Cтраница 1
Поляронные состояния, как и обычные, образуют сплошную полосу уровней, обеспечивающую свободное движение электронов внутри твердого или жидкого полупроводника. [1]
Предположение о том, что поляронное состояние образуется за время порядка 10 - 14 с, приводит к еще одному важному соображению. Если длина свободного пробега так велика, то парная рекомбинация не должна наблюдаться, однако она наблюдается. Высокие значения подвижностей, полученные в работе [251], также вызывают удивление. Разгадка парадокса дана Мовагхаром и др. [172], показавшими, что стандартная теория линейного отклика неприменима к переносу в этих одномерных системах. [2]
Таким образом, тяжелая частица оказывается в поляронном состоянии. Следовательно, энергия экситона приближенно может быть представлена как сумма энергии F-центра с легкой частицей и полярона с тяжелой. [3]
Необходимо иметь в виду, что в образовании поляронного состояния участвует не полная поляризация кристалла, а только ее инерционная часть. Потенциальная яма поляронного состояния обусловливается только инерционной частью поляризуемости - смещением тяжелых ионов. [4]
Необходимо иметь в виду, что в образовании поляронного состояния участвует не полная поляризация кристалла, а только ее инерционная часть. Потенциальная яма поляронного состояния обусловливается только инерционной частью поляризуемости - смещением тяжелых ионов. [5]
Если масса т очень велика, то скорость электрона мала, и его кинетической энергией можно пренебречь. Заштрихованная область на рис. 2.4.23 при W 0 соответствует самозахваченным поляронным состояниям. [6]
В рамках простейшей зонной схемы, не учитывающей смещения атомов ( ионов) решетки, эти явления не находят объяснения. В действительности изменение заряда центра после его ионизации приводит к изменению равновесного положения окружающих ионов, что сопровождается выделением энергии. С другой стороны, электрон, движущийся с тепловой скоростью в зоне проводимости, поляризует окружающую область решетки и в свою очередь притягивается ею. В результате возникает особое состояние - полярон [15], причем переход электрона в поляронное состояние также сопровождается выделением энергии. [7]
Таким образом, уже в самом начале процесса при бесконечно малой поляризации кристалл представляет ловушку для электрона. Затратив часть своей энергии на поляризацию, электрон перейдет на более низкий уровень, а поляризация среды усилится. Электрон поэтому будет двигаться, возбуждая поляризационные волны. Общая энергия системы Н должна монотонно убывать, пока не достигнет своего минимума в момент, когда электрон окажется в основном поляронном состоянии. [8]
Согласие с предсказаниями теории Онзагера для слабых полей означает, таким образом, что диффузионный перенос в ПТС и ПДКГД сопровождается значительным рассеянием. Это явное противоречие может быть устранено при использовании теоретических находок Мовагхара и Каде [167, 40], которые показали, что движение носителей заряда в ПТС осуществляется посредством локализованных полярон-ных состояний, длина свободного пробега которых может быть порядка расстояния между повторяющимися полимерными единицами. В начальный период образования электронно-дырочной пары, когда теория Онзагера неприменима, электрон может двигаться в широкой зоне проводимости и проходить расстояние - 100 А, пока он не скатится в поляронное состояние. Это расстояние можно считать радиусом термализации, который по другим оценкам равен приблизительно 65 А. [9]
Как показал Холылтейн [101 ], в идеальном кристалле волновые функции поляронов малого радиуса перекрываются в достаточной мере для того, чтобы возникла поляронная зона. При этом вступает в силу обычный зонный механизм проводимости. Следует ожидать, что при низких температурах этот механизм будет доминировать. Однако можно показать, что ширина по-ляронной зоны экспоненциально убывает при нагревании образца; когда температура достигает примерно половины дебаев-ской, эта ширина становится меньше неопределенности энергии, связанной с конечным временем жизни поляронных состояний. При еще более высокой температуре перенос заряда в поляронной зоне перестает играть заметную роль, и полярон малого радиуса можно рассматривать как локализованный в пространстве. Это та ситуация, с которой мы начали: именно такую ситуацию рассматривал Ландау, говоря о захвате электрона созданной им самим локальной деформацией решетки. Как уже отмечалось, в рассматриваемом предельном случае поляронов малого радиуса область деформации охватывает лишь ближайшие к электрону атомы решетки. [10]
Правда, остается еще выход - допущение о большом значении эффективной массы. Но для того чтобы скорость электрона, его ускорение и самая эффективная масса получили физический смысл для полупроводников с малой подвижностью, пришлось бы приписать электронам и дыркам эффективную массу порядка нескольких тысяч масс свободных электронов в вакууме. А тогда рушится метод самосогласованного поля, так как скорости установления равновесия между такими тяжелыми зарядами и между атомами решетки одного порядка. Кроме того, предположение об эффективных массах порядка тысяч т0 противоречит опытным значениям термоэлектродвижущих сил. Только для поляронных состояний, как показал С. И. Пекар, противоречие несколько смягчается. [11]
Правда, остается еще выход - допущение о большом значении эффективной массы. Но для того чтобы скорость электрона, его ускорение и самая эффективная масса получили физический смысл для полупроводников с малой подвижностью, пришлось бы приписать электронам и дыркам эффективную массу порядка нескольких тысяч масс свободных электронов в вакууме. А тогда рушится метод самосогласованного поля, так как скорости установления равновесия между такими тяжелыми зарядами и между атомами решетки одного порядка. Кроме того, предположение об эффективных массах порядка тысяч яг0 противоречит опытным значениям термоэлектродвижущих сил. Только для поляронных состояний, как показал С. И. Пекар, противоречие несколько смягчается. [12]
При изучении поведения электронов проводимости в полупроводниках нередко возникает ситуация, когда на электрон действует, помимо периодического потенциала идеального кристалла, некоторое дополнительное поле. Наличие свободной поверхности у кристалла также эквивалентно существованию некоторого дополнительного, быстро меняющегося вблизи поверхности поля. Если поверхность электрически заряжена, то вблизи ее, кроме того, имеется медленно меняющееся электрическое поле. Кулоновское поле дырки, действующее на электрон, приводит к связанным состояниям электрона и дырки, называемых экситопом. Дополнительное поле, создаваемое поляризацией ионного кристалла, которая вызвана действием самого электрона на решетку, приводит к так называемым поляронным состояниям. [13]
В результате поляризации энергетический уровень электрона снижается. Если этот уровень до поляризации окружающей среды совпадал с нижней границей свободной зоны, то по мере перераспределения окружающих элементов кристаллической решетки он переходит в запретную зону. Когда электрон движется, он увлекает за собой и созданное им состояние поляризации. При этом поляризуются новые участки кристалла, в которые переместился электрон, тогда как оставленные участки возвращаются в первоначальное состояние. Такие свободные заряды, движущиеся в окружении поляризованной среды, исследовал С. И. Пекар, который назвал их иоляронамл. Поляронные состояния образуют в кристалле сплошную зону, внутри которой полярой движется по тем же законам, как и электрон в свободной зоне, и с подвижностью того же порядка. Необходимо только, чтобы с переходом заряда успевала поляризоваться окружающая его среда. [14]
Энергия связи здесь составляет по оценке 0 05 эВ, т.е. ее значение сравнимо с энергией связи пары ( 0 03 эВ), которая была рассчитана для ППФ. Антисолитон представляет собой парный соли-тону дефект-солитон. Антисолитон аннигилирует с солитоном с образованием свободной от дефектов цепочки. Антиполярон представляет собой комбинацию из заряженного солитона и нейтрального антисолитона. Эволюция состояний внутри запрещенной зоны в зависимости от концентрации легирующей примеси может быть описана следующим образом. При слабом легировании внутри запрещенной зоны возникают как связывающие, так и разрыхляющие локализованные поляронные состояния. При повышении уровня легирования локализованные поляронные состояния сливаются и формируют две поляронные зоны. В полиацетиленах взаимодействие полярона с антиполяроном того же знака заряда приводит к образованию двух свободных заряженных солитонов. Этот процесс происходит только в полиацетиленах, где вырожденность основного состояния позволяет заряженным солитонам, которые остались после аннигиляции нейтральных солитона и антисолитона, уйти друг от друга. В ППФ и других проводящих полимерах, не обладающих вырожденным основным состоянием, два заряженных дефекта не могут разделиться, и в результате формируется биполярон. Биполяроны представляют собой коррелированные пары из заряженных солитона и антисолитона. При еще более высокой концентрации легирующей примеси формируются биполяронные зоны. [15]