Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Взаимодействие электронно-дырочной жидкости с неравновесными фононами и СВЧ полем. Обзор работ.. 13
1. Взаимодействие СШ излучения с электронно-дырочными каплями 13
2. Электронно-дырочные капли и фононный ветер 19
3. Динамика образования Jf-ЭДК в условиях неоднородной деформации 23
Выводы 25
ГЛАВА 2. Экспериментальные методы исследования кинетики формирования и распада у- ЭДК и явлений и сильных СШ полит- 26
1. СВЧ проводимость СН и "^-ЭДК. Резонаторная схема регистрации 26
2. Рекомбинационное излучение ЭДК и влияние на него одноосной деформации 30
3. Методика измерения СШ проводимости и люминесценции неоднородно сжатого германия при температурах 1,3 * 4,2 К 33
4. Характеристики и подготовка образцов 35
ГЛАВА 3. Формирование -капель в неоднородно деформирован ном германии 37
1. Ограничение числа носителей в -ЭДК 38
2. Время образования -ЭДК. Распределение ЭДЖ в
образце неоднородно сжатого германия 45 3. Образование больших ЭДК и фононный ветер
4. Устойчивость ЭДК в деформационной потенциальной ямы 63
Выводы 65
ГЛАВА 4. СШ пробой экситонного газа в присутствии больших электронно-дырочных капель 67
1. Характеристики СШ пробоя экситонного газа вокруг -ЗДК 68
2. Теория СШ пробоя экситонного газа в неоднороднодеформированном германии 73
3. Частоты и сечения столкновений в газовой фазе 81
4. СШ пробой экситонного газа вокруг ^-ЭДК в присутствии постоянного магнитного поля
Выводы 92
ГЛАВА 5. Кинетика распада системы у-дЩ - свободные носители - свободные экситоны в сильных СВЧ полях .94
1. Анализ кинетических уравнений для системы "f-ЭДК - СЭ - СН в отсутствие СШ поля 95
2. Изменение фазового равновесия вокруг у-ЭДК в греющем СШ поле 103
3. Разогрев "fl-ЭДТС горячими свободными носителями 106
4. Возникновение неустойчивости в системе ЭДК - СЭ - СН в греющем СВЧ поле НО
Выводы 117
ЗАІШНШИЕ 119
ЛИТЕРАТУРА 122
- Взаимодействие СШ излучения с электронно-дырочными каплями
- СВЧ проводимость СН и "^-ЭДК. Резонаторная схема регистрации
- Ограничение числа носителей в -ЭДК
- Характеристики СШ пробоя экситонного газа вокруг -ЗДК
- Анализ кинетических уравнений для системы "f-ЭДК - СЭ - СН в отсутствие СШ поля
Взаимодействие СШ излучения с электронно-дырочными каплями
Среди многочисленных экспериментальных методик исследования дМ в полупроводниках СВЧ методы - магнитоплазменный, альф-веновский и циклотронный резонансы, нерезонансная СВЧ проводимость - получили широкое распространение. Все СВЧ методы хорошо подходят для импульсного режима работы, обладают высокой чувствительностью и легко сочетаются с другими методиками, и потомуони нашли широкое использование при исследовании ЭДК.
Рассмотрим последовательно различные модификации СВЧ измерений, начиная с исследований СВЧ проводимости без магнитного поля, перейдем затем к альфвеновскому и циклотронному резонансу и закончим этот обзор явлениями в сильных СВЧ полях.
СВЧ проводимость СН и "^-ЭДК. Резонаторная схема регистрации
Кинетика образования и распада у-ЭДК исследовалась нами по СВЧ проводимости и рекоыбинационному излучению системы 0"-ЭДК -- СЭ - СН. Использовалась резонаторная схема регистрации СВЧ проводимости, что обеспечивало более высокую чувствительность и давало возможность при заданной мощности СВЧ генератора получить большую напряженность поля в образце. Измерение интенсивности и спектрального распределения рекомбинационного излучения дало возможность получить информацию о динамике конденсации if-дЩі из облака мелких капель в условиях неоднородной деформации.
В этой главе мы кратко проанализируем метод измерения СВЧ проводимости и рекомбинационного излучения в применении к системе Y-ЭДК - СЭ - СН. Будет описана экспериментальная установка для регистрации СВЧ фотопроводимости и люминесценции германия при температурах 1,3 -г 4,2 К, характеристики исследованных образцов.
Ограничение числа носителей в -ЭДК
Прямую информацию о числе носителей в у-ЭДК дает регистрация интенсивности рекомбинационного излучения. Спектральный состав рекомбинационного излучения при малых задержках после лазерного импульса litvCSO мкс) сложный и соответствует ЭДК, находящимся в разных частях образца с различным давлением. При "С . 50 мкс регистрируется только люминесценция Y-ЭДК. Исполь-зование моыехроматора МДР-2 позволило в эксперименте измерить отдельно интенсивности рекомбинационного излучения о( -ЭДК (линия с энергией 709 мэВ) и у-ЭДК (линия 704 мэВ). Энергетическое положение линии -ЭДК соответствует давлению 10 кГ/шг, приложенному вдоль оси П1 . Интенсивность ЛИНИЙ о(- и -ЭДК при разных уровнях возбуждения показана на рис.#.1 и 3.2 . Данные рис.3.1 получены при малых задержках после возбуждающего импульса, а рис.3.2 - при больших задержках. Величина возбуждения 1од изменялась в пределах (0,1 -f 1,0)Х0 , где 1 = 2.10 э-д пар/имп. Отчетливо виден эффект насыщения линии 704 мэВ как при малых, так и при больших задержках. При t, = 10 мкс интенсивность рекомбинационного излучения оС -ЭДК растет линейно с накачкой, а V -ЭДК - перестает возрастать при 1дв. 0,3Т0 -рис.3.1 . Регистрировавшаяся в этом же эксперименте интенсивность люминесценции -ЭДК при t, = 50 мкс, 100 мкс и 200 мкс также испытывала насыщение при X/Jr-0 3T - рис.3.2 .
Характеристики СШ пробоя экситонного газа вокруг -ЗДК
С целью детального изучения явления СВЧ пробоя нами исследовалась зависимость порога пробоя в непрерывном и импульсном СВЧ полях от задержки относительно лазерного импульса и от температуры образца. Образец подвергался неоднородному сжатию вдоль оси КИО4); р я Ю кГ/мыг. Такая геометрия сжатия позволяла получать при одной и той же толщине образца две потенциальные ямы с более крутыми стенками, что имело большое значение для наших экспериментов. Измерения проводились при температурах 4,2 К и I,3 2,5 К.
При 4,2 К в непрерывном СВЧ поле пробой проявлялся в возникновении пороговым образом в полях 5 В/см ступенчатой структуры в сигнале СВЧ проводимости jjSO], что свидетельствует об увеличении числа свободных носителей вокруг Y-ЭДК. Нами исследовалась зависимость формы сигнала от величины пробойного поля. Оказалось, что при уменьшении радиуса Y-ЭДК порог пробоя возрастает - Рис. 4.1 . В пределе при малых радиусах Y-ЭДК порог возрастает примерно в девять раз.
В температурном диапазоне ниже 2,5 К исследование СВЧ пробоя облегчалось тем обстоятельством, что равновесная концентрация СН очень мала и сигнал СВЧ проводимости практически полноетью определяется расстройкой резонатора, вносимой ЭДК. Напомним, что сигналы расстройки от большой капли и от СН - противоположного знака. Поэтому ионизация СЭ и соответствующее возрастание концентрации СН приводит к скачкообразному изменению не только амплитуды, но и знака СВЧ сигнала и позволяет с высокой точностью - не хуже 0,05 дб -{определять величину пороговой МОЩНОСТИ Pj .
Для получения зависимости порога пробоя от задержки после возбуждающего импульса нами использовалось импульсное СШ поле. СШ импульсы формировались при помощи СВЧ модулятора с длительностью 10 100 мкс и изменяемой задержкой относительно лазерного импульса. Такая методика см. гл.2, 1) имела то преимущество, что до приложения мощного СВЧ поля зондирующее СВЧ поле не влияет на скорость распада "tf-ЭДК и, таким образом, для любого значения tj можно с хорошей степенью точности вычислить значение радиуса "ЭДК. Измерялась также интенсивность люминесценции у-ЭДК, что позволило по спаду сигнала люминесценции определить время жизни носителей в -ЭДК : = 650 мкс.
Анализ кинетических уравнений для системы "f-ЭДК - СЭ - СН в отсутствие СШ поля
Скоростные уравнения, описывающие рекомбинацию системы -ЭДК -- СЭ - СН в германии, хорошо известны и анализировались во многих работах (см., например, [5,27,4). Наиболее подробно этот вопрос рассмотрен в работе [71], в которой были выделены следующие характера ные особенности кинетики системы ЭДК - СЭ - СН : система описывается усредненными по объему концентрациями СЭ и СН; ЭДК достаточно равномерно распределены в занимаемой ими области кристалла; источником СЭ служат процессы их испарения с поверхности и связывания СН, а исто1 никои СН - испарение с поверхности СН, термодиссоциация СЭ и выброс Оже-носигелей из ЭДК; концентрация ЭДК в критсалле не изменяется в процессе рекомбинации носителей в системе; имеется хорощий тепловой контакт ЭДК с кристаллической решеткой.
В неоднородно деформированном германии анализ кинетики рекомбинации Y-ЭДК представляет собой более сложную задачу, так как в отличие от оС-ЭДК облако СЭ и СН существенно неоднородно. Поэтому для описания процесса рекомбинации системы, число капель в которой равно I для р III или 2 для р НО нельзя использовать усредненные значения концентрации СЭ и СН. В работах ,[54,Ют) для описания распада Х ЭДК вместо усредненных значений концентраций были предложены кинетические уравнения относительно общего числа СЭ ( ), окружающих тґ-ЗДК В уравнениях учитывалось рекомбинация СЭ и носителей в "у ДК. Величина N определялась интегрированием концентрации П ь) по всему объему потенциальной ямы, причем предполагалось, что имеется.
Похожие диссертации на Формирование и устойчивость электронно-дырочной жидкости в неоднородно деформированном германии
