Главная » Просмотр файлов » Ч. Киттель - Введение в физику твёрдого тела

Ч. Киттель - Введение в физику твёрдого тела (1127397), страница 119

Файл №1127397 Ч. Киттель - Введение в физику твёрдого тела (Ч. Киттель - Введение в физику твёрдого тела) 119 страницаЧ. Киттель - Введение в физику твёрдого тела (1127397) страница 1192019-05-11СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 119)

Схема первого руоппового лазера с пмп,л' сиым возбуждением. Ллппа рубинового стержня 5 см, впещппй дпамегр 2,5 см. Имеппо ьта схема была псп щзовапз йгейманохг в его оригинальных работах Г40, 41!. К5аРцкуеяарубла /Ымигплглгзй злвнлгрлгг Нана гДЗНЗНЗГ Рис. !8.!Ва. Ооразоваиие фогопа а результате рекочбппзцпп злектроиз и дыпхп, Рпс. 1о.17. Че гырехуровпевая система, аспользуеыая в лазере аз иеод и иовом стекле.

Кдлл ззнзг ле агггЖ~агзги Рпс. 18.18б. Смещеипый иолупроводниковый р — п.переход между р- и и-об. ластами, в которых дырки и электроны вырождеиы. Прь приложении к р — и-переходу напряжения примого смещения возникает рскомбинациоииос излучение. Приложение напряжения прямого смещения приводит к иижекцип иеосиовиых иосителей через переход; в результате возникающей пря этом рекомбинации испускаются фотоны, переходы называются безизлучательиыми переходами. На уровнях 'Е, прежде чем перейти на основной уровень, атом живет 5 10 — ' сек.

Такое большое время жизни (по атомным масштабам) позволяет накапливать атомы на уровнях 'Е. Для работы лазера необходимо, чтобы населенность уровней 'Е превосходила населенность основного уровня. Если в возбужденном состоянии в 1 см' находятся 10" ионов хрома Сг", то полная запасенная в рубине энергия равна 10' эрг/смз. Если вся запасенная энергия превращается в излучение, которое покидает кристалл в виде короткой вспышки, то излучаемая мощность достигает очень большого значения. К сожалению, далеко пе вся запасенная энергия превращается в излучение. К.

и, д. лазера, т. е. отношение выходной энергии излучения к входной электрической энергии, равен приблизителыю 1е(е. Другим распространенным типом твердотельного лазера является четырехуровневый лазер (рис. !8.!7), работающий на неодимовом стекле (вольфрамат кальция с добавкой ионов неодима Мбз'). В четырехуровневой системе для осуществления лазерного эффекта нет необходимости освобождать основное состояние. Полупроводниковые лазеры на р — п-переходе. Вынужденное излучение можно получить па кристалле полупроводника за счет рекомбинации электронов и дырок в области р — и-перехода (рис. 18.18).

Накачка, т. е. создание инверсии населенностей, осуществляется путем приложения к р — п-переходу электрического напряжения. Электромагнитным резонатором является внутренняя часть кристалла полупроводника, поскольку отражательная способность границы кристалл — воздух весьма высока. Две грани кристалла, перпендикулярные к плоскости р — п-перехода, обычно полируют илн тщательно очшцают, Необходимо, чтобы грани были плоскопараллельными; испускаемое излучение распространяется вдоль плоскости р — п-перехода. В кристаллах, имеющих запрещенные зоны с прямыми оптическими переходами (макснмум энергии в валентной зоне и минимум энергии в зопс проводимости соответствуют значению й =- 0), вероятность рекомбинации довольна высока.

Такие кристаллы обычно и используются для изготовления лазеров на р — а-переходе. В кристаллах, имеющих запрещенные зоны с непрямыми оптическими переходами, при рекомбинации наряду с фотонами образуются и фопоны. В этом случае носители рекомбипируют менее интенсивно вследствие конкуренции между переходами двух разных типов. Первым материалом, который был использован для создания лазера на р — и-переходе, был арсенид галлия баЛз '). Он ') Результаты первых экспериментов можно наатн в работах Холла и др. [43), Натана и др. [44), Квиста н др [зб]. 646 излучает в близкой инфракрасной области спектра на длине волны, приблизительно равной 8383 А (1,48 эВ).

Наблюдаемая длина волны зависит от температуры н давления, что используется для «перестройки» частоты излучения лазера. Арсенид галлия имеет запрещенную зону с прямыми оптическими переходами: при й = 0 имеет место максимум энергии в валентной зоне и минимум энергии в зоне проводимости. Лазер на арсе- ниде галлия обладает высоким коэффициентом полезного действия (отношение испущенной световой энергии к затраченной электричеСкой 50п)а). Для создания лазеров на )з — и-переходе используются также фосфид галлия ПаР (). = 0,65 мкм) и антимонид индия 1п55 (Х = 5,3 мкм). ФОТОПРОВОДИМОСТЬ Явление фотопроводимости заключается в возрастании электропроводности диэлектрического кристалла при падении излучения на кристалл.

Первые наиболее обстоятельные исследования в этой области были выполнены Гудденом, Полем и Роузом. Явление фотопроводимости имеет большое практическое значение для телевидения, регистрации инфракрасного излучения, фотометрии и непосредственно в фотографических процессах. Прямым эффектом освещения кристалла является возрастание числа подвижных носителей заряда в кристалле Если энергия ппдакь щих фотонов больше ширины запрещенной зоны Ея, то каждый фотон, поглощенный кристаллом, будет создавать пару электрон — дырка. Иначе говоря, фотон поглощается за счет перехода электрона в зону проводимости из валентной зоны, где он вначале находился.

При этих обстоятельствах как дырка в валентной зоне, так и электрон в зоне проводимости могут давать вклад в проводимость. В конечном итоге электрон и дырка подвергнутся рекомбинации, однако до акта рекомбинации их «судьба» может быть совершенно различной, так как время, затраченное нми на пребывание в захваченном состоянии у дефектов кристалла и примссных атомов, может быть различным '). Поскольку роль ловушек по отношению к этим двум типам носителей тока может быть различной, нельзя ожидать, что дырки н электроны дадут сравнимый вклад в фотопроводимость образца.

Понятие ловушек очень важно для понимания явления фото- проводимости в кристалле. В настоящее время механизм атомных процессов, происходящих в ловушках, выяснен далеко не полностью, однако ясно, что мы не сможем многого понять ') Известны кристаллы (таиие, например, как АдВг и АпС1), в которых дырка захватывается сразу же после образования электронно-дырочной пары. Предполагается, что дырка может быть захвачена каким-нибудь ионом гало- гена; прн этом образуется устойчивый Рх-псктр (см.

гл. 19). б47 в фотопроводимости, если не будем принимать во внимание наличие ловушек. Их роль рассматривается в следующем разде..е. Если энергия падаюших фотонов меньше той пороговой, прп которой начинается образование пар электрон — дырка, то этп фотоны могут тем не менее нонизовать примесиые атомы (доноры и акцспторы) и, таким образом, создавать в зависимости от природы примеси либо подвижные электроны, либо дырки. Рассмотрим сначала пвйзстейшуго модель фотопроводящего кристалла. Такая модель если и описывает какие-.тибо рсальные кристаллы, то очень немногие, однако недостатки нашив предсказаний, основанных на этой модели, позволят выяснить пути ес усовершенствования, Согласно этой модели (рис. 18.!9) предполагается, что под действием какого-либо внешнего источника света образуюшггеся в кристалле пары электрон — дырка равномерно распределены по его объему.

Предполагается также, что рекомбннацня происходит путем прямой аннигиляции элсктронов с дырками. Мы также исходим из того, что электроны, покидаюцгие кристалл через один из электродов, сразу заменяются электронами, поступаюшимн в кристалл с другого, противоположного электрода. И, наконец, будем для удобства предполагать, что подвижность дырок пренебрежимо мала по сравненшо с подвижностью электронов. Заметим попутно, что для многих фотопроводящих веществ подвижность дырок можно часто сштать пренебрежимо малой (по сравнению с подвижностью электронов). Описанная модель позволяет сразу написать выражение для «быстроты» изменения концентрации электронов: ггп — = У вЂ” Апр = — У.

Алз пг Здесь мы использовали тот факт, что л = р. Через г', обозначено число фотонов, поглощаемых в единице объема кристалла в единицу времени. Член Апр характеризует скорость рекомбп- Истоегггггг а3елга ,улвжтааау Рис. !8.19. Модель идеального фотопроводника. Пары алек~ров — дырка образуются под действием света от внешнего источника равномерно по всему объему кристалла. Рекомбияапня происходит в результате прямой аниигиляпии электронов н дырок. Электроны, покидающие кристалл через один электрод, смепяготся новыми, поступающими с противоположного электрода.

648 нации, пропорциональную произведению концентраций электронов и дырок, поскольку в нашей модели рекомбинация считаетсч бнмолекулярным процессом. В стационарном состоянии системы с(п/Ж = О, и тогда для концентрации электронов в этом состоянии имеем: (18.20) Следовательно, величина фотопроввднмостп, соответствующая этому процессу, описывается выражением с. = — поен = (/./А) ' ер, (18.21) где р — подвижность электронов. Формула (!8.2!) предсказывает, что при данном напряжении на электродах фототок будет изменяться пропорционально / хз.

Наблюдаемые зависимости обьнно описываются примерно тем же законом, но с показатс. лом степени между 0,5 и 1; в некоторых кристаллах обнаружена 1олсе резкая зависимость (с показателями, оольшнми единицы). Если источник света, используемый для освещения кристалла, внезапно выключить, то уменыпепне числа носителей будет описываться уравнением нп — = — Лп', нг решение которого имеет вид чз и= 1+ Аш, (18. 23) (18.24) концентрация носителей уменыпится наполовину, т. е. до па/2.

Характеристики

Тип файла
DJVU-файл
Размер
13,07 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6451
Авторов
на СтудИзбе
305
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее