spektroskopia015

30

Wśród tych ograniczeń wymienić należy pominięcie efektów, choćby takich jak oddziaływanie elektron—dziura, deformacje pasm pochodzące od wewnętrznych naprężeń związanych z defektami struktury — deformacje elastyczne, oraz od wewnętrznych pól elektrycznych — deformacje elektrostatyczne. W obu przypadkach możliwa staje się absorpcja dla energii hco < E_r Dla deformacji elastycznej jest to lokalne zwężenie przerwy, a dla elektrostatycznej mamy do czynienia z przejściem optycznym połączonym z tunelowaniem (efekt Franza —Kiełdysza). Źródłem mikropól elektrycznych w kryształach są naładowane defekty i domieszki a także, zwłaszcza w materiałach jonowych, drgania sieci.

Należy również wspomnieć o tzw. ogonach gęstości stanów. Tworzą je w postaci stanów energetycznych w przerwie wzbronionej defekty struktury i domieszki. Ogony gęstości stanów prowadzą również do zniekształcenia krawędzi absorpcji. Silne zdomieszkowanie półprzewodnika wywołuje przesunięcie krawędzi absorpcji i zmiany jej kształtu. Na przykład, dla półprzewodnika typu n stany przy dnie pasma przewodnictwa są obsadzone przez elektrony. Uniemożliwia to przejścia optyczne do tych stanów i w rezultacie przesuwa krawędź absorpcji w kierunku wyższych energii. Efekt ten nazywamy efektem Bursteina — Mossa. Z kolei oddziaływanie wielociałowe elektron—elektron prowadzi do obniżenia energii stanu podstawowego gazu elektronowego i w rezultacie do zwężenia przerwy energetycznej. Zwężenie to wiąże się z koncentracją nośników

⁽¹³⁵⁾

e, — statyczna (niskoczęstotliwościowa) stała dielektryczna. Efekt ten można zaobserwować np. w laserach półprzewodnikowych.

Bardzo trudna wydawała się interpretaqa krawędzi absorpcji dla InSb (rys. 10). Dla tego półprzewodnika ani przyjęcie prostej przerwy opisywanej pierwiastkową zależnością, ani założenie przejść wzbronionych nie prowadziło do satysfakcjonującego opisu danych pomiarowych. Dopiero uwzględnienie odstępstwa od paraboliczności pasm przez wprowadzenie zależności elementu macierzowego IP^I od k pozwoliło uzyskać dobrą zgodność. InSb jest odtąd przykładem półprzewodnika z nieparabolicznymi pasmami energii.

Rys. 10. Przebieg współczynnika absorpcji InSb w temperaturze 5 K — punkty. Krzywa 1 odpowiada formule dla przejść prostych (3.32). Krzywa 2 — dla przejść prostych wzbronionych (3.34). Krzywa 3 odpowiada zmieniającej się wartości elementu macierzowego \P„\ w zależności od wektora falowego k [5]

Przykładem półprzewodnika o przerwie prostej wzbronionej jest Cu₂0.

Przejścia skośne

Przejścia skośne mogą pojawić się wtedy i tylko wtedy, gdy w procesie oddziaływania foton —elektron bierze udział trzecia cząstka, która umożliwia spełnienie zasady zachowania quasi-pędu (wektora falowego). Zazwyczaj taką rolę pełni fonon, choć np. defekty struktury mogą wnieść pewien niewielki przyczynek do takiego procesu. Zasady zachowania mają teraz postać

hco = E_c(k'_c)-E_v(k_v)±E_p,

k_c-k„=±K_p,    (3.36)

gdzie Ep, K_p — energia i pęd fononu. Znak ” + ” odpowiada procesowi z emisją, ” procesowi z absorpcją fononu. Schemat takich przejść przedstawiono na rys. 11.

Proces optycznych przejść skośnych ma charakter dwuetapowy. W pierwszym etapie elektron jest wzbudzany przy udziale fotonu hco z pasma walencyjnego do stanu wirtualnego |i>, bez zachowania energii,