонным.

6. Внутризонное поглощение наблюдается в веществах, имеющих сложную структуру зон, подобно валентной зоне германия или кремния.

7. Поглощение света совокупностью свободных электронов и дырок называют плазменным поглощением.

В нашей работе измерения проводятся в области 10,6 мкм. При длине волны выше 10,6 мкм поглощение излучения становится большим, а при некотором значении λ, и вовсе весь свет задерживается кристаллом германия. Это так называемое фононное или решеточное поглощение. Квант лучистой энергии на данных длинах волн расходуется на увеличение амплитуды колебании кристаллической решетки вещества. При дальнейшем увеличении длины волны излучение почти полностью переходит в энергию решетки. При этом кристалл начинает нагреваться это может привести даже к его разрушению.

На длинах волн меньше 2 мкм излучение также плохо проходит через кристалл германия. Здесь уже главную роль играет собственное поглощение, когда энергия света расходуется на возбуждение энергетических уровней атома. Для перехода из стационарного состояния с меньшей энергией в состояние с большей энергией атома необходима энергия Е2 – Е1 =hν. На промежутке длин волн от 2,38 мкм до 10,6 мкм этой энергии недостаточно для возбуждения электронов либо атомов, но при λ меньше 2,38 мкм энергия излучения способна возбудить данный энергетический уровень атома. Данная энергия будет идти на возбуждение и, следовательно, плохо проходить через кристалл.

Также существенную роль при поглощении играют дефекты в кристалле германия. Монокристаллы пропускают свет чуть лучше поликристаллов. К тому же у них полоса пропускания гораздо шире. Это объясняется тем, что некоторая часть излучения рассеивается на границах зерен поликристалла.

.