Диссертация (1097819), страница 24
Текст из файла (страница 24)
За энергетические интервалы 8 (5.762 эВ)и 8 (5.230 эВ) ответственны электронные переходы 5 (2 ) − 3 (2 ). Болеевысокоэнергетические переходы 9 , 10 , 11 и 12 вероятнее всего происхо-137дят в центре зоны Бриллюэна и обусловлены переходами Γ15 (1 ) − Γ25 (1 ),Γ15 (2 )−Γ25 (1 ), Γ15 (3 )−Γ25 (1 ) и Γ15 (2 )−Γ25 (2 ) соответственно (табл. 2.5).Экспериментально полученные энергетические интервалы рассматриваютсяпо мере увеличения их энергий. Они интерпретированы (расставлены) в зонноймодели в порядке увеличения расстояния межзонных интервалов (рис.
2.49).При этом в рассматриваемой модели зонной структуры количество зон в каждой точке зоны Бриллюэна по крайней мере должно быть в два раза большечем представлено в зонной диаграмме. На это указывает разница в энергияходноименных максимумов (). По мере появления более точных расчетов зондля этих кристаллов возможно изменение порядка следования обнаруженныхпереходов в зоне Бриллюэна, но сами величины электронных переходов и ихрасщепления практически останутся неизменными.2.8Электронные переходы в глубине полосы поглощения кристаллов 2 .Спектры отражения кристаллов 2 измерены в области энергий от 0.9до 11 эВ в поляризованном свете. В области энергий > при температуре77 K в спектрах отражения кристаллов 2 в поляризации ‖ и ⊥ обнаруживается структура максимумов (1 − 17 , 1 − 12 ) (рис.
2.50).На рис. 2.51 представлены спектральные зависимости действительной 1 имнимой 2 частей диэлектрической проницаемости кристаллов 2 в поляризациях ‖ и ⊥ рассчитанные по спектрам отражения. Максимумыспектров отражения практически совпадают с коротковолновым спадом функции 1 .Теоретические расчеты структуры энергетических зон в окрестности точекΓ, , и зоны Бриллюэна, как отмечалось выше, выполнены без учетаспин — орбитального взаимодействия и действия кристаллического поля. Валентные зоны в этих точках согласно приближениям, с которыми выполненытеоретические расчеты, также являются вырожденными (рис. 2.52).
В реальномкристалле 2 эти зоны расщеплены и обуславливают большее количествополяризованных электронных переходов, которые проявляются в структурах138спектров отражения. Например, в точке в зонной диаграмме (рис. 2.52) выделены вырожденные верхние валентные зоны 1 , 2 . В реальном кристаллеэти зоны расщеплены. Каждая из этих зон дважды вырождена и в результатев окрестности точки могут в узком интервале энергий происходить в зону1 (1 ) четыре электронных перехода и в зону 2 (3 ) ещё четыре электронныхперехода.
Аналогичная ситуация имеет место и в других актуальных точкахзоны Бриллюэна — , . При этом следует учесть, что снятие вырождениякакой — либо зоны 1 в любой точке зоны Бриллюэна приводит к проявлениюв спектрах отражения максимумов , .Для сопоставления экспериментально обнаруженных переходов стеоретической структурой зон применен метод, применяемый для кристаллов халькопиритов. Наиболееточно установленный из экситонных спектров энергетический зазорΓ15 (1 ) − Γ1 (1 ) условно обозначен0 .
Вся зонная диаграмма во всехРисунок 2.50: Спектры отражения кристаллов0.9 ÷ 6.0 эВ при 77 K и6 ÷ 11 эВ при 300 K [9, 112].интервале энергий2вв интервалеточках зоны Бриллюэна увеличена(скорректирована) в масштабе 0 .Поскольку вся зонная диаграмма увеличена в одном и том же масштабе, имеется возможность оценивать межзонные интервалы в других точках зоны Бриллюэна в единицах 0 . В результате этих оценок оказалось, что межзонный интервал Γ7 (1 ) − Γ7 (2 ) равен 0 , т.е. меньше чем межзонные интервалы 1 − 1в точках , и .
В кристаллах 2 в области > наблюдаются интенсивные максимумы спектров отражения 3 − 17 и 4 − 12 в поляризации ‖ и ⊥ соответственно (рис. 2.50).В кристаллах 2 при комнатной температуре в спектрах модулированных по длине волны диодов Шоттки и фотоэмиссии обнаружены максимумы вузком интервале энергий 0.9 − 2.12 эВ [20,81]. Обнаруженные особенности в области минимума межзонного промежутка отражает тот факт, что в = 0 име-139Таблица 2.6: Прямые переходы, выявленные по максимумам спектров отражения в кристаллахоблаcти энергий1 ÷ 11эВ, энергии1и2 ,2вполученные из расчетов спектров отражения по соотношенияКрамерса — Кронига и электронные переходы ответственные за эти переходы.эВ⃗ ‖ ⃗1 , эВ1.1501.1501.3001.3101.5001.5201.8031.8021.9202.3772.3622.510№,3456789101112№2 ,3.3903.4903.8093.7603.8904.7064.7004.7005.1134.9205.110⃗ ⊥ ⃗1 ,эВЭлектронныеэВпереходы3 (1 ) − 13 (2 ) − 13 (3 ) − 13.3934.881,эВ5.1306707891.806114.8542.3772.3422.8942.8803.3843.3603.8063.7545 (1 ) − 15 (2 ) − 15 (1 ) − 35 (2 ) − 3Γ15 − Γ25Γ15 − Γ25Γ15 − Γ25ется большее число зон.
Валентные зоны Γ15 в реальном кристалле 2 расщепляются из — за кристаллического поля и спин — орбитального взаимодей5можетствия на три зоны, каждая из которых в силу симметрии кристалла 2ℎпородить по два и более электронных переходов. В модулированных спектрахфотоответа структур − 2 , 2 − 2 и модулированной по длиневолны фотоэмиссии − 2 обнаруживаются как прямые, так и непрямые переходы [20, 81]. Кроме того, в таких структурах электронные переходыпроисходят в электрическом поле, которое в свою очередь может снимать за5. Понижениепрет накладываемый правилами отбора кристалла симметрии 2ℎтемпературы приводит более четкому выделению пиков отражения, поэтомунами обсуждаются спектры, полученные при низких температурах. Структура спектров отражения для поляризаций ‖ и ⊥ обладают сходством(рис.
2.51,2.51 и табл. 2.6).В области энергий > в кристаллах 2 в поляризаванном светенаблюдаются особенности в спектрах отражения и диэлектрической проницаемости обусловленные переходами 3 (1 ) − 1 . В поляризации ⊥ выявленымаксимумы 4 (1.300 эВ) и 4 (1.340 эВ), которые обусловлены переходами3 (2 ) − 1 (таблица 2.6).
Максимум 5 , обнаруженный в поляризации ‖ ,обусловлен электронными переходами 3 (3 ) − 1 . Эти особенности рассматриваются нами как переходы в точке , так как после точки Γ минимальноеэнергетическое расстояние в зонной диаграмме имеет место в точке .Согласно140принятым допущениям в теоретической модели зонной структуре следующийпо возрастанию энергетический интервал находится в точке . Следовательнопрямые переходы 6 , 6 обусловлены электронными переходами между зонами 5 (1 ) и 1 , максимумы 7 , 7 (7 ) переходами между зонами 5 (2 ) и 1 ,табл.
2.6. Без учета спин — орбитального взаимодействия в точке имеются две зоны проводимости 1 и 3 и валентная зона 5 вырождена, котораяв реальном кристалле будет расщеплена. Следовательно максимумы 8 (8 ) и9 (9 ) обусловлены переходами 5 (1 ) − 3 и 5 (2 ) − 3 соответственно.Электронные переходы 10 , 11 (11 ) и 12 , вероятнее всего, могут приписываться переходам из состояний Γ15 в более высокие зоны проводимости Γ25 .Вобластивакуумногоультрафиолета в спектрахотражения внеполяризованном светеи при 300 KвыявленымаксимумыРисунок 2.51: Спектральная зависимостьпостоянной в кристаллахинтервале6 ÷ 1121— действительной части диэлектрическойдля поляризаций‖и⊥при77 K300эВ спектры измерены в неполяризованном свете при(вK.13 (6.08 эВ, 1 — 6.08 эВ, 2 — 6.08 эВ), 14 , 15 (7.15 эВ, 1 — 7.12 эВ, 2 —7.42 эВ), 16 (8.71 эВ, 1 — 8.72 эВ, 2 — 8.85 эВ) и 17 (9.56 эВ, 1 — 9.50 эВ,2 — 9.77 эВ) которые вероятнее всего обусловлены переходами между зонами3 − 3 .
Каждое из состояний 3 как зоны проводимости, так и валентнойзоны в реальном кристалле будут расщеплены на две зоны. Следовательно, изэтих зон могут наблюдаться не меньше четырех электронных переходов.Выводы: В области энергий > в кристаллах 2 наблюдаются особенности в спектрах отражения и диэлектрической проницаемости в поляризации ‖ 3 (1.150 эВ), обусловленые переходами 3 (1 ) − 1 и 4 (1.300 эВ)и 4 (1.340 эВ) в поляризации ⊥ , обусловленые переходами 3 (2 ) − 1 .Максимум 5 , обнаруженный в поляризации ‖ , связан с электронными пе-141реходами 3 (3 ) − 1 . Эти особенности рассматриваются нами как переходыв точке , так как после точки Γ минимальное энергетическое расстояние взонной диаграмме имеет место в точке .Прямые переходы 6 , 6 обусловлены электронными переходамимежду зонами 5 (1 ) и 1 , максимумы 7 , 7 (7 ) переходами между зонами 5 (2 ) и 1 .
Без учета спин —орбитального взаимодействия в точке имеются две зоны проводимости 1 и 3 и валентная зона 5вырождена, которая в реальном кристалле будет расщеплена. Следовательно максимумы 8 (8 ) и 9 (9 )Рисунок 2.52: Структура энергетических зонкристаллов2 ,модифицированная на основетеоретических расчетов зон для кристаллов3 2[133].обусловлены переходами 5 (1 )−3и 5 (2 ) − 3 , соответственно. Электронные переходы 10 , 11 (11 ) и 12 вероятнее всего могут приписываться переходам из состояний Γ15 в более высокиезоны проводимости Γ25 .
В области вакуумного ультрафиолета в спектрах отражения в неполяризованном свете при 300 K выявлены максимумы 13 (6.08 эВ,1 — 6.08 эВ, 2 — 6.08 эВ), 14 , 15 (7.15 эВ, 1 — 7.12 эВ, 2 — 7.42 эВ), 16(8.71 эВ, 1 — 8.72 эВ, 2 — 8.85 эВ) и 17 (9.56 эВ, 1 — 9.50 эВ, 2 — 9.77 эВ),обусловленные вероятнее всего переходами между зонами 3 − 3 .2.9Особенности валентных зон полупроводниковых соединений2 5 .Особенности распределения плотности занятых электронных состояний в валентной зоне исследуемых полупроводников выявляются при анализе контуровоже — линий, которые формируются в результате оже — переходов с участиемвалентных электронов [134–136].Дифференцированный оже — спектр представляет собой серию пиков приразличных энергиях электронов. Эти пики появляются вследствие разрешен-142ных оже — переходов и из — за неупругого взаимодействия движущихся кповерхности оже — электронов с коллективными колебаниями электронов втвердом теле (с объемными и поверхностными плазмонами), перекрестных оже— переходов между двумя расположенными рядом атомами и т.п.Записанный с поверхности неизвестного состава оже — спектр расшифровывается на основе известных значений разрешенных оже — переходов для различных элементов, а также атласа экспериментальных оже — спектров, полученных с очищенных поверхностей простых элементов и веществ известногосостава [137, 138].
Расшифровав оже — спектр, можно получить информациюо присутствии того или иного элемента на поверхности исследуемого образца.По величине оже — пика можно судить о количестве атомов в анализируемойобласти. Пропорциональность амплитуды дифференцированного оже — пикаколичеству атомов в анализируемой области была показана в одной из первыхработ по оже — спектроскопии [139].Задача количественной спектроскопии — установление связи между токоможе — электронов данного элемента и его концентрацией в приповерхностнойобласти образца.Для этой цели чаще всего используется метод чистых стандартов [134–136].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
