Cтраница 4
Существенный вклад во второй член уравнения (5.62) дадут только соседние зоны, где Ец мало. Уравнение (5.62) объясняет появление малых эффективных масс в узкозонных полупроводниках. [46]
Он был приписан спиновому резонансу, поскольку его положение определялось полной величиной наклонного поля и было близко к значению, соответствующему g - фактору в объеме вещества. Амплитуда пика сильно зависела от угла наклона и обращалась в нуль при направлении поля точно перпендикулярно поверхности. В узкозонном полупроводнике с сильным спин-орбитальным взаимодействием и значительной непараболичностью спиновый резонанс может вызываться обычными электрическими дипольными переходами. [47]
Хотя здесь применяются термины валентный уровень и уровень проводимости, это отнюдь не означает, что носители делокализованы в том же смысле, как это имеет место в полупроводниках типа германия. В действительности в гомомолекулярных кристаллах ( например, в антрацене) при комнатной температуре носители сильно локализованы, и традиционная одноэлектронная зонная модель не дает адекватного описания всех особенностей проводимости в этих кристаллах ( разд. Именно по этой причине вместо обычного термина зона иногда пользуются термином уровень. Неприменимость зонной теории в одноэлектронном приближении к кристаллам ароматических углеводородов обусловлена сильными поляризационными эффектами в узкозонных полупроводниках. Наличие высокой энергии поляризации само по себе еще не является препятствием для переноса заряда между соседними узлами решетки. Насколько легко такой перенос сможет осуществиться, целиком зависит от отношения энергии поляризации к энергии взаимодействия между ближайшими соседями. Так, например, в молекулярном кристалле типа антрацена энергия межмолекулярного взаимодействия значительно ниже энергии поляризации и носители будут обнаруживать склонность к локализации. В широкозонных материалах типа германия или кремния энергия поляризации меньше энергии межатомного взаимодействия и, следовательно, время переноса заряда между соседними узлами решетки мало. [48]
Несмотря на грубость использованного допущения, ответ оказался в разумном согласии с результатами Араи для InSb, в особенности при малых концентрациях электронов, когда заполнение высших возбужденных подзон весьма мало. Еще не ясно, почему такое упрощение оказалось приемлемым для зоны проводимости в узкозониых полупроводниках и неприемлемым для валентной зоны в Si. Одной из возможных причин являются перекрытие в р-канапах Si волновых функций легких и тяжелых дырок и важная роль их взаимного перемешивания за счет поверхностного потенциала. В л - канал ах узкозонных полупроводников, напротив, состояния, связанные с зоной проводимости и валентной зоной, пространственно разделены и их перемешивание несущественно до тех пор, пока не играют заметной роли эффекты туннелирования. [49]
Выше при обсуждении особенностей переноса энергии экси-тонами наличие границы кристалла было учтено лишь однажды, а именно в гл. В диффузионном приближении влияние границы характеризуется скоростью поверхностной аннигиляции экситона v ( см. ( 6.1 а)), являющейся некоторой феноменологической величиной, для расчета которой требуется выход за рамки диффузионного приближения. Однако независимо от этого обстоятельства, которое подчеркивалось и ранее, наиболее интересным моментом, возникающим в связи с влиянием поверхности кристалла ( или же границы раздела сред)) на диффузию и время жизни экситонов, является сильная зависимость величины v от электронной структуры приповерхностного слоя молекулярного кристалла, а также от электронной структуры среды, с которой молекулярный кристалл граничит. Особенно интересным в этой связи является изучение различных физических явлений, возникающих на границе молекулярный кристалл-металл или узкозонный полупроводник. В этом случае экситоны в области границы двух сред могут гибнуть, взаимодействуя с континуумом состояний электронов проводимости. Анализ возникающих при этом эффектов важен не только для физики экситонов, но представляет и более широкий интерес в связи с некоторыми тенденциями развития современного материаловедения. [50]
Просвечивающая электронная микроскопия ( ПЭМ) показала, что при этих условиях фторируются только поверхностные оболочки многослойных углеродных нанотруб, синтезированных в электрической дуге. Внутренние слои труб остаются графитизированными. Измеренные электрические проводимости исходного и фторированного углеродного материала имеют подобную температурную зависимость, что предполагает сохранение части контактов между углеродными нанотрубами в объеме образца после его фторирования. ПЭМ исследования образцов электродуговых однослойных углеродных нанотруб и каталитических двухслойных нанотруб показали, что фторирование приводит к ослаблению взаимодействия между трубами в связках и, таким образом, получению индивидуальных нанотруб. Электросопротивление фторированных материалов на 3 - 4 порядка превышает сопротивление исходных материалов. Обработка фторированных однослойных нанотруб гидразином приводит к их частичному восстановлению, при этом проводимость дефторированных нанотруб характерна для узкозонных полупроводников, в отличие от исходных нанотруб, представляющих смесь металлических проводников и узкозонных полупроводников. Электронная структура фторированных двухслойных углеродных нанотруб исследована методами рентгеновской эмиссионной спектроскопии и квантовой химии. Рассчитаны модели состава - C2F ( данные рентгеноэлектронных измерений), в которых атомы фтора образуют цепочки вдоль или поперек трубы. Наиболее вероятная структура определена из сравнения теоретических спектров с экспериментальными данными. [51]
Просвечивающая электронная микроскопия ( ПЭМ) показала, что при этих условиях фторируются только поверхностные оболочки многослойных углеродных нанотруб, синтезированных в электрической дуге. Внутренние слои труб остаются графитизированными. Измеренные электрические проводимости исходного и фторированного углеродного материала имеют подобную температурную зависимость, что предполагает сохранение части контактов между углеродными нанотрубами в объеме образца после его фторирования. ПЭМ исследования образцов электродуговых однослойных углеродных нанотруб и каталитических двухслойных нанотруб показали, что фторирование приводит к ослаблению взаимодействия между трубами в связках и, таким образом, получению индивидуальных нанотруб. Электросопротивление фторированных материалов на 3 - 4 порядка превышает сопротивление исходных материалов. Обработка фторированных однослойных нанотруб гидразином приводит к их частичному восстановлению, при этом проводимость дефторированных нанотруб характерна для узкозонных полупроводников, в отличие от исходных нанотруб, представляющих смесь металлических проводников и узкозонных полупроводников. Электронная структура фторированных двухслойных углеродных нанотруб исследована методами рентгеновской эмиссионной спектроскопии и квантовой химии. Рассчитаны модели состава - C2F ( данные рентгеноэлектронных измерений), в которых атомы фтора образуют цепочки вдоль или поперек трубы. Наиболее вероятная структура определена из сравнения теоретических спектров с экспериментальными данными. [52]