'

Фотоэлектрические эффекты в легированных полупроводниках на основе теллурида свинца при воздействии лазерного терагерцового излучения

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Фотоэлектрические эффекты в легированных полупроводниках на основе теллурида свинца при воздействии лазерного терагерцового излучения Д.Р.Хохлов1, А.В.Галеева1, Д.Е.Долженко1, Л.И.Рябова1, А.В.Никорич2, С.Д.Ганичев3, С.Н.Данилов3, В.В.Бельков3,4 1 Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, Москва, Россия 2 Институт прикладной физики АН Молдовы, Кишинев, Молдова 3 Физический факультет, университет Регенсбурга, Германия 4 Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия Памяти Б.А. Волкова


Слайд 1

План доклада 1. Нелегированные сплавы на основе теллурида свинца 2. Легирование теллурида свинца индием А) Стабилизация уровня Ферми Б) Задержанная фотопроводимость В) Примесные метастабильные состояния 3. Фотопроводимость в сплавах Pb1-xSnxTe(In) под действием терагерцовых лазерных импульсов 4. Монополярный фотоэлектромагнитный эффект в Pb1-xSnxTe(In) 5. Выводы


Слайд 2

1. Нелегированные сплавы на основе теллурида свинца PbTe: узкощелевой полупроводник: 1. Кубическая гранецентрированная решетка типа Na+Cl- 2. Прямая щель Eg = 190 meV при T = 0 K в L-точке зоны Бриллюэна 3. Высокая диэлектрическая проницаемость ? ? 103. 4. Малые эффективные массы m ? 10-2 me.


Слайд 3

Твердые растворы Pb1-xSnxTe Происхождение свободных носителей: Отклонение от стехиометрии ? 10-3. Как правило: n,p ? 1018-1019 см-3


Слайд 4

2. Эффекты, появляющиеся при легировании Стабилизация уровня Ферми. PbTe(In), NIn > Ni


Слайд 5

Стабилизация уровня Ферми в сплавах Pb1-xSnxTe(In) . EIn


Слайд 6

Задержанная фотопроводимость Температурная зависимость сопротивления, измеренная в темноте (1-4) и при инфракрасной подсветке (1'-4') в сплавах с x = 0.22 (1, 1'), 0.25 (2, 2'), 0.27 (3, 3') и 0.29 (4, 4')


Слайд 7

Кинетика фотопроводимости Большое время жизни фотовозбужденных электронов связано с существованием барьера между локальными и зонными состояниями – DX-подобные примесные центры


Слайд 8

Примесные метастабильные состояния Примесные метастабильные состояния ответственны за появление ряда сильных эффектов: Задержанная фотопроводимость в терагерцовом спектральном диапазоне СВЧ-стимуляция квантовой эффективности до 102 Усиленный диамагнитный отклик, составляющий до 1% от идеального Рост эффективной диэлектрической проницаемости до 105 при ИК-подсветке Гигантское отрицательное магнитосопротивление с амплитудой до 106


Слайд 9

Фотоотклик на длинах волн 176 мкм и 241 мкм Сильный фотоотклик на длинах волн 176 и 241 мкм ? = 241 мкм выше, чем ?red = 220 мкм наблюдавшаяся в Ge(Ga) выключение света включение света


Слайд 10

Важное замечание E?=(241, 176)?m < Ea За фотопроводимость отвечает возбуждение с примесных метастабильных состояний.


Слайд 11

3. Фотопроводимость PbSnTe(In) под действием терагерцового лазерного излучения Длина волны лазера: 90, 148, 280, 496 ?m Длительность импульса: 100 ns Мощность в импульсе: до 30 kW Температура образца: 4.2 – 300 K


Слайд 12

Образцы Температурная зависимость удельного сопротивления и концентрации электронов Температурная зависимость подвижности электронов


Слайд 13

Кинетика фотопроводимости Временной профиль лазерного импульса и кинетика фотопроводимости при различных температурах


Слайд 14

Механизмы фотопроводимости Отрицательная фотопроводимость: разогрев электронного газа, изменение подвижности электронов Положительная фотопроводимость: генерация неравновесных электронов с метастабильных электронных состояний, изменение концентрации свободных электронов


Слайд 15

Зависимость амплитуды фотоотклика от длины волны Nкв=8.7 10-24 c-1 Заметный фотоотклик наблюдается вплоть до длины волны 496 мкм, что более чем в два раза выше, чем предыдущий рекорд для фотонных приемников – 220 мкм для одноосно деформированного Ge(Ga) Линейная экстраполяция квантовой эффективности к нулевому значению фотоотклика дает красную границу фотоэффекта Екр=0!


Слайд 16

4. Фотоэлектромагнитный эффект в PbSnTe(In) Схема эксперимента


Слайд 17

Эксперимент Изменение сигнала при прохождении лазерного импульса для двух полярностей магнитного поля (H- и H+ = 0.195 Tл) при температурах 4.2 и 25 К.


Слайд 18

Особенности 1. При 4.2 К имеется задержка сигнала относительно импульса – около 30 нс 2. При 25 К знак эффекта меняется на противоположный 3. Задержка сигнала относительно импульса при 25 К – около 100-150 нс 4. Эффект не зависит от поляризации излучения 5. Эффект исчезает при направлении магнитного поля вдоль контактов


Слайд 19

Зависимость от магнитного поля Зависимости максимальной амплитуды сигнала от магнитного поля при температурах 4.2 и 25 К.


Слайд 20

Зависимость от мощности импульса Зависимость максимальной амплитуды сигнала от приведенной мощности лазерного импульса. H = 0.195 Tл.


Слайд 21

Возможная интерпретация


Слайд 22

Отличия от классического ФЭМ эффекта 1. Энергия кванта много меньше Eg, эффект монополярный 2. Кинетика эффекта не повторяет кинетику фотопроводимости 3. Природа эффекта при 4.2 К и 25 К, видимо, несколько различается


Слайд 23

Механизм эффекта При 4.2 К – градиент концентрации неравновесных электронов, диффузия неравновесных электронов от поверхности При 25 К – градиент подвижности электронов при неизменной концентрации, диффузия более быстрых электронов из объема к поверхности


Слайд 24

Оценка диэлектрической проницаемости Если время задержки сигнала при 4.2 К соответствует максвелловскому времени релаксации, то ? = ??0? откуда e ~ 107


Слайд 25

Зависимость от длины волны Опять Екр=0?


Слайд 26

Выводы Обнаружен ряд новых фотоэлектрических эффектов в Pb1-xSnxTe(In)) под действием терагерцового лазерного излучения: Положительная задержанная фотопроводимость при Т < 10 К, связанная с фотовозбуждением с метастабильных примесных состояний, Отрицательная незадержанная фотопроводимость при Т ~ 25 К, связанная с разогревом электронного газа Красная граница фотоэффекта, по крайней мере, выше 496 мкм. Экстраполяция к нулевому сигналу дает Екр=0! Обнаружен монополярный фотоэлектромагнитный эффект Оценка диэлектрической проницаемости дает значение 107 в условиях фотовозбуждения Для фотоэлектромагнитного эффекта экстраполяция к нулевому сигналу также дает Екр=0!


×

HTML:





Ссылка: