spektroskopia004

8

Rys. 1. Schemat procesów optycznych towarzyszących oddziaływaniu fali elektromagnetycznej z ciałem stałym. Promień pada z próżni lub z powietrza

Ta ostatnia może zostać zaabsorbowana i przekształcona w ciepło lub wyemitowana ponownie ze zmianą częstotliwości — fotoluminesen-cja. Rozpraszanie na niejednorodnościach ośrodka może być związane z obecnością drgań akustycznych, mówimy wtedy o rozpraszaniu Brillouina, lub obecnością fononów optycznych, mówimy wtedy o rozpraszaniu Ramana.

Odbicie i absorpcja światła są najsilniejszymi zjawiskami, ponieważ obejmują najniższy rząd oddziaływania między fotonami a elementarnymi wzbudzeniami w ciele stałym. Rozpraszanie wymaga co najmniej dwóch takich oddziaływań, a więc musi być efektem słabszym. Zjawiska generacji fal o częstotliwościach będących sumami lub różnicami fal padających na ośrodek, tzw. zjawiska nieliniowe, wymagają uwzględnienia oddziaływań jeszcze wyższego rzędu i będą w tym opracowaniu pominięte.

Zależność współczynnika odbicia R i absorpcji a (ścisłe definicje zostaną podane w dalszej części opracowania) od energii fali elektromagnetycznej dla hipotetycznego półprzewodnika o niskiej i wysokiej koncentracji nośników przedstawiono schematycznie na rys. 2.

Dla niskiej koncentracji nośników w półprzewodniku w zakresie fali o energii hco < 10“¹ eV dominują procesy związane z obecnością drgań sieci. Główne maksimum absorpcyjne jest związane z absorpcją jedno-fononową, dwa boczne wokół niego, to obraz odpowiednio sum po prawej stronie i różnic po lewej dwóch lub więcej fononów oddziałujących z fotonami. Maksimum współczynnika odbicia w tym zakresie jest związane również z oddziaływaniem foton—fonon. Procesów wielofononowych nie obserwuje się w widmie odbicia.

W obszarze niskich energii w widmie absorpcji obserwuje się procesy wewnętrznej jonizacji defektów oraz procesy fotojonizacyjne defektów. Często efekty te są zasłonięte silnymi procesami fononowymi. Na rysunku 2b procesy związane z defektami zaznaczono jako zbiór dość ostrych linii absorpcyjnych dla energii mniejszych niż 1 eV.

W przypadku wyższych energii mamy również do czynienia z procesami, w których są zaangażowane defekty: przejścia defekt—przeciwległe pasmo, wzbudzanie kompleksów defektowych. Są one często zlokalizowane w obszarze tzw. ogona krawędzi absorpcji podstawowej. Gdy

A [pm]

tuj [eV ]

Rys. 2. Schematyczne widma współczynnika odbicia (a) i absorpcji (b) dla hipotetycznego półprzewodnika o wysokiej i niskiej koncentracji nośników