Экспериментальное доказательство экситонно-плазменного фазового перехода Мотта
Представлены результаты экспериментального исследования предсказанного ранее теоретически экситонно-плазменного фазового перехода Мотта. Получено убедительное доказательство его реального существования....
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2010
|
| Назва видання: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/51949 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Экспериментальное доказательство экситонно-плазменного фазового перехода Мотта / А.С. Гаркавенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2010. — № 3. — С. 21-24. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-51949 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-519492013-12-21T03:15:27Z Экспериментальное доказательство экситонно-плазменного фазового перехода Мотта Гаркавенко, А.С. Электронные средства: исследования, разработки Представлены результаты экспериментального исследования предсказанного ранее теоретически экситонно-плазменного фазового перехода Мотта. Получено убедительное доказательство его реального существования. На особливо чистих оптично однорідних монокристалах CdS виміряно залежність часу життя спонтанного випромінювання τ від рівня збудження (концентрації нерівноважних носіїв заряду ΔN). Результати цього експерименту підтверджують раніше передбачений теоретично екситонно-плазмовий фазовий перехід Мотта. На це вказують також отримані в даній роботі результати спектральних досліджень фотолюмінесценції збуджених кристалів. The dependence has been measured for the spontaneous radiation τ average life from the excitation level (nonequilibrium charge ΔN carrirers concentration) on particularly clear optically homogeneous monocrystals. Results of the experiment confirm earlier theoretically predicted so called Mott exciton-plasma phase transition. It¢s also indicated by results for spectral research of excited crystals photolumi-nescence obtained in this work. 2010 Article Экспериментальное доказательство экситонно-плазменного фазового перехода Мотта / А.С. Гаркавенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2010. — № 3. — С. 21-24. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2225-5818 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/51949 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Электронные средства: исследования, разработки Электронные средства: исследования, разработки |
| spellingShingle |
Электронные средства: исследования, разработки Электронные средства: исследования, разработки Гаркавенко, А.С. Экспериментальное доказательство экситонно-плазменного фазового перехода Мотта Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Представлены результаты экспериментального исследования предсказанного ранее теоретически экситонно-плазменного фазового перехода Мотта. Получено убедительное доказательство его реального существования. |
| format |
Article |
| author |
Гаркавенко, А.С. |
| author_facet |
Гаркавенко, А.С. |
| author_sort |
Гаркавенко, А.С. |
| title |
Экспериментальное доказательство экситонно-плазменного фазового перехода Мотта |
| title_short |
Экспериментальное доказательство экситонно-плазменного фазового перехода Мотта |
| title_full |
Экспериментальное доказательство экситонно-плазменного фазового перехода Мотта |
| title_fullStr |
Экспериментальное доказательство экситонно-плазменного фазового перехода Мотта |
| title_full_unstemmed |
Экспериментальное доказательство экситонно-плазменного фазового перехода Мотта |
| title_sort |
экспериментальное доказательство экситонно-плазменного фазового перехода мотта |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Электронные средства: исследования, разработки |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/51949 |
| citation_txt |
Экспериментальное доказательство экситонно-плазменного фазового перехода Мотта / А.С. Гаркавенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2010. — № 3. — С. 21-24. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT garkavenkoas éksperimentalʹnoedokazatelʹstvoéksitonnoplazmennogofazovogoperehodamotta |
| first_indexed |
2025-07-04T14:11:42Z |
| last_indexed |
2025-07-04T14:11:42Z |
| _version_ |
1836725884863643648 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2010, ¹ 3
21
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
17.02 2010 ã.
Îïïîíåíò ä. ò. í. Â. À. ÌÎÊÐÈÖÊÈÉ
(ÎÍÏÓ, ã. Îäåññà)
Ê. ô.-ì. í. À. Ñ. ÃÀÐÊÀÂÅÍÊÎ
Ãåðìàíèÿ, ã. Øòóòãàðò, Ìåæäóíàðîäíûé íàó÷íî-ïðîèçâîäñòâåííûé
öåíòð ýíåðãîñáåðåãàþùèõ òåõíîëîãèé
E-mail: garks@arcor.de
ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÎÅ ÄÎÊÀÇÀÒÅËÜÑÒÂÎ
ÝÊÑÈÒÎÍÍÎ-ÏËÀÇÌÅÍÍÎÃÎ ÔÀÇÎÂÎÃÎ ÏÅÐÅÕÎÄÀ ÌÎÒÒÀ
Ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåí-
òàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ ïðåäñêàçàííîãî
ðàíåå òåîðåòè÷åñêè ýêñèòîííî-ïëàç-
ìåííîãî ôàçîâîãî ïåðåõîäà Ìîòòà. Ïî-
ëó÷åíî óáåäèòåëüíîå äîêàçàòåëüñòâî
åãî ðåàëüíîãî ñóùåñòâîâàíèÿ.
Èçâåñòíî, ÷òî èíæåêòèðîâàíèå íåðàâíîâåñíûõ
íîñèòåëåé çàðÿäà èçìåíÿåò ôîðìó ëèíèé â ýêñèòîí-
íîì ñïåêòðå ïîëóïðîâîäíèêîâûõ êðèñòàëëîâ [1]. Ñî-
îòâåòñòâóþùåå èçìåíåíèå îïòè÷åñêèõ êîíñòàíò ïî-
ëóïðîâîäíèêà â ýêñèòîííîé îáëàñòè ñïåêòðà ïîä äåé-
ñòâèåì îïòè÷åñêîé èëè ýëåêòðîííîé íàêà÷êè ìîæåò
áûòü èñïîëüçîâàíî äëÿ âíåøíåé ìîäóëÿöèè ïðîõîäÿ-
ùåãî (îòðàæåííîãî) ÷åðåç êðèñòàëë ñâåòà [2, 3]. Àí-
ãëèéñêèé ôèçèê Íåâèëë Ìîòò òåîðåòè÷åñêè ïîêàçàë,
÷òî ïðè âûñîêèõ óðîâíÿõ âîçáóæäåíèÿ ñóùåñòâóåò
òàêàÿ êðèòè÷åñêàÿ êîíöåíòðàöèÿ íåðàâíîâåñíûõ íî-
ñèòåëåé çàðÿäà, ïðè êîòîðîé ýêñèòîííîå ñîñòîÿíèå
âîîáùå íå ìîæåò ñóùåñòâîâàòü, ò. ê. èíæåêòèðîâàí-
íûå â êðèñòàëë íîñèòåëè çà ñ÷åò ñòàòè÷åñêîãî è äè-
íàìè÷åñêîãî ïëàçìåííîãî ýêðàíèðîâàíèÿ èçìåíÿþò
êóëîíîâñêèé ïîòåíöèàë âçàèìîäåéñòâèÿ ñâÿçàííûõ â
ýêñèòîíû ýëåêòðîíîâ è äûðîê [4, 5]. Ïðè ýòîì ýíåð-
ãèÿ ñâÿçè ýêñèòîíîâ óìåíüøàåòñÿ, à ðàäèóñ ñâÿçàí-
íîãî ñîñòîÿíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ.  êîíå÷íîì ñ÷åòå ýê-
ñèòîíû ðàñïàäàþòñÿ íà ñâîáîäíûå ýëåêòðîíû è äûð-
êè. Ýòî ÿâëåíèå ïåðåõîäà îò ýêñèòîííîãî ãàçà ê ïëàç-
ìå ýëåêòðîíîâ è äûðîê ïîëó÷èëî â ëèòåðàòóðå íàçâà-
íèå ýêñèòîííî-ïëàçìåííîãî ôàçîâîãî ïåðåõîäà Ìîò-
òà. Ñîãëàñíî [4, 6] êðèòåðèåì Ìîòòà ñëóæèò íåðà-
âåíñòâî
r/aex≤2,5,
 íåêîòîðûõ ðàáîòàõ ââîäèòñÿ äèàïàçîí çíà÷åíèé
ýòîãî êðèòåðèÿ 2,5�3,7, ÷òî äàåò äèàïàçîí Nêð îò
3·1017 äî 2·1018 ñì�3 [6, 7]. Îäíàêî ïðÿìîãî ýêñïåðè-
ìåíòàëüíîãî äîêàçàòåëüñòâà ýòîãî ýôôåêòà íå áûëî.
Ýôôåêò óøèðåíèÿ ýêñèòîííûõ ëèíèé â ñïåêòðå ëþ-
ìèíåñöåíöèè êðèñòàëëîâ CdS ïðè îïòè÷åñêîé íàêà÷-
êå èññëåäîâàëñÿ â [1, 2]. Ôàêò èñ÷åçíîâåíèÿ ýêñè-
òîííûõ óðîâíåé íàáëþäàëñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî â êðè-
ñòàëëàõ CdS äëÿ óðîâíåé ñ ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëå-
íèÿ n>1 [1] è ñ n=1 [2], íî îí íå ìîæåò áûòü ñâÿçàí ñ
ïåðåõîäîì Ìîòòà, ïîñêîëüêó ïðè ýòîì ñêà÷êîîáðàç-
íîãî èñ÷åçíîâåíèÿ ýêñèòîííûõ óðîâíåé íå íàáëþäà-
ëîñü. Â äàííîé ðàáîòå ïðèâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå
ðåçóëüòàòû, ïîäòâåðæäàþùèå ñóùåñòâîâàíèå ôàçî-
âîãî ïåðåõîäà Ìîòòà.
Äîñòèãíóòûé â íàñòîÿùåå âðåìÿ óðîâåíü òåõíî-
ëîãèè ïîçâîëÿåò âûðàùèâàòü ÷èñòûå îïòè÷åñêè îä-
íîðîäíûå ìîíîêðèñòàëëû CdS ñ ýêñèòîííûìè ìåõà-
íèçìàìè èçëó÷àòåëüíûõ ïåðåõîäîâ. Ïðè îïòè÷åñêîì
è ýëåêòðîííîì âîçáóæäåíèè ïðè òåìïåðàòóðå 77 Ê â
ñïåêòðå òàêèõ êðèñòàëëîâ ïðåîáëàäàþò ëèíèè èçëó-
÷åíèÿ ñâîáîäíûõ ýêñèòîíîâ. Òàêèå îáðàçöû èíòåí-
ñèâíî èçëó÷àþò, ïîñêîëüêó âíóòðåííèé êâàíòîâûé âû-
õîä ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ áëèçîê ê 1, à âðåìÿ æèç-
íè, ïðîïîðöèîíàëüíîå åìó, ìàëî (τ≈10�9�10�10 ñ).
Ýòî îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ ïðîçðà÷íîñòü êðèñòàëëà
è ñêîðîñòü ìîäóëÿöèè èçëó÷åíèÿ. Äëÿ ïðîâåäåíèÿ èñ-
ñëåäîâàíèé èñïîëüçîâàëèñü ðàäèàöèîííî-ìîäèôèöè-
ðîâàííûå êðèñòàëëû CdS [8]. Ñ ïîìîùüþ ìåòîäèêè,
îïèñàííîé â [3, 9], îòáèðàëèñü íàèáîëåå ÷èñòûå è
îïòè÷åñêè îäíîðîäíûå îáðàçöû, â êîòîðûõ ìàëî ðàñ-
ñåÿíèå ñïîíòàííîãî è êîãåðåíòíîãî èçëó÷åíèÿ íà îï-
òè÷åñêèõ íåîäíîðîäíîñòÿõ (ôëóêòóàöèè ïîêàçàòåëÿ
ïðåëîìëåíèÿ ∆n0≈10�5�10�6, ãäå n0 � ïîêàçàòåëü
ïðåëîìëåíèÿ íåâîçáóæäåííîãî êðèñòàëëà).
Äëÿ îòáîðà êðèñòàëëîâ CdS ñ èíòåíñèâíîé ëþìè-
íåñöåíöèåé À-ýêñèòîíà èñïîëüçîâàëñÿ ñòàíäàðòíûé
ìåòîä ñèíõðîííîãî äåòåêòèðîâàíèÿ. Èññëåäîâàëèñü
ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèå ïëåíêè íåëåãèðîâàííîãî CdS,
âûðàùåííûå èç ãàçîâîé ôàçû ìåòîäîì ñóáëèìàöèè,
ñ êîíöåíòðàöèåé íåéòðàëüíûõ äîíîðîâ è àêöåïòîðîâ
N≤1013�1014 ñì�3, ïðåäñòàâëÿþùèå ñîáîé ïëàñòèí-
÷àòûå îáðàçöû ñ åñòåñòâåííûìè çåðêàëüíûìè ãðàíÿ-
ìè ðàçìåðàìè 1×1 ñì è òîëùèíîé 3�4 ìêì. Òîëùè-
íà ïëåíîê CdS ïðåäâàðèòåëüíî èçìåðÿëàñü ñ ïîìî-
ùüþ èíòåðôåðåíöèîííîãî ìèêðîñêîïà ÌÈÈ-16. Ñïåê-
òðû ôîòîëþìèíåñöåíöèè (ÔË) èññëåäóåìûõ êðèñ-
òàëëîâ ïðè Ò=80 Ê ñîñòîÿëè èç ëèíèè ñâîáîäíîãî
À-ýêñèòîíà ñ ìàêñèìóìîì èíòåíñèâíîñòè
�ωmax=2,544 ýÂ (ïðè λ=487,3 íì) è äâóõ õîðîøî âû-
ðàæåííûõ ôîíîííûõ ïîâòîðåíèé � ïåðâîãî À-LO
�ωmax=2,481 ýÂ (ïðè λ=495,0 íì) è âòîðîãî À-2LO
�ωmax=2,472 ýÂ (ïðè λ=501,5 íì), ñ õàðàêòåðíîé ôîð-
ìîé ïîëîñû èçëó÷åíèÿ (ðèñ. 1). Ïàðàìåòðû îáðàç-
öîâ, à òàêæå èçìåðåííîå íà ýòèõ îáðàçöàõ CdS âðåìÿ
æèçíè À-ýêñèòîíà ïðèâåäåíî â òàáëèöå. Ñîîòâåòñòâó-
þùèé ìåòîä èçìåðåíèÿ îïèñàí â [3, 9].
ãäå r �
aex �
Nêð �
ðàññòîÿíèå ìåæäó ÷àñòèöàìè, r=(3/4πNêð)
1/3;
ðàäèóñ ýêñèòîíà;
êðèòè÷åñêàÿ êîíöåíòðàöèÿ íîñèòåëåé.  êðèñòàëëàõ CdS
çíà÷åíèå Nêð≈3·1017 ñì�3 [7].
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2010, ¹ 3
22
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
Äëÿ ýêñïåðèìåíòàëüíîãî äîêàçàòåëüñòâà ýêñèòîí-
íî-ïëàçìåííîãî ôàçîâîãî ïåðåõîäà Ìîòòà áûëè èñ-
ñëåäîâàíû çàâèñèìîñòè âðåìåíè æèçíè τ è ñïåêòðîâ
ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ, âîçíèêàþùåãî ïðè âûñîêèõ
óðîâíÿõ âîçáóæäåíèÿ êðèñòàëëà CdS ýëåêòðîííûì
ïó÷êîì, îò êîíöåíòðàöèè íåðàâíîâåñíûõ íîñèòåëåé ∆N
[10]. Èçâåñòíî, ÷òî ∆N îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé [11]
d
,
3 dg
j E
N
eE x
τ ∆ = −
Îáû÷íî çíà÷åíèå ∆N ðàññ÷èòûâàþò, àïïðîêñèìè-
ðóÿ ðàñïðåäåëåíèå (�dE/dx) ôóíêöèåé âèäà
A(E0)exp[�(x�a)2/b2],
ãäå a è b � íåêîòîðûå ïîñòîÿííûå [11]. Àâòîð èñ-
ïîëüçîâàë ýêñïåðèìåíòàëüíûé ìåòîä êîëè÷åñòâåííî-
I I I I
487 501 λ, íì 487 501 λ, íì 487 495 λ, íì 487 501 λ, íì
¹1
¹2
¹3
¹4
Ðèñ. 1. Ñïåêòðû ýêñèòîííîé ÔË ÷èñòûõ îïòè÷åñêè îäíîðîäíûõ îáðàçöîâ ¹1�4 ìîíîêðèñòàëëîâ CdS ïðè 80 Ê
(ïàðàìåòðû îáðàçöîâ � â òàáëèöå)
Ñïåêòðû ÔË ¹ îáðàçöà
CdS
Êîíöåíòðàöèÿ
íîñèòåëåé N, ñì�3
Âðåìÿ æèçíè
À-ýêñèòîíà τex, c
Ôëóêòóàöèè ïîêàçàòåëÿ
ïðåëîìëåíèÿ êðèñòàëëà ∆n λ, íì I/Iîñí
1 1,5·1013 3·10�9 10�6
487
495
501
0,5
0,8
0,3
2 3,1·1014 5·10�9 10�5
487
495
501
1,0
0,7
0,3
3 3,3·1014 5,2·10�9 10�5
487
495
0,5
0,6
4 1,2·1013 2·10�9 10�6
487
501
1,0
0,1
5 2,5·1014 4,5·10�9 10�5
487
495
501
1,0
0,6
0,2
Ïàðàìåòðû è ñïåêòðû ÔË ðàäèàöèîííî-ìîäèôèöèðîâàííûõ îïòè÷åñêè îäíîðîäíûõ îáðàçöîâ CdS
ïðè Ò=80 Ê
ãäå e �
Eg �
j �
(�dE/dx) �
çàðÿä ýëåêòðîíà;
øèðèíà çàïðåùåííîé çîíû;
ïëîòíîñòü òîêà íàêà÷êè;
ðàñïðåäåëåíèå èîíèçàöèîííûõ ïîòåðü ýíåðãèè ïî
ãëóáèíå ïðîíèêíîâåíèÿ õ ýëåêòðîíîâ â êðèñòàëë.
495 íì
495 íì
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2010, ¹ 3
23
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
ãî îïðåäåëåíèÿ ∆N è τ, â îñíîâå êîòîðîãî ëåæàò ìå-
òîäû èìïóëüñíîé ëàçåðíîé ôàçîìåòðèè [3, 9, 12]. Íà
ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåíà ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ýêñïåðèìåí-
òàëüíîé óñòàíîâêè [10]. Èññëåäóåìûé îáðàçåö 6 íà-
õîäèòñÿ íà õëàäîïðîâîäå êðèîñòàòà ïðè òåìïåðàòóðå
80 Ê. Ýëåêòðîííî-îïòè÷åñêàÿ ñèñòåìà 8 ãåíåðèðóåò
áûñòðûå ýëåêòðîíû å� ñ ýíåðãèåé Å0=100�200 êýÂ,
îò êîòîðîé çàâèñèò ãëóáèíà ïðîíèêíîâåíèÿ õ, è ïëîò-
íîñòüþ òîêà j=20�300 A/ñì2 äëÿ âîçáóæäåíèÿ ïîëó-
ïðîâîäíèêîâîãî êðèñòàëëà. Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà
íàêà÷êè ñîñòàâëÿëà ïîðÿäêà 10�10 ñ, à ÷àñòîòà ïîâòî-
ðåíèÿ èìïóëüñîâ Ω≈60 ÌÃö. Îñòàëüíàÿ ÷àñòü óñòà-
íîâêè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îïòè÷åñêèé èìïóëüñíûé
öèôðîâîé ôàçîìåòð [12]. Â ðåçóëüòàòå âçàèìîäåéñòâèÿ
çîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ ÑÎ2-ëàçåðà 1 ñ ÷àñòîòîé ω,
îñëàáëÿåìîãî íàáîðîì êàëèáðîâàííûõ ñâåòîôèëüò-
ðîâ, ñ íåðàâíîâåñíûìè íîñèòåëÿìè çàðÿäà, ñîçäàí-
íûìè ïðè âîçáóæäåíèè ïîëóïðîâîäíèêîâîãî êðèñ-
òàëëà 6 ýëåêòðîííûì ïó÷êîì (å�), ïðîèñõîäèò ñäâèã
ôàçû èçëó÷åíèÿ ∆ϕ, ñâÿçàííûé ñ èçìåíåíèåì ïîêà-
çàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ êðèñòàëëà ∆n:
.
x
n
c
ω∆ϕ = ∆
 ñâîþ î÷åðåäü,
2
* 2
0
2
,
e N
n
n m
π ∆∆ =
ω
 ïðîöåññå ýêñïåðèìåíòà ∆n èçìåíÿëîñü îò 0,013
äî 1,1, à ∆N ñîîòâåòñòâåííî îò 1,2·1017 äî 1·1019 ñì�3.
Èçìåðåíèå τ â ýòîé æå óñòàíîâêå ñâîäèëîñü ê
îïðåäåëåíèþ âðåìåíè çàäåðæêè îòðàæåííîãî îò ïî-
âåðõíîñòè îáðàçöà ÈÊ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ïî îòíî-
1
2
4
5
3
7
6 8
16
9
11
10
12 13
15
14
å�
Ðèñ. 2. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà óñòàíîâêè:
1 � ëàçåð íà ÑÎ2 (ñ λ=10,6 ìêì); 2 � áëîê ïèòàíèÿ ëàçåðà; 3 �
ýëåêòðîííî-îïòè÷åñêèé ìîäóëÿòîð; 4 � çàäàþùèé ãåíåðàòîð;
5 � ãåíåðàòîð êîðîòêèõ èìïóëüñîâ; 6 � èññëåäóåìûé îáðàçåö;
7 � ìíîãîëó÷åâîé èíòåðôåðîìåòð; 8 � ýëåêòðîííî-îïòè÷åñêàÿ
ñèñòåìà; 9, 10, 11 � ôîòîïðèåìíûå óñòðîéñòâà; 12 � ìàñøòàá-
íî-âðåìåííîé ïðåîáðàçîâàòåëü; 13 � èìïóëüñíûé ôàçîìåòð;
14, 15 � êîìïüþòåðû; 16 � ãåíåðàòîð âûñîêîâîëüòíûõ èìïóëüñîâ øåíèþ ê âîçáóæäàþùåìó ýëåêòðîííîìó èìïóëüñó,
ò. å., ïî ñóòè, ê èçìåðåíèþ ôàçîâîãî ñäâèãà ∆ϕ, è
îïðåäåëÿëîñü ôîðìóëîé [3, 9]
τ=(1/Ω)tg∆ϕ.
Èçìåðåííûå çíà÷åíèÿ τ íàõîäèëèñü â äèàïàçîíå
(11,5�1,2)·10�9 ñ.
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 3, ãäå
ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü âðåìåíè æèçíè ýêñèòîíà τ îò
êîíöåíòðàöèè íåðàâíîâåñíûõ íîñèòåëåé ∆N (óðîâíÿ
íàêà÷êè â äèàïàçîíå 1017�1019 ñì�3) â êðèñòàëëàõ
CdS.  îáëàñòè íèçêîãî óðîâíÿ íàêà÷êè çíà÷åíèå τ
îñòàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííûì (τ=11�12 íñ)
âïëîòü äî çíà÷åíèÿ ∆N=7·1017 ñì�3, ÷òî õàðàêòåðèçó-
åò ïðîöåññ èçëó÷àòåëüíîé àííèãèëÿöèè ñâîáîäíûõ ýê-
ñèòîíîâ. Ïðè äîñòèæåíèè çíà÷åíèÿ êîíöåíòðàöèè íå-
ðàâíîâåñíûõ íîñèòåëåé ∆N=7·1017 ñì�3 ïðîèñõîäèò
ðåçêèé ñêà÷îê, ÷òî õàðàêòåðíî äëÿ ôàçîâîãî ïåðåõî-
äà, è τ óìåíüøàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè â 1,5 ðàçà, à çàòåì,
íà÷èíàÿ ñî çíà÷åíèÿ êîíöåíòðàöèè 8·1017 è äî
1·1019 ñì�3 ìîíîòîííî ïàäàåò ñ ðîñòîì ∆N.
Ïàðàëëåëüíî ïðîâîäèëèñü èçìåðåíèÿ ñïåêòðîâ
ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ â çàâèñèìîñòè îò óðîâíÿ âîç-
áóæäåíèÿ (∆N). Âèäèìîå èçëó÷åíèå âîçáóæäåííîãî
îáðàçöà ñ ïîìîùüþ òåëåñêîïè÷åñêîé ñèñòåìû (íå
ïîêàçàííîé íà ðèñ. 2) íàïðàâëÿëîñü íà âõîä ñïåêò-
ðàëüíî-âû÷èñëèòåëüíîãî êîìïëåêñà ÊÑÂÓ-4. Íà
ðèñ. 4 ïðåäñòàâëåíû èçìåðåííûå ñïåêòðû. Çäåñü âèä-
íî, ÷òî ïðè óðîâíå âîçáóæäåíèÿ ∆N äî 7·1017 ñì�3
ñïåêòð ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îáû÷íîå èçëó÷åíèå À-ýê-
ñèòîíà ãîëóáîãî öâåòà ñ äâóìÿ ôîíîííûìè ïîâòîðå-
íèÿìè, à ïðè ∆N=8·1017 ñì�3 è áîëåå ñïåêòð ñäâèãà-
åòñÿ â çåëåíóþ îáëàñòü è èìååò âèä ñïîíòàííîãî èç-
ëó÷åíèÿ, õàðàêòåðíîãî äëÿ ïåðåõîäîâ «çîíà�çîíà»,
÷òî ïîëíîñòüþ êîððåëèðóåò ñ ðåçóëüòàòàìè èçìåðå-
íèé âðåìåíè æèçíè (ðèñ. 3). Èç ðèñ. 3 è 4 âèäíî, ÷òî
èçëó÷åíèå êðèñòàëëîâ CdS ïðè âûñîêèõ óðîâíÿõ âîç-
áóæäåíèÿ ïðè ∆N>Nêð (íà÷èíàÿ ñ ∆N=8·1017 ñì�3) âîç-
τ, íñ
12
10
8
6
4
2
0
1018 1019
∆N, ñì�3
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü âðåìåíè æèçíè ýêñèòîíà τ îò êîí-
öåíòðàöèè íåðàâíîâåñíûõ íîñèòåëåé ∆N â îñîáî ÷èñòûõ
îïòè÷åñêè îäíîðîäíûõ ìîíîêðèñòàëëàõ CdS
ãäå n0 �
m* �
ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ íåâîçáóæäåííîãî êðèñòàëëà;
ýôôåêòèâíàÿ ìàññà ýëåêòðîíà â êðèñòàëëå.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2010, ¹ 3
24
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
íèêàåò â ðåçóëüòàòå ðåêîìáèíàöèè ýëåêòðîííî-äûðî÷-
íîé ïëàçìû âûñîêîé ïëîòíîñòè, îáðàçîâàâøåéñÿ ïî-
ñëå ðàñïàäà ýêñèòîíîâ, è ñîîòâåòñòâóåò ïåðåõîäàì
«çîíà�çîíà». Òàêèì îáðàçîì, ýòè ýêñïåðèìåíòàëü-
íûå äàííûå ñâèäåòåëüñòâóþò î íàëè÷èè ýêñèòîííî-
ïëàçìåííîãî ôàçîâîãî ïåðåõîäà Ìîòòà.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî äî íàøåãî èññëåäîâàíèÿ íè
â îäíîé èç èçâåñòíûõ àâòîðó ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðà-
áîò ôàçîâûé ïåðåõîä Ìîòòà êàê ðåçêèé ñêà÷îê, õà-
ðàêòåðèçóþùèé ïåðåõîä îò ýêñèòîííîãî ãàçà ê ýëåêò-
ðîííî-äûðî÷íîé ïëàçìå, çàôèêñèðîâàí íå áûë.
***
Òàêèì îáðàçîì, ïðåäëîæåííàÿ ìåòîäèêà èçìåðå-
íèÿ ñäâèãà ôàçû ∆ϕ(t) èìïóëüñíîãî èçëó÷åíèÿ, âîç-
áóæäàþùåãî ïîëóïðîâîäíèêîâûé êðèñòàëë, ïîçâî-
ëÿåò îïðåäåëÿòü èçìåíåíèå ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ
∆n, à ñëåäîâàòåëüíî, è àáñîëþòíîå çíà÷åíèå íåðàâ-
I
487 514 λ, íì 487 514 λ, íì
I
à) á)
1
2
1
2
495 íì
501 íì
501 íì
Ðèñ. 4. Ñïåêòðû ýêñèòîííîé êàòîäîëþìèíåñöåíöèè (1) è
ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó÷åíèÿ ýëåêòðîííî-äûðî÷íîé
ïëàçìû (2) ÷èñòûõ îïòè÷åñêè îäíîðîäíûõ îáðàçöîâ ¹1
(à) è 4 (á) ìîíîêðèñòàëëîâ CdS ïðè âûñîêèõ óðîâíÿõ âîç-
áóæäåíèÿ:
1 � ýêñèòîííîå èçëó÷åíèå (ïðè ∆N=6·1017 ñì�3; 2 � èçëó÷åíèå
çà ñ÷åò ïåðåõîäîâ «çîíà�çîíà» ïðè ∆N=8·1017 ñì�3
íîâåñíîé êîíöåíòðàöèè íîñèòåëåé çàðÿäà ∆N è âðå-
ìåíè æèçíè ýêñèòîíà τ (ïðè èçâåñòíîì óðîâíå âîç-
áóæäåíèÿ E0, j). Âïåðâûå áûëî ïîëó÷åíî ïðÿìîå ýê-
ñïåðèìåíòàëüíîå äîêàçàòåëüñòâî òåîðåòè÷åñêè ïðåä-
ñêàçàííîãî ôàçîâîãî ïåðåõîäà Ìîòòà.
Çíà÷åíèå êðèòè÷åñêîé êîíöåíòðàöèè íåðàâíîâåñ-
íûõ íîñèòåëåé çàðÿäà ñîñòàâèëî Nêð=7·1017 ñì�3, è
ýòî õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ òåîðåòè÷åñêèìè îöåíêà-
ìè [4].
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Ëûñåíêî Â. Ã., Ðåâåíêî Â. È. Ñïåêòð ýêñèòîíà â ãàçå íåðàâ-
íîâåñíûõ íîñèòåëåé âûñîêîé ïëîòíîñòè â êðèñòàëëàõ CdS // Ôèçè-
êà òâåðäîãî òåëà.� 1978.� Ò. 20, ¹ 7.� Ñ. 2144�2147.
2. Âåëèêîâè÷ À. Ë., Ãàðêàâåíêî À. Ñ., Ãîëóáåâ Ã. Ï. è äð.
Ìîäóëÿöèÿ èçëó÷åíèÿ àðãîíîâîãî ëàçåðà çà ñ÷åò óøèðåíèÿ ýêñè-
òîííîãî óðîâíÿ â êðèñòàëëå CdS // Êâàíòîâàÿ ýëåêòðîíèêà.�
1985.� Ò. 12, ¹ 2.� Ñ. 419�422.
3. Ãàðêàâåíêî À. Ñ., Çóáàðåâ Â. Â., Ëåíêîâ Ñ. Â. è äð. Íîâûå
ëàçåðíûå ìåòîäû, ñðåäñòâà è òåõíîëîãèè.� Îäåññà: Àñòðîïðèíò,
2002.
4. Mott N. F. Metal-insulator transitions // Contemp. Phys.�
1973.� N 14.� P. 401�413.
5. Ãàðêàâåíêî À. Ñ. Ìåòîä ìîäóëÿöèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ / Â
êí.: Ôèçè÷åñêèå ìåòîäû è ñðåäñòâà êîíòðîëÿ ñðåä, ìàòåðèàëîâ è
èçäåëèé.� Êèåâ�Ëüâîâ, 1999.
6. Áðîäèí Ñ., Âîëîâèê Í. Â., Ðåçíè÷åíêî Â. ß., Ñòðàøíèêîâà
Ì. È. Îñîáåííîñòè ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó÷åíèÿ ñìåøàííûõ
êðèñòàëëîâ CdS1�xSex ïðè âûñîêèõ óðîâíÿõ âîçáóæäåíèÿ // Ôèçèêà
òâåðäîãî òåëà.� 1981.� Ò. 23, âûï. 5.� Ñ. 1318�1323.
7. Ñòåðëèãîâ Â. À., Êîëáàñîâ Ã. ß., Áîðöîâ Â. Á. è äð. Èññëå-
äîâàíèå îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ àêòèâíîé ïîâåðõíîñòè CdS ìåòîäîì
íåðàâíîâåñíîé ñïåêòðîñêîïèè îòðàæåíèÿ // Ôèçèêà è òåõíèêà
ïîëóïðîâîäíèêîâ.� 1979.� Ò. 13.� Ñ. 1206�1208.
8. Ëåíêîâ Ñ. Â., Ìîêðèöêèé Â. À., Ãàðêàâåíêî À. Ñ. è äð.
Ðàäèàöèîííîå óïðàâëåíèå ñâîéñòâàìè ìàòåðèàëîâ è èçäåëèé îïòî-
è ìèêðîýëåêòðîíèêè.� Îäåññà: Äðóê, 2003.
9. Âèäîëîá Â. Â., Ãàðêàâåíêî À. Ñ., Ëåíêîâ Ñ. Â., Ìîêðèöêèé
Â. À. Ëàçåðû â ìåòðîëîãèè ïîëóïðîâîäíèêîâ.� Îäåññà: Àòëàíò,
2006.
10. Ãàðêàâåíêî À. Ñ., Êàëåíäèí Â. Â. Ìåòîä èññëåäîâàíèÿ
íåðàâíîâåñíûõ ïðîöåññîâ â ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ëàçåðàõ ñ ýëåêò-
ðîííûì âîçáóæäåíèåì /  êí.: Ôèçè÷åñêèå ìåòîäû è ñðåäñòâà êîí-
òðîëÿ ìàòåðèàëîâ è èçäåëèé.� Êèåâ�Ëüâîâ.� 1997.� Ñ. 57�60.
11. Áîãäàíêåâè÷ Î. Â., Äàðçíåê Ñ. À., Åëèñååâ Ï. Ã. Ïîëóïðî-
âîäíèêîâûå ëàçåðû.� Ì.: Íàóêà, 1976.
12. Ãàðêàâåíêî À. Ñ., Êàëåíäèí Â. Â., Ïåäîðåíêî À. Â. Îïòè-
÷åñêèå öèôðîâûå èìïóëüñíûå ôàçîìåòðû / Òð. ÂÍÈÈÔÒÐÈ «Ôà-
çîâûå è ïîëÿðèçàöèîííûå èçìåðåíèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ è èõ
ìåòðîëîãè÷åñêîå îáåñïå÷åíèå».� Ì.� 1981.� Ñ. 41�44.
ÍÎÂÛÅ ÊÍÈÃÈ
Òèìîøåíêîâ Ñ. Ï., Êàëóãèí Â. Â., Àí÷óòèí Ñ. À., Ìîðîçîâà Å. Ñ. Ìèê-
ðîýëåêòðîìåõàíè÷åñêèå ñèñòåìû. � Ì.: ÌÈÝÒ, 2009.� 52 ñ.
Ðàñêðûòû îáùèå âîïðîñû ìèêðîñèñòåìíîé òåõíèêè. Ðàññìîòðåíû âèäû ìèêðî-
ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèõ ñèñòåì, ïðèíöèï èõ ðàáîòû, îñîáåííîñòè îñíîâíûõ òåõíî-
ëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ èçãîòîâëåíèÿ, ìàòåðèàëû, à òàêæå îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ.
Äëÿ ñòóäåíòîâ ñòàðøèõ êóðñîâ òåõíè÷åñêèõ âûçîâ è ñïåöèàëèñòîâ, èíòåðåñóþ-
ùèõñÿ ïðîáëåìàìè ìèêðîýëåêòðîìåõàíè÷åñêèõ ñèñèòåì.
|