🗊Презентация Внутрицентровое поглощение света на примесных уровнях в ИК-диапазоне

Внутрицентровое поглощение света на примесных уровнях в ИК-диапазоне Доклад подготовила Петрова Наталья Студентка 506 группы Кафедры общей физики и молекулярной электроники МГУ имени М.В. Ломоносова

Содержание Поглощение, связанное с примесными атомами. Виды примесей: мелкие, глубокие, эрбий. Донорные и акцепторные примеси. Внутрицентровое поглощение. Поглощение на свободных носителях в легированных полупроводниках. Спектры ИК-поглощения GaAs p-типа. Поглощение носителями, связанными на донорах и акцепторах. Спектры поглощения. Фототермическая ионизационная спектроскопия. Энергия связи. Поглощение в соединениях, легированных эрбием.

Поглощение, связанное с примесными атомами Примеси

Примесное поглощение в полупроводниках при малых концентрациях примеси Оптические переходы в полупроводнике, содержащем донорные и акцепторные примеси с уровнями энергии Ed и Еa. hv < Eg , предположение: атомы примеси не взаимодействуют друг с другом и образуют узкие уровни в запрещенной зоне.

Поглощение на свободных носителях в легированных полупроводниках Выражение Друде для свободных носителей

Коэффициент поглощения на свободных носителях nr - реальная часть коэффициента преломления, с - скорость света.

Спектры инфракрасного поглощения GaAs p-типа На вставке показаны два внутризонных (начальное и конечное состояния электрона находятся в одной и той же зоне) перехода между спин-отщепленной дырочной зоной (so) и зонами тяжелых (hh) и легких (lh) дырок в полупроводниках типа алмаза и цинковой обманки с р-типом легирования. Три широких пика при 0,15; 0,31 и 0,42 эВ - переходы легкие дырки->тяжелые дырки, спин-отщепленная дырочная зона->легкие дырки, спин-отщепленная дырочная зона->тяжелые дырки

Поглощение носителями, связанными на донорах и акцепторах Мелкие доноры и акцепторы в полупроводниках типа алмаза и цинковой обманки ведут себя в какой-то мере подобно «атомам водорода в твердом теле». Хорошо известно, что атом водорода может поглощать электромагнитное излучение при электронных переходах между его квантованными уровнями. Эти переходы приводят к возникновению серий резких линий поглощения, известных как серии Лаймана, Бальмера, Пашена и др. в спектрах атомарного водорода. По аналогии с атомом водорода, электрон на донорном атоме или дырка на акцепторном атоме могут быть возбуждены оптически из одного связанного состояния в другое. Очевидно, что эти переходы будут подчиняться правилам отбора, подобным правилам отбора в атоме водорода, т.е. электрические дипольные переходы будут разрешены между состояниями с s- и р-симметрией (т.е. когда разница между квантовыми числами углового момента I равна единице), но запрещены между состояниями с одинаковой симметрией.

Спектр поглощения доноров Р в Si Измерения при температуре жидкого гелия в образце, содержащем около 1,2* 10^(-4) см^3 Р. На вставке показана линия 2ро с растянутой горизонтальной шкалой; Измерения при температуре между 30 и 80 К в образце, содержащем 5, 2 *10^(-4) см^3 Р

Фототермическая ионизационная спектроскопия (ФТИС) Основной процесс – фотопроводимость с участием фононов Спектр ФТИС легированного фосфором Si

Спектр ФТИС сверхчистого p-Ge при 8К Средняя концентрация акцепторов 1010 см-3

Поглощение в соединениях, легированных эрбием (Er) Эрбий является резкоземельным элементом, который в ионизированном состоянии Er3+ может испускать фотон с длинной волны 1,54 мкм. Это происходит в результате перехода электрона внутри оболочки 4f между первым возбужденным состоянием и основным состоянием. Перспектива использования такой люминесценцией связанно с тем что длина волны испускаемого фотона попадает в область max пропускания оптических волноводов на основе оксида Si. При введении ионов эрбия в кремниевую матрицу необходимое возбуждение может быть достигнуто за счет носителей исходного материала. При этом последующий переход в невозбужденное состояние может привести к эмиссии света атомного типа в узкой области спектра. Er-легированный кремний идеально подходит для дальнейших фундаментальных исследований, связанных с квантово-электродинамическими эффектами при спонтанном излучении. Оптимальная оптическая производительность наблюдается в Er-имплантированных Al2O3 канальных волноводах. В LiNbO3,был обнаружен новый метод, использующий высокие концентрации Er с использованием быстрого термического отжига. В кремниевых p-n диодах, легированных Er, наблюдается электролюминесценция при комнатной температуре на 1.54 мкм

Спектр обратного резерфордовского рассеяния в пленке Al2O3, легированной Er на подложке SiO2

Фотолюминесценция пленки SiO2, легированной Er при комнатной температуре

Спасибо за внимание!