Диффузия - экситон
Cтраница 3
Диссоциация экситонов на границе с электродом или на поверхностной примеси может приводить к инжекции положительных или отрицательных носителей заряда в органический кристалл ( см. разд. Измеряя спектральные зависимости квантового выхода фотоионизации, можно определять длины диффузии экситонов ( см. разд. Из выражения (1.7.8.08) следует, что вероятность инжекции носителя в кристалл Ф изменяется пропорционально коэффициенту поглощения света k, если диффузионная длина меньше глубины поглощения света. В экспериментах, представленных на рис. 3.1.6 и 3.1.7, в кристалл преимущественно инжектируются носители какого-либо одного знака. [31]
В дальнейшем мы еще вернемся к указанному выше критерию применимости кинетического уравнения Больцмана и более подробно обсудим вопрос о том, в каких температурных пределах это уравнение может быть использовано для молекулярных кристаллов. Сейчас же вновь обратимся к работе Трлифая [223], в которой коэффициент диффузии экситонов был найден для случая сильной экситон-фононной связи. [32]
Возвращаясь к обсуждению работы [360], отметим, что ее результаты, в соответствии со сказанным выше, делают также весьма актуальными не только качественные рассуждения о характере взаимодействия экситонов с примесями, но и количественные расчеты различных механизмов захвата. Необходимость такого рода количественных расчетов подтверждается также и исследованиями температурной зависимости коэффициента диффузии экситонов, основанными на изучении скорости их бимолекулярной аннигиляции. [33]
Вопрос о применимости этих выражений при интерпретации тех или иных быстропро-текающих процессов диффузии экситонов и их захвата ловушками возникал неоднократно. Однако только в последние годы развитие экспериментальных методов исследования кинетики свечения позволило по крайней мере для ряда кристаллов на этот вопрос ответить достаточно определенно. Полученные при этом результаты обсуждаются в следующем параграфе. [34]
В случае большой скорости выхода, как видно из (4.3.1.14), соотношение [ k ( hv) L ( E) ] / [ l k ( hv) L ( E) представляет собой долю электронов, достигающих фронтальной поверхности. Далее, учитывая, что величина в скобках может быть интерпретирована по аналогии с диффузией экситонов, имеем L VDr или D / LL / r vD, где VD можно определить как скорость диффузии экситонов от поверхности. Следовательно, VD / V будет приблизительно характеризовать относительный вклад отражения и рассеяния. В случае движения горячих электронов величину D необходимо определить заново, поскольку термодинамическое равновесие при этом не соблюдается, однако отношение D / L приобретает теперь дополнительный смысл по сравнению со случаем движения экситонов. [35]
Впервые представления о диффузионном характере движения экситонов были использованы для интерпретации экспериментов в работе Ю. И. Карханина и В. Е. Лашкарева [26] ( для расчета зависимости интенсивности поверхностной аннигиляции экситонов в Си20 от коэффициента поглощения возбуждающего света / с), в работе А. Н. Файдыша [27] для расчета зависимости от k скорости захвата экситонов в молекулярных кристаллах [28] примесями, а также в работе [29] ( при оценке для антрацена контролируемой диффузией экситонов скорости их захвата примесью нафтацена; см. гл. В дальнейшем в [30, 31] было сформулировано более общее интегродифференциальное уравнение для концентрации экситонов, в котором, наряду с диффузией экситонов, учтено также изменение их концентрации, обусловленное реабсорцией света люминесценции. [36]
Поэтому обсуждаемый эффект может быть особенно существен для области спектра достаточно интенсивных экси-тонных переходов. Например, в антрацене неаналитическая добавка к энергии экситона нижайшей зоны порядка 200 см-г 9 так что ее учет при изучении диффузии экситонов оказывается существенным во всей области температур, где реализуются когерентные экситоны. [37]
В случае большой скорости выхода, как видно из (4.3.1.14), соотношение [ k ( hv) L ( E) ] / [ l k ( hv) L ( E) представляет собой долю электронов, достигающих фронтальной поверхности. Далее, учитывая, что величина в скобках может быть интерпретирована по аналогии с диффузией экситонов, имеем L VDr или D / LL / r vD, где VD можно определить как скорость диффузии экситонов от поверхности. Следовательно, VD / V будет приблизительно характеризовать относительный вклад отражения и рассеяния. В случае движения горячих электронов величину D необходимо определить заново, поскольку термодинамическое равновесие при этом не соблюдается, однако отношение D / L приобретает теперь дополнительный смысл по сравнению со случаем движения экситонов. [38]
Обзор результатов экспериментальных исследований переноса энергии экситонами приведен в гл. Здесь основное внимание уделено сопоставлению с теориями лучистого и бе-зызлучательного переноса энергии, в частности, тех экспериментальных данных, которые могут быть использованы для оценки значений кинетических параметров и, в частности, для оценки коэффициента диффузии экситонов и его температурной зависимости. Именно по характеру этой зависимости ( гл. IV) удается судить о том, переносят ли в том или ином кристалле энергию когерентные или некогерентные ( локализованные) экситоны, иными словами, имеет ли место диффузия волновых пакетов или диффузия согласно модели случайных перескоков возбуждения по узлам решетки. [39]
Как уже подчеркивалось ранее, во многих молекулярных кристаллах имеет место перенос энергии электронного возбуждения от основного вещества к примеси. Когда речь идет об экси-тонном механизме переноса, то процесс этот можно условно разделить на две основные стадии. Первая из них отвечает диффузии экситона к примеси), тогда как вторая - захвату экситона примесью. [40]
 |
Схема оптических и без-ызлучательных переходов в собственном полупроводнике с учетом образования диссоциации и ре-комбинационной аннигиляции свободных экситонов. [41] |
В принципе при составлении уравнений баланса необходимо учитывать способность экситонов перемещаться в пространстве. Они могут возникнуть в одном участке кристалла, а аннигилировать в другом, что отражается на балансе скоростей. Однако поскольку во многих случаях диффузией экситонов можно пренебречь, будем считать экситоны неподвижными. [42]
В изложенных выше соображениях о диффузии свободных экситонов неявно предполагалось, что в результате рассеяния экситон остается в пределах одной и той же экситонной зоны. В действительности в молекулярных кристаллах в области низших возбужденных состояний обычно имеется несколько близко расположенных экситонных зон ( энергетическое расстояние порядка 0 05 эв), что может быть связано, например, либо с давыдовским расщеплением, либо с образованием электронно-колебательных зон. Это обстоятельство приводит к тому, что только при очень низких температурах в диффузии экситонов участвует одна самая низкая экситонная зона. При более высоких температурах имеет значение также заселенность и других зон. [43]
Из формулы ( 3) следует, что при D2 ( T) Di ( T) в некоторой области температур может наблюдаться с повышением температуры не уменьшение коэффициента диффузии свободных экситонов, а наоборот, его возрастание. Если величина А мала и имеет порядок kT, то при D Dl в соответствии с ( 3) D ( T) при низких Т сначала уменьшается с ростом температуры, при T A / k резко возрастает, а при ГД / / г снова падает. Из сказанного следует, что в некоторых благоприятных случаях изучение температурной зависимости коэффициента диффузии свободных экситонов может позволить оценить расстояние между экситонными зонами. [44]
Таким образом, экспериментальные значения коэффициента диффузии синглетных экситонов в антрацене, полученные в перечисленных работах, довольно сильно различаются. Возможно, что это частично связано с экспериментальными трудностями этих измерений. Однако следует также иметь в виду, что, согласно [342, 352] ( см. также § 4), диффузия экситонов в кристаллах антрацена сильно зависит от дефектов кристаллов, создающих мелкие ловушки экситонов. [45]
Страницы: 1 2 3 4