Дослідження збуджень електронного газу в кристалах германію методом непружного розсіяння світла

Таким чином, було показано, що при врахуванні тільки внутрішньопідзонних переходів не можна пояснити концентраційну залежність частоти плазмонів, значення частоти плазмонів і форму смуги розсіяння ними світла в p Ge. Це вказує на те, що в розрахунках необхідно враховувати також і міжпідзонні електронні переходи.

У діапазоні спостережуваних на експерименті частот плазмонів дійсна частина діелектричної проникності, яка пов'язана з міжпідзонними електронними переходами, не залежить від частоти, а залежить від концентрації носіїв. Внаслідок цього частота плазмонів зростає при збільшенні концентрації носіїв N не пропорційно N1/2, що і спостерігається. Розраховані значення пл добре узгоджуються з експериментальними.

Уявна частина внеску в  () міжпідзонних переходів пропорційна 1/2, внаслідок чого смуга плазмового розсіяння світла набуває асиметричної форми. Розрахована форма смуги добре співпадає з експериментальною при величинах частот зіткнень носіїв, що не сильно відрізняються від визначених із рухливості носіїв.

Таким чином показано, наскільки істотним є врахування міжпідзонних переходів носіїв для пояснення властивостей плазмових коливань у кристалах із виродженою валентною зоною.

У другій частині даного розділу описані результати досліджень впливу направленої деформації кристалів на властивості плазмонів і розсіяння ними світла. Досліджувалися кристали p Ge з концентраціями носіїв 2, 3•1017 см-3 та 4, 5•1017 см-3 при максимальній величині прикладеного тиску 2, 5 кбар (P || [110]).

Виявлено, що при деформації кристала низькочастотна частина спектрів непружного розсіяння світла, яка обумовлена, в основному, розсіянням світла внутрішньопідзонними одночастинковими збудженнями носіїв, практично не змінюється. На підставі аналізу високочастотної частини спектра (із врахуванням внеску розсіяння світла при переходах носіїв між розщепленими деформацією валентними підзонами) виявлено, що частота максимуму смуги плазмового розсіяння світла (рис. 7) в направлено деформованих кристалах вища, ніж у недеформованих. Тобто спостерігаються деформаційні зміни частоти плазмонів. Вони незначні й становлять 20 см-1 і 36 см 1 для кристалів із концентрацією носіїв 2, 3•1017 см-3 та 4, 5•1017 см-3 відповідно. Зміни частоти плазмонів можуть бути пов'язані зі зміною при направленій деформації кристала внеску в діелектричну проникність як міжпідзонних, так і внутрішньопідзонних електронних переходів.

 

 

У дисертаційній роботі експериментально досліджені неекрановані одночастинкові та колективні збудження вільних носіїв заряду в p Ge  кристалах із виродженою валентною зоною.

Основні результати досліджень і висновки:

Виявлено квазіпружне розсіяння світла неекранованими одночастинковими збудженнями вільних носіїв заряду. Слабка поляризаційна залежність інтенсивності розсіяного світла, спостережувана форма спектра та абсолютна величина ефективності розсіяння дозволили ідентифікувати його як розсіяння на флуктуаціях густини повного кутового моменту важких дірок. Таким чином, підтверджено існування, передбаченого раніше теоретично, нового типу одночастинкових внутрішньопідзонних збуджень вільних носіїв заряду в кристалах із виродженою валентною зоною.

Виявлено особливості плазмових коливань носіїв і розсіяння ними світла в кристалах p-Ge (частота плазмонів зростає при збільшенні концентрації носіїв N не пропорційно N1/2; смуга плазмового розсіяння має сильно асиметричну форму). Шляхом співставлення отриманих даних із теоретичними розрахунками показано, що для пояснення виявлених особливостей необхідно враховувати характер будови валентної зони германію, а саме: наявність у ній двох нижніх підзон та внеску електронних переходів між цими підзонами в діелектричну проникність кристала.

У направлено деформованих кристалах p-Ge виявлено та досліджено розсіяння інфрачервоного світла при переходах носіїв заряду між розщепленими деформацією нижніми валентними підзонами. Встановлено, що зсув частоти смуги розсіяного світла відносно частоти збуджуючого випромінювання пропорційний величині прикладеного до кристала тиску і визначається енергією розщеплення підзон при k = 0. Ширина смуги має величину близьку до середньої енергії носіїв, а інтегральна ефективність розсіяння не залежить від величини прикладеного тиску і пропорційна концентрації вільних носіїв у кристалі.

Показано, що частота колективних (плазмових) коливань газу вільних носіїв заряду в p-Ge змінюється при направленій пружній деформації кристалів.

 

1. Гайдар О. В., Васько Ф. Т., Порошин В. М., Сарбей О. Г., Солдатенко Ю. М. Розсіяння ІЧ-світла на флуктуаціях густини квадрупольного моменту дірок в германії // УФЖ. – 1994. – Т. 39, № 2. – С. 165-166. 

2. Gaydar A. V., Poroshin V. N., Sarbey O. G., Vasko F. T. Infrared light scattering by free holes in p-Ge // Semicond. Sci. Technol. – 1994. – Vol. 9, № 10. – Р. 1790-1794. 

3. Гайдар О. В., Порошин В. М. Розсіяння ІЧ-світла вільними дірками в нап-равлено деформованому p-Ge // УФЖ. – 1999. – Т. 44, № 7. – С. 879-882. 

4. Gaydar A. V., Poroshin V. N., Sarbey O. G., Vasko F. T. IR-scattering by single-particles and collective excitations of holes in uniaxially compressed p-Ge // Lithuanian Journal of Physics. – 1992. – Vol. 32, № 5. – P. S165-S168. 

5. Гайдар А. В., Порошин В. Н., Сарбей О. Г. Комбинационное рассеяние ИК света на флуктуациях плотности квадрупольного момента дырок в германии // Труды международной конференции «Динамические процессы в неупорядоченных средах». – Самарканд (Узбекистан). – 1992. – С. 123. 

6. Gaydar A. V., Poroshin V. N., Sarbey O. G., Vasko F. T. IR-scattering by single-particles and collective excitations of holes in uniaxially compressed p-Ge // Proc. 8th Vilnius Symposium