基于飛秒脈沖激光器的時間分辨超快光譜技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于研究光與物質(zhì)相互作用、激發(fā)態(tài)性質(zhì)、超快動力學(xué)等光物理現(xiàn)象,其中瞬態(tài)反射光譜是研究固體表界面電荷動力學(xué)的有力工具之一.本文總結(jié)了瞬態(tài)反射光譜分析3類常見的半導(dǎo)體表界面（直接帶隙半導(dǎo)體表界面、間接帶隙半導(dǎo)體表界面和存在內(nèi)建電場的半導(dǎo)體表界面）載流子動力學(xué)的方法;分析了前兩類半導(dǎo)體表界面瞬態(tài)反射光譜特征信號歸屬,討論了利用特征光譜信號表征擴(kuò)散、表面復(fù)合、界面電荷轉(zhuǎn)移等動力學(xué)過程的原理;討論了高摻雜半導(dǎo)體表界面如果存在內(nèi)建電場的情況下表面反射光譜特征信號的歸屬,以及如何利用光誘導(dǎo)瞬態(tài)電場對反射光譜調(diào)制來追蹤界面電荷分離和復(fù)合的動力學(xué). 

【文章來源】：廈門大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,59(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：13 頁

【部分圖文】：

圖１瞬態(tài)反射光譜裝置示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆａｔｒａｎｓｉｅｎｔ

能級的帶間吸收，第二項為基態(tài)到不同能級的激子態(tài)的吸收．如圖４（ｂ）所示，Ｅｌｌｉｏｔｔ’ｓ公式可以較好地擬合帶隙附近的吸收光譜，因為該公式未包含更高能級之間的躍遷，無法用于擬合高能量光子的吸收．光譜擬合可以給出帶隙能量（２．３５ｅＶ）和激子結(jié)合能（４１．６ｍｅＶ）．由于激子結(jié)合能較大，激子態(tài)的能量低于帶隙能量，材料受到泵浦光激發(fā)，產(chǎn)生的載流子快速馳豫，常溫下大量占據(jù)激子態(tài)的能級，由于泡利不相容原理，基態(tài)到被占據(jù)圖４ＭＡＰｂＢｒ３鈣鈦礦單晶光學(xué)性質(zhì)［２４］Ｆｉｇ．４ＯｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌＭＡＰｂＢｒ３［２４］·２８８·

廈門大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）２０２０年ｈｔｔｐ：∥ｊｘｍｕ．ｘｍｕ．ｅｄｕ．ｃｎ（ａ）為不同泵浦光子能量對應(yīng)的硅－鉑界面自由載流子瞬態(tài)反射信號動力學(xué)；（ｂ）為硅－鉑界面二氧化硅絕緣層厚度對于界面電荷轉(zhuǎn)移的影響．圖１１硅－鉑界面電荷動力學(xué)［２８］Ｆｉｇ．１１Ｃｈａｒｇｅｄｙｎａｍｉｃｓａｔｓｉｌｉｃｏｎ－ｐｌａｔｉｎｕｍｉｎｔｅｒｆａｃｅ［２８］容易形成較強(qiáng)的內(nèi)建電場．當(dāng)內(nèi)建電場達(dá)到一定強(qiáng)度時，會改變耗盡區(qū)部分半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)．如果將界面附近內(nèi)建電場近似為恒定電場，則區(qū)域內(nèi)載流子的波函數(shù)滿足薛定諤方程［３０］：－ｈ２２μ#２－ｅ（）Ｆｚ?（ｒ）＝??（ｒ），（３１）其中，μ為電子有效質(zhì)量，Ｆ為ｚ方向內(nèi)建電場強(qiáng)度，ｒ為電子空穴相對距離，ｚ為ｒ在平行于電場方向的分量，ｅ為基本電荷，?為能量，?為波函數(shù)．因此等式左側(cè)哈密頓算符第一項為電子動能，第二項為電子勢能．因為ｘｙ方向不受電場影響，分離變量后，?（ｘ，ｙ）為平面自由電子波函數(shù)，?（ｚ）滿足下面薛定諤方程［３０］：－ｈ２２μｄ２ｄｚ２－ｅ（）Ｆｚ?（ｚ）＝?ｚ?（ｚ）．（３２）該薛定諤方程與三角勢場中的薛定諤方程相同，其解為艾里（Ａｉｒｙ）函數(shù)：?（ｚ）＝ｉｃＡ２μｈ２ｅ２Ｅ（）２１３（ｅＦｚ－?ｚ［］）．（３３）根據(jù)布洛赫定理，固體中的電子波函數(shù)可以寫成由包絡(luò)函數(shù)和周期函數(shù)的乘積?


本文編號：3237109