|
ОПТИЧНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА В НАПІВПРОВІДНИКАХ
1. Вступ. Головні фізичні проблеми і досягнення при дослідженні нерівноважних явищ у напівпровідниках.
2. Оптичяі явища в напівпровідниках. Основні оптичні параметри та їх розрахунок з використанням комплексної провідності та діелектричної проникливості. Співвідношення Крамерса-Кроніга. Спектри відбиття. Плазмові хвилі. Плазмовий резонанс. Класифікація механімів поглинання світла. Власне поглинання. "Оптичне" та "термічне" значення ширини забороненої зони. Розрахунок спектральної залежності коефіцієнта поглинання при прямих і непрямих оптичних переходах. Визначення ширини забороненої зони та енергії фононів при непрямих перехзодах. Вплив тиску, температури та концентрації носіїв на границю власного поглинання. Оптичні переходи між хвостами зон. Правило Урбаха. Екситонне поглинання. Екситони Френкеля та Ваньє-Шотта. Енергетичний спекр екситонів. Екситони при непрямих та прямих переходах. Експериментальні дослідження екситонного поглинання. Екситонні комплекси. Екситони при лазерних збудженнях, поліекситони, екситонна рідина, переходи Мотта-Андерсена, Зв'язані екситони. Поглинання донорно-акцептоними комплексами. Поглинання кристалічною граткою. Поглинання вільними носіями. Домішкове поглинання. Розширення домішкових смуг внаслідок електрон-фононної взаємодії. Метод конфігураційних кривих і принцип Франка-Кондона. Ефект Франца-Келдиша. Електрооптитчні явища в напівпровідниках.
3. Ефект Керра. Ефект Поккельса. Магнітооптичні явища: ефекти Фарадея і Фойгта. Модуляційна спектроскопія.
4. Ефекти, зв'язані з поглинанням електромагнітного випромінювання в магнітних полях. Магнітоосциляційний ефект. Край власного поглинання в магнітному полі: магнітоабсорбційний ефект. Парамагнітний (спіновий) резонанс. Спінзалежні нерівноважні процеси.
5. Рекомбінація нерівноважних носіїв заряду. Рівноважні та нерівноважні носії заряду. Генерація нерівноважних носіїв. Розподіл нерівноважних носіїв заряду за енергією. Час життя надлишкових носіїв у зонах. Стаціонарна концентрація надлишкових носіїв. Квазірівні Фермі. Типи процесів рекомбінації. Міжзонна рекомбінація. Рекомбінація через локальні центри. Випромінювальна та безвипромінювальна рекомбінації.
6. Ударна (Оже) рекомбінація. Теорія рекомбінації на мікроскопічному рівні. Методи розрахунку перетину захоплення. Каскадна модель лекса. Захоплення носіїв заряду на нейтральні, притягуючі та відштовхуючі центри. Температурна та польова залежність перетину захоплення. Особливості рекомбінації в неупорядкованих напівпровідниках. Ефекти фотопам'яті. Статистика рекомбінації на центрах одного типу. Модель Шоклі-Ріда. Випадок кількох типів центрів захоплення. Модель r- та S-центрів. Рівні прилипання. Демаркаційні рівні. Рекомбінація при наявності прилипання. Рекомбінація через багатозарядні центри.
7. Фотопровідність напівпровідників. Стаціонарна фотопровідність. Основні феноменологічні параметри та методи їх визначення. Коефіцієнт підсилення. Монополярна, біполярна фотопровідність. Кінетика фотопровідності. Час життя нерівноважних носіїв заряду та час релаксації фотопровідності. Вплив прилипання на фотопровідність. Нелінійна фотопровідність. Миттєвий час життя. Температурне та оптичне гасіння фотопровідності. Домішкова фотопровідність. Оптична переразрядка домішкових центрів. Індукована фотопровідність. Термостимульована провідність. Визначення параметрів рівнів прилипання методом термостимульованої провідності. Застосування фотопровідності. Фоторезистори.
8. Люмінесценція напівпровідників. Випромінювальна міжзонна рекомбінація. Теорія Шоклі-Русбрека. Домішкова випромінювальна рекомбінація. Донорно-акцепторний механізм люмінесценції. Внутрішній та зовнішній квантові виходи лмінесценції. Спонтанне та індуковане випромінювання. Інверсне заповнення енергетичних рівнів та засоби його одержання. Напівпровідниковий лазер. Фізичні явища в напівпровідниках при лазерному збудженні. Двофотонне та багатофотонне поглинання.
9. Фотоелектричні ефекти при неоднорідній генерації нерівноважних носіїв заряду. Дифузія носіїв заряду при неоднорідному фотозбудженні кристалу. Співвідношення Ейнштейна в нерівноважному випадку. Розрахунок координатного розподілу концентрації нерівноважних носіїв заряду, об'ємного заряду та поля в умовах неоднорідної генерації (монополярний та біполярний випадки), Аналіз різниці між цими випадками. Довжина дифузійного та дифузійно-дрейфового зміщення. Коефіціент амбіполярної дифузії. Особливості переносу нерівноважних носіїв заряду в градієнтних (варізонних) напівпровідниках. Дрейф у відбудованому квазіелектричному полі. Ефекти перевипромцнювання та фотонного дрейфу. Особливості фотоелектричних та оптичних явищ у варізонних напівпровідниках.
10. Механізми формування фотоЕРС. ФотоЕРС Дембера. Фотоелектромагнітний ефект. Об'ємна фотоЕРС при неоднорідному легуванні. Поверхнева фотоЕРС. ФотоЕРС на контакті метал-напівпровідник та р-п переході. Особливості фотоЕРС на гетеропереходах. Варізонна фотоЕРС.
Лабораторні роботи:
1. Ефект поля (1 та 2 частина).
2. Термостимульована провідність.
3. Фотомагнітний ефект.
4. Визначення дрейфової рухливості та перевірка співвідношення Ейнштейна.
5. Визначення параметрів рекомбінаційних центрів (експериментальна та розрахункова частина).
ЛІТЕРАТУРА
1. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. - М.: Наука, 1977. - 672 с.
2. Панков Ж.Г. Оптические процессы в полупроводниках. - М.: Мир, 1973. - 456 с.
3. Ридли Б. Квантовые процессы в полупроводниках. - М.: Мир, 1986. - 304 с.
4. Рывкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. - М.: Физматгиз, 1965. - 494 с.
5. Уханов Ю.И. Оптические свойства полупроводников. - М.: Наука, 1977. - 366 с.
6. Фистуль В.И. Введение в физику полупроводников. - М.: Высш. шк., 1984. - 352 с.
7. Hummel R.E. Electronic Properties of Materials. - Berlin, Springer, 1993.
8. Lee S.S. Semiconductor Physical Electronics. - New York, Plenum Press, 1993.
9. Neamen D.A. Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles.Hjmenood, IL, Irwin, 1992.
10. Sing J. Physics of Semiconductors and Their Heterostructurs. - New York. McGraw Hill, 1993.
Програму склала:
- Г.П.Пека, д-р фіз.-мат. наук
|