Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1 - Эффективная энергетическая щель легированной сверхрешетки. Зависимость от концентрации носителей заряда при малых отклонениях от равновесия. Каппа - статическая диэлектрическая проницаемость, е - заряд электрона, d - ширина легированных слоев, считается одинаковой для всех слоев.
Рисунок 2 - Энергетическая структура легированных сверхрешеток
Рисунок 3 - К эффекту Франца-Келдыша. Волновые функции электрона и дырки в электрическом поле Е в области (осцилляции и пол барьером (экспоненциальн о затухающие "хвосты"); наклонные линия - края запрещённой зоны в поле Е.
Рисунок 4а - Схематическое изображение люминесцентных переходов в легированных сверхрешетках GaAs.
Рисунок 4б - Спектр люминесценции, ожидаемый в такой структуре при заполненных электронами трех минизонах.
Рисунок 5 - Край полосы люминесценции, определяемый квазиуровнями Ферми.
Рисунок 6 - При таких энергиях фотона люминесценция резко падает
Рисунок 7 - Зависимость энергий подзон и квазиуровня Ферми от концентрации электронов в одном периоде.

Оптические свойства легированных сверхрешеток

Ключевые слова:  люминесценция, оптический, периодика, поглощение, сверхрешетка

Автор(ы): Клюев Павел Геннадиевич

Опубликовал(а):  Клюев Павел Геннадиевич

20 октября 2010

Благодаря тому, что энергетическую структуру легированных сверхрешеток можно менять, появляется возможность управлять оптическими свойствами – управлять спектром и интенсивностью излучения. Спектр сверхрешетки может существенно отличаться от спектра объемного полупроводника. Сгенерированные в процессе поглощения ЭМИ пары электрон-дырка занимают соответственно низшие уровни зоны проводимости и верхние уровни валентной зоны. Рекомбинационные времена жизни в сверхрешетках огромны – 103с – и зависят экспоненциально как от параметров решетки, так и от интенсивности излучения. Это время превышает время жизни носителей в твердых телах и газах на несколько порядков. В виду того, что по мере освещения большинство носителей не релаксирует, а диффундирует к экстремумам зон, концентрация носителей тока возрастает со временем освещения. Благодаря этому увеличивается ширина эффективной энергетической щели (см. рисунок 2). В свою очередь, коэффициент поглощения зависит от ширины эффективной энергетической щели. Интересной является осцилляторная особенность коэффициента поглощения в зависимости от ширины эффективной энергетической щели при фиксированной частоте излучения. Если увеличивается ширина щели, то увеличивается и коэффициент поглощения. Однако имеет место и уменьшение коэффициента поглощения, если например, один из переходов становится запрещенным по энергии. Если у легированной сверхрешетки большой период и уровень легирования невелик, число минизон, участвующих в поглощении, также невелико. В этом случае для энергий фотона больше ширины запрещенной зоны немодулированного полупроводника коэффициент поглощения падает экспоненциально. В этом можно усмотреть сходство с эффектом Франца-Келдыша. Он состоит в смещении края полосы поглощения в сторону меньших частот во внешнем электромагнитном поле. При энергиях фотонов меньше ширины запрещенной зоны происходит поглощение излучения. В этом случае потенциальный барьер опускается за счет приложенного внешнего поля и поглощение может возрасти довольно существенно. Это происходит за счет кулоновского притяжения электрона и дырки. А при энергиях больше ширины запрещенной зоны возникают осцилляции поля, зависящие от величины внешнего поля и частоты света и затухающие по экспоненциальному закону.

Прямую спектроскопическую информацию об энергетической структуре легированных сверхрешеток дает неупругое рассеяние света. Наблюдались переходы между первыми, вторыми и третьими минизонами зоны проводимости.

Рекомбинация в легированных сверхрешетках (см. рисунок 4) происходит через непрямую в реальном пространстве запрещенную зону (см.(1) на рисунке 4а). Высокоэнергетичный край люминесценции соответствует разности энергий двух квазиуровней Ферми (см. рисунок 5). На частотах меньше пороговой люминесценция резко падает. При наличии оптического возбуждения возможен вклад в люминесценцию носителей заряда, расположенных по разные стороны от энергетической полосы «электронный-дырочный уровень Ферми» (см. (6) и (7) на рисунке 4а). В легированных сверхрешетках вклад таких процессов может быть больше, чем в обычных массивных полупроводниках. Обычно населенность уровней, отстоящих от квазиуровней Ферми более, чем на kT в соответствующем направлении для электронов и дырок, мала, и такие уровни называют квазиконтинуумом зоны проводимости и валентной зоны.

Вообще, исследование процессов оптического поглощения и излучения в сверхрешетках интересно со следующих позиций:

  1. Можно создать инверсию в широком энергетическом интервале при слабом возбуждении за счет большого рекомбинационного времени жизни.
  2. Абсолютное значение усиления (отрицательного поглощения) будет довольно большим и при частотах меньше пороговой. Это обусловлено процессами двухфотонного или двухступенчатого возбуждения. Поэтому в легированных сверхрешетках с высокими значениями примеси можно получить приемлемые значения оптического усиления и при энергиях фотона значительно меньше ширины запрещенной зоны.
  3. Перестраиваемость частоты излучения.

На этом описание оптических свойств сверхрешеток, как и цикл материалов о них, подошел к концу. В заключение, хочется отметить, что действие всех приборов, в которых используют сверхрешеточные структуры, основано на следующих основных принципах:

  • квантовое ограничение носителей заряда и оптического излучения,
  • пространственное разделение электронов и дырок от породивших их примесей,
  • быстрый перенос носителей заряда через границу слоя,
  • квантовомеханическое туннелирование и связанные с этим резонансные свойства волновых функций.

Основные приборы на сверхрешетках - оптоэлектронные (инжекционные лазеры и светодиоды, пассивные элементы, фотоприемники), приборы с отрицательным дифференциальным сопротивлением, транзисторы.

Список использованных источников

  1. Херман М. Полупроводниковые сверхрешетки: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989.
  2. Силин А. П. Полупроводниковые сверхрешетки, УФН, 1985, т. 147, с. 485
  3. Келдыш



Средний балл: 10.0 (голосов 1)

 



Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Зерно или яйцо?
Зерно или яйцо?

Начинается XV Олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в будущее!"
Совсем скоро начнется юбилейная XV Всероссийская Интернет-олимпиада по нанотехнологиям «Нанотехнологии – прорыв в будущее!». Предлагаем ознакомиться с актуальной информацией и расписанием Олимпиады.

В России стартовал самый масштабный научно-популярный фестиваль
РГ: В МГУ дан старт самому масштабному научно-популярному событию в мире - Всероссийскому фестивалю NAUKA 0+. В программе - свыше 10 000 мероприятий: лекции нобелевских лауреатов, вебинары и мастер-классы, виртуальные лабораторные, научные шоу, интерактивные выставки, телемосты с CERN, Международной космической станцией и российской антарктической станцией "Восток", дискуссии о будущем человечества, показы научных фильмов, соревнования роботов, научные бои Science Slam, квизы и квесты, а также первый Виртуальный гипермузей науки.

Нобелевскую премию по химии присудили за метод редактирования генома
РИА Новости: Нобелевскую премию по химии за 2020 год получили Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна, разработавшие технологию редактирования генома.

Нобелевская премия за графен, или 10 лет спустя
Алексей Арсенин
О том, как графен повлиял на развитие науки и промышленности и можно ли его назвать материалом будущего — заместитель директора Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, кандидат физико-математических наук Алексей Арсенин

Летние лектории для школьников
ФНМ
Сотрудники Факультета наук о материалах и химического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова участвуют в лекториях двух летних школ, организованных Фондом Инфраструктурных и Образовательных Программ (группа РОСНАНО) - Нанограде и летней школе МФТИ.

Академия - университетам
Е.А.Гудилин, Ю.Г.Горбунова, С.Н.Калмыков
Российская Академия Наук и Московский университет во время пандемии реализовали пилотную часть проекта "Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии". За летний период планируется провести работу по подключению к проекту новых ВУЗов, институтов РАН, профессоров РАН, а также по взаимодействию с новыми уникальными лекторами для развития структурированного сетевого образовательного проекта "Академия - университетам".

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.