М и ни сте р ство о б р а зо ва ни я р о сси йско й ф е де р а ци и В о р о не ж ски й г о суда р стве нны й уни ве р си...
30 downloads
153 Views
171KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
М и ни сте р ство о б р а зо ва ни я р о сси йско й ф е де р а ци и В о р о не ж ски й г о суда р стве нны й уни ве р си те т Ф и зи ческ и й ф ак у л ьтет К а ф едр а о пт и ки и спект р о ско пи и
П роцессы в тверд ы х тел ах , сти му л и рованны е и зл у чени ем М е то ди че ски е ука за ни я к спе цкур су для студе нто в и ма г и стр о в 5 и 6 кур со в ф и зи че ско г о ф а культе та (дне вно г о о тде ле ни я) Со ста ви те ли : К люе в В .Г., Л е о но ва Л .Ю .
В оронеж - 2002
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
2
В ве де ни е В о зде йстви е и злуче ни я на тве р до е те ло (кла сси че ски е по лупр о во дни ки , кр и ста лло ф о сф о р ы ...) вы зы ва е т р а зно о б р а зны е ф и зи че ски е явле ни я, к ко то р ы м мо ж но о тне сти : люми не сце нци ю, ф о то пр о во ди мо сть, вспы шку люми не сце нци и , ф о то хи ми че ски е пр о це ссы ... Све то во е во зде йстви е на кр и ста ллы с ∆Еg ≤ Есв ( hν >0.5 эВ ) в на сто ящ е е вр е мя ста ло о дни м и з мо щ ны х и ле г ко упр а вляе мы х ср е дств ко нтр о ли р уе мо г о и зме не ни я кр и ста лли че ско й стр уктур ы и сво йств ма те р и а ло в. В пе р во й ча сти кур са р а ссма тр и ва ются та к на зы ва е мы е ф о то хи ми че ски е р е а кци и (Ф Х Р), в о сно ве ко то р ы х ле ж а тпр о це ссы , сти мули р о ва нны е и злуче ни е м и связа нны е : - с о б р а зо ва ни е м стр уктур ных де ф е кто в; - с ми г р а ци е й пр и ме се й и де ф е кто в; - с вза и мо де йстви е м пр и ме се й с ко мпо не нта ми о сно вно й ма тр и цы ; - с и зме не ни е м а г р е г а тно г о со сто яни я и т.д. Пр и че м, та ки е явле ни я мо г ут б ы ть ка к о б р а ти мы ми , та к и не о б р а ти мы ми . И но г да для во сста но вле ни я и схо дно й стр уктур ы тр е б уе тся вне шне е во зде йстви е , в то м чи сле и све то во е . В о зде йстви е све то во г о и злуче ни я на кр и ста ллы со пр о во ж да е тся те пло вы ми , те р мо упр уг и ми , те р мо пла сти че ски ми , эле ктр и че ски ми и ф о то эле ктр и че ски ми эф ф е кта ми . По г ло щ е ни е и злуче ни я и з о б ла сти со б стве нно г о по г ло щ е ни я пр и во ди тк: - со зда ни ю не р а вно ве сно й ко нце нтр а ци и сво б о дны х но си те ле й за р яда ; - по явле ни ю внутр е нни х эле ктр и че ски х по ле й в пр и по ве р хно стно й о б ла сти ; - ло ка льно му и б ы стр о му на г р е ву эти х о б ла сте й впло ть до и х пла вле ни я; - во зни кно ве ни ю в эти х о б ла стях те р мо упр уг и х и те р мо пла сти че ски х де ф о р ма ци й. Д о по лни те льна я пло тно сть сво б о дны х эле ктр о но в и ды р о к, г е не р и р о ва нны х эл. ма г ни тны м и злуче ни е м, в сво ю о че р е дь сущ е стве нно вли яе тна та ки е сво йства кр и ста лла , ка к: - ди ф ф узи я, р е ко мб и на ци я и за хва тно си те ле й за р яда ; - о пти че ско е по г ло щ е ни е ; - пе р е но с де ф е кто в и пр и ме се й... Э ле ктр о ма г ни тно е и злуче ни е и з о б ла сти со б стве нно г о и ли пр и ме сно г о по г ло щ е ни я вы зы ва е т пе р е за р ядку пр и ме сны х и др уг и х де ф е ктны х це нтр о в. По г ло щ е ни е све та на ко ле б а ни ях а то мо в (ка к пр и ме сных, та к и со б стве нны х а то ма х р е ше тки ) мо ж е туси ли ть эти ко ле б а ни я и уве ли чи ть ве р о ятно сть пе р е хо да а то мо в в а кти ви р о ва нно е со сто яни е . Т а ки е пр о це ссы , сти мули р о ва нны е и злуче ни е м, спо со б ствуют: - о б р а зо ва ни ю и ли а нни г и ляци и (и сче зно ве ни ю, р а спа ду) де ф е кто в; - ве ф е кто в,;во зни кно ве ни ю внутр е нни х эле ктр и че ски х, упр уг и х, те мпе р а тур ны х по ле й;
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
3
- и зме не ни ю ско р о сти ди ф ф узи и де ф е кто в и , ко не чно м сче те , и зме не ни ю сво йств кр и ста лла . М е ха ни змы вли яни я эле ктр о ма г ни тно г о и злуче ни я на пр о це ссы де ф е кто о б р а зо ва ни я и а то мно г о пе р е ме щ е ни я мо ж но све сти в о сно вно м к че ты р е м пр о це сса м: 1) др е йф у и о но в в эле ктр и че ско м по ле ; 2) и зме не ни ю за р ядо во г о со сто яни я а то ма ; 3) во зб уж де ни ю ко ле б а те льны х мо д а то ма пр и б е зы злуча те льно й р е ко мб и на ци и на не м эле ктр о на ; 4) ф о то н-ф о но нно му вза и мо де йстви ю по ср е дство м И К по г ло щ е ни я. По д де йстви е м о све щ е ни я в кр и ста лла х мо г ут во зни кнуть внутр е нни е эле ктр и че ски е по ля. В о зни кно ве ни е та ки х по ле й о б усло вле но г е не р а ци е й све то м сво б о дны х но си те ле й за р яда и и х не р а вно ме р ны м р а спр е де ле ни е м всле дстви е ди ф ф узи и . В нутр е нни е эле ктр и че ски е по ля (на р яду с вне шни ми ) мо г ути зме ни ть по те нци а льны й р е лье ф кр и ста лли че ско й р е ше тки , пр и во дя к уме ньше ни ю по те нци а льно г о б а р ье р а в на пр а вле ни и де йстви я эле ктр и че ско г о по ля и те м са мы м уве ли чи ва я ве р о ятно сть пе р е ско ка и о на в это м на пр а вле ни и (р и с. а )).
И зм енение п от енц иа льного ба рьера : до (-) ип рисв ет ов ом воздей ст в ии(---) для ра зличных м еха низм ов диф фузии: а ) дрей фов ый м еха низм ; б) изм енение за рядового сост ояния; в ) возбуж дение колеба т ельной энергииа т ом а п риэлект ронном за хва т е. Д ля р е а льно до сти ж и мы х на пр яж е нно сте й вне шне г о эле ктр и че ско г о по ля Е ~ 106 B/см и зме не ни е вы со ты по те нци а льно г о б а р ье р а мо ж е т со ста ви ть Е~0.1 эВ . И зме не ни е за р ядо во г о со сто яни я а то мо в в кр и ста лла х по д де йстви е м о пти че ско г о во зб уж де ни я, и нж е кци и но си те ле й за р яда , ле г и р о ва ни я и зме не ни я те мпе р а тур ы и т.д. мо ж е т со пр о во ж да ться и зме не ни е м г е о ме тр и че ско г о по ло ж е ни я р а вно ве си я в р е ше тке (узе л, ме ж до узли е и др .) и ли о б р а зо ва ни е м ко мпле ксо в, что в ко не чно м и то г е пр и во ди т к и зме не ни ю ско р о сти ми г р а ци и а то ма (р и с. б )). В это м случа е эне р г и я а кти ва ци и ди ф ф узи и мо ж е т уме ньши ться на эне р г и ю и о ни за ци и пр и ме сно г о а то ма .
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
4
Т р е ти й ме ха ни зм ди ф ф узи и связа н с пе р е да че й эне р г и и , вы де ляе мо й пр и б е зы злуча те льно й р е ко мб и на ци и (р и с. в)). У ме ньше ни е вы со ты по те нци а льно г о б а р ье р а для ми г р а ци и в это м случа е р а вно р а зно сти эне р г и й а то ма в на ча льно м и ко не чно м, с за хва че нны м на не г о эле ктр о но м, со сто яни ях. Ч е тве р ты й ме ха ни зм ф о то сти мули р о ва нно й ми г р а ци и со сто и т в во зб уж де ни и ко ле б а ни й а то мо в эл. ма г ни тны м и злуче ни е м в р е зульта те И К по г ло щ е ни я, т.е . в пе р е да че эне р г и и о т ф о то на ф о но ну че р е з пр о ме ж уто чны е со сто яни я. Ф отох и м и ческ и е реак ци и 1. Ра зли чны е пр о явле ни я Ф Х Р и и х о сно вны е сво йства . Т е р мо а кти ва ци о нны й ха р а кте р . В се Ф Х Р являются, ка к пр а ви ло , те р мо а кти ва ци о нны ми пр о це сса ми . Э то о зна ча е т, что ско р о сть пр о те ка ни я Ф Х Р (т.е . ско р о сть и зме не ни я то й и ли и но й ха р а кте р и сти ки кр и ста лла пр и о све щ е ни и ) уме ньша е тся с по ни ж е ни е м те мпе р а тур ы за све тки Т з и на о б о р о т. Па р а ме тр о м, ха р а кте р и зующ и м те р мо а кти ва ци о нно сть пр о це сса , являе тся эне р г и я а кти ва ци и Еа . Э не р г и я а кти ва ци и Ф Х Р мо ж е т и ме ть р а зли чную пр и р о ду. О на мо ж е т пр е дста влять со б о й: - Еа р а зр уше ни я ко мпле ксо в де ф е кто в; - Еа ди ф ф узи и пр о сты х де ф е кто в; - Еа мо ж е т включа ть в се б я эне р г и и р а зли чны х по те нци а льны х б а р ье р о в, о кр уж а ющ и х р е а г и р ующ и е це нтр ы ; - Еа мо ж е тб ы ть ко мб и на ци е й пе р е чи сле нны х ве ли чи н. О б р а ти мо сть Х а р а кте р ны м сво йство м Ф Х Р являе тся и х о б р а ти мо сть, т.е . и зме не ни я сво йств кр и ста лла , вы зва нны е о све щ е ни е м, мо ж но устр а ни ть (“сте р е ть”). Э то мо ж е т б ы ть до сти г нуто ли б о путе м пр о г р е ва ни я кр и ста лла до до ста то чно вы со ки х те мпе р а тур и по сле дующ и м о хла ж де ни е м в те мно те , ли б о о све щ е ни е м е г о б о ле е дли нно во лно вы м (“И К ”) по ср а вне ни ю с а кти ни чны м (вы зы ва ющ и м Ф Х Р) све то м. Т а ко е о све щ е ни е вы зы ва е тпе р е за р ядку це нтр о в, о б р а зо ва вши хся в р е зульта те Ф Х Р. Т а ка я пе р е за р ядка мо ж е т пр и во ди ть к сущ е стве нно му уме ньше ни ю энергии а кт ив а ц ии ра зрушения Еа р пр о дукто в р е а кци и и , сле до ва те льно , к по ни ж е ни ю те мпе р а тур ы сти р а ни я (во сста но вле ни я сво йств кр и ста лла ). Д ва по дхо да к и зуче ни ю Ф Х Р Э кспе р и ме нты по ка зы ва ют, что , б удучи те р мо а кти ви р о ва нны ми пр о це сса ми , Ф Х Р пр о те ка ютс о б на р уж и мо й за до ступно е в экспе р и ме нте вр е мя ско р о стью пр и те мпе р а тур а х, пр е выша ющ и х не ко то р ую T 0 . По это му для о б на р уж е ни я и и зуче ни я Ф Х Р мо г ут б ы ть пр е дло ж е ны два р а зли чны х по дхо да : ста ци о на р ны й и ки не ти че ски й. 1) Ста ци о на р ны й по дхо д о сно ва н на ср а вне ни и ха р а кте р и сти к о б р а зца пр и до ста то чно ни зки х те мпе р а тур а х, пр и ко то р ы х Ф Х Р явно не пр о те ка ют. Пр и это м
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
5
кр и ста лл мо ж е т на хо ди ться по сле до ва те льно в о дно м и з двух со сто яни й: усло вно – в со сто яни и А , ко г да кр и ста лл и ли и схо дны й, и ли де за кти ви р о ва н о дни м и з вы ше ука за нны х спо со б о в, и за те м – в со сто яни и Б , ко г да де за кти ви р о ва нны й о б р а зе ц о пр е де ле нно е вр е мя на хо ди лся в усло ви ях, пр и ко то р ы х пр о те ка ютФ Х Р (по вы ше нна я те мпе р а тур а + о све щ е ни е ). 2) К и не ти че ски й по дхо д со сто и т в и ссле до ва ни и ки не ти ки и зме не ни я р а зли чны х сво йств о б р а зца в то й о б ла сти те мпе р а тур , г де Ф Х Р и дут до ста то чно б ы стр о . Пр и это м ва р ьи р уются: - те мпе р а тур а Т ; - и нте нси вно сть и злуче ни я J; - дли на во лны λ; - эне р г и я ква нта hν; - вр е мя экспо зи ци и τ и т.д. Н а сы щ е ни е Ф Х Р. В экспе р и ме нте все ки не ти че ски е кр и вы е стр е мятся к на сы щ е ни ю. Н а пр и ме р , зна че ни ю Jлн мо ж е тсо о тве тство ва тьр а зли чно е со сто яни е кр и ста лла : 1) – пр о и схо ди т по лно е пр е о б р а зо ва ни е и схо дны х це нтр о в в ко не чны е пр о дукты Ф Х Р. У сло ви е м это г о являе тся Еа о б р