10257 spektroskopia005

10

współczynnik absorpcji osiąga ze wzrostem energii wartość powyżej 10³ cm^-1, wówczas mamy do czynienia z krawędzią absorpcji związaną z prostą przerwą energetyczną. W odpowiednio czystych półprzewodnikach obserwujemy silny rezonans lub wodoropodobną serię związaną z ekscytonem i jego stanami wzbudzonymi. W przypadku jeszcze wyższych energii mamy do czynienia z przejściami międzypasmowymi, trudnymi do zaobserwowania w widmie absorpcji ze względu na jej bardzo dużą wartość. Obszar ten badamy za pomocą pomiarów współczynnika odbicia. Widoczne na rys. 2a ostre maksima odbicia odpowiadają przejściom międzypasmowym. Powyżej 12 eV obserwujemy procesy związane z pobudzaniem elektronów w paśmie walencyjnym oraz z poziomami typu d.

W półprzewodnikach silnie zdomieszkowanych, o dużej koncentracji nośników, procesy z udziałem fononów są zasłonięte efektami związanymi ze swobodnymi nośnikami — odbicie metaliczne i absorpcja na swobodnych nośnikach. Towarzyszy temu występowanie krawędzi plazmowej w widmie współczynnika odbicia, której położenie jest ściśle związane z koncentracją nośników i ich masą efektywną. Krawędź absorpcji związana z przerwą energetyczną jest przesunięta w kierunku większych wartości energii, co wynika z przemieszczenia poziomu Fermiego w głąb pasma. Gdy wzrasta koncentracja nośników, wówczas krawędź ta przesuwa się wyraźnie w kierunku większych energii.

Zanim przejdziemy do szczegółowego opisu poszczególnych procesów, zapoznamy się z metodami pomiarów widm absorpcji i odbicia.

2. POMIARY WIDM ABSORPCJI I ODBICIA

W ośrodku o przewodnictwie a (różnym od zera) i podatności elektrycznej x wyrażenie na przenikalność elektryczną (funkcję dielektryczną) przyjmuje postać

e(co) = l+4n_X + i-

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

(2.5)

(2.6)

Arta

co

Wprowadza się zespolony współczynnik załamania N(co):

co

[AM]² = l₊4n_X + i^4nff N = n + ix,

oraz zespoloną funkcję dielektryczną

«M = [AM]²,

s(o>) =    + ie₂.

gdzie:

4na

co

£j = n² — x², e₂ = 2 nx =

Uwzględniając zespolony współczynnik załamania N, dla fali elektromagnetycznej w postaci fali płaskiej otrzymujemy

S = <g_Qe    -«.«]_    (2.7)

Natężenie fali maleje wraz z odległością r zgodnie z zależnością

e

— (cox-r)/c|2

(2.8)

natomiast

(2.9)

_ 2xco _ 47i _ 4ncr _ coe₂ ^a c X ^X cn cn

nazywamy współczynnikiem absorpcji światła w ośrodku, n zaś ma sens zwykłego współczynnika załamania.

Widać, że część urojona funkcji dielektrycznej e₂ odpowiada za