Главная > Разное > Теория поглощения и испускания света в полупроводниках
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 18. ЭКСИТОН-ЭКСИТОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Появление новых линий излучения.

В 1966 г. Хейнс [513] исследовал фотолюминесценцию серии образцов кремния при температурах Если температура образцов была то в спектре люминесценции наблюдались линии, обусловленные аннигиляцией непрямых экситонов с испусканием одного или двух ТО-фононов или одного ТА-фонона (§ 4). При в спектре оставалась только одна экситонная линия, связанная с испусканием поперечного оптического фонона. Интенсивность остальных линий становилась пренебрежимо малой. Вместо них в спектре появились три новые линии неизвестного происхождения. Все они были смещены в

инфракрасную область относительно линий экситонного излучения примерно на

Новые линии не были связаны с какими-либо поверхностными состояниями, их положение и интенсивность не зависели от характера примеси в кристалле. Они наблюдались в образцах р- и n-типа. В то время как интенсивность экситонной линии увеличивалась пропорционально интенсивности возбуждающего света новая наиболее интенсивная линия росла, как При повышении температуры до новые линии исчезали.

В дальнейшем при низких температурах и высоких уровнях возбуждения аналогичные линии излучения были обнаружены в и других полупроводниках [519]. Опыты показали, что в объеме полупроводника происходят некие качественные изменения, которые проявляются не только в появлении указанных линий излучения, но и в других физических явлениях. Полупроводник может стать оптически неоднородным, и в нем появляется интенсивное рассеяние света [520, 521], скачком изменяется его проводимость [393, 522], в далекой инфракрасной области спектра обнаруживаются широкие полосы поглощения и полоса излучения [523].

Ж. Хейнс рассматривал новые линии излучения как доказательство образования экситониых молекул (биэкситонов) в полупроводниках. Аналогичные линии в германии [517] были интерпретированы как излучение экситонных капель, возможность существования которых была обоснована Л. В. Келдышем [524—526].

К настоящему времени достаточно четко выкристаллизовались две точки зрения на совокупность всех экспериментальных фактов, связанных с коллективными свойствами экситонов в полупроводниках. Одни авторы считают, что при гелиевых температурах экситоны связываются попарно и образуют молекулы, подобно молекулам водорода. Если концентрация молекул становится достаточно высокой, то может происходить их конденсация с образованием экситонной жидкости. Другие авторы отрицают возможность существования биэкситонов и полагают, что экситонная жидкость образуется непосредственно из свободных экситонов. В обоих случаях допускается переход системы плотно упакованных экситонов из диэлектрического в металлическое состояние с резким возрастанием проводимости. Кроме того, возможна бозе-эйнштейновская конденсация экситонов.

Хотя в полупроводнике достаточно легко создать плотную упаковку экситонов, они не могут образовать упорядоченную систему типа кристаллических решеток ни при каких температурах и плотностях. Если бы такую кристаллическую решетку удалось искусственно создать, она немедленно расплавилась бы уже при абсолютном нуле, так как амплитуда нулевых колебаний экситона, масса которого порядка массы электрона, сравнима с постоянной решетки [526]. Известно, что твердые тела начинают плавиться, когда амплитуда колебаний атомов становится равной 0,1 величины от межатомных расстояний.

Учитывая актуальность затронутых вопросов, рассмотрим более подробно экситон-экситонное взаимодействие в полупроводниках-

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление