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    激子的作用

    2016/10/18 9:42:02

    激子是固體中的一種基本的元激發(fā),是由庫侖互作用互相束縛著的電子-空穴對。半導(dǎo)體吸收一個光子之后,電子由價帶躍遷至導(dǎo)帶,但是電子由于庫侖作用仍然和價帶中的空穴聯(lián)系在一起。

    激子對描述半導(dǎo)體的光學(xué)特性有重要意義;自由激子束縛在雜質(zhì)上形成束縛激子。激子束縛能大,說明自由激子容易和雜質(zhì)結(jié)合形成發(fā)光中心。激子效應(yīng)對半導(dǎo)體中的光吸收、發(fā)光、激射和光學(xué)非線性作用等物理過程具有重要影響,并在半導(dǎo)體光電子器件的研究和開發(fā)中得到了重要的應(yīng)用.與半導(dǎo)體體材料相比,在量子化的低維電子結(jié)構(gòu)中,激子的束縛能要大得多,激子效應(yīng)增強(qiáng),而且在較高溫度或在電場作用下更穩(wěn)定。

    在半導(dǎo)體吸收光譜中,本征的帶間吸收過程是指半導(dǎo)體吸收一個光子后,在導(dǎo)帶和價帶同時產(chǎn)生一對自由的電子和空穴.但實(shí)際上除了在吸收帶邊以上產(chǎn)生連續(xù)譜吸收區(qū)以外,還可以觀測到存在著分立的吸收譜線,這些譜線是由激子吸收引起的,其能譜結(jié)構(gòu)與氫原子的吸收譜線非常類似.激子譜線的產(chǎn)生是由于當(dāng)固體吸收光子時,電子雖已從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶,但仍因庫侖作用而和價帶中留下的空穴聯(lián)系在一起,形成了激子態(tài).自由激子作為一個整體可以在半導(dǎo)體中運(yùn)動.這種因靜電庫侖作用而束縛在一起的電子空穴對是一種電中性的、非導(dǎo)電性的電子激發(fā)態(tài).

    與氫原子一樣,激子也具有相應(yīng)的基態(tài)和激發(fā)態(tài),但其能量狀態(tài)與固體中的介電效應(yīng)和電子空穴的有效質(zhì)量有關(guān).實(shí)際上,固體中的激子態(tài)可用類氫模型加以描述,并按此模型很好地估算出激子在帶邊下分立能級的能態(tài)和電離能。

    總的來說,寬禁帶的半導(dǎo)體材料,激子束縛能較大,而激子玻爾半徑則比較小.而禁帶較窄的材料,其激子電離能較小,激子玻爾半徑則較大。

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