Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Узкощелевые полупроводники, т.е. полупроводники с малой в обычном полупроводниковом масштабе шириной запрещенной зоны, служат объектами интенсивного экспериментального и теоретического исследавания в течение многих лет. Такой повышенный интерес к подобным физическим системам обусловлен в основном двумя причинами.
Во-первых, узкощелевые полупроводники являкггся базовыми элементами многих приборов в современной оптоэлектронной технике. На их основе функционируют детекторы и источники инфракрасного излучения, полупроводниковые лазеры, теплопреобразователи и др.
Во-вторых, узкощелевые полупроводники являются весьма удобными объектами для исследования физических процессов, происходящих в состоянии, далеком от термодинамического равновесия. Это обусловлено в немалой степени тем, что относительная простота энергетического спектра делает возможной адекватную теоретическую интерпретацию их основных свойств в сильно неравновесных условиях. А малая ширина щели и большие подвижности носителей заряда дают возможность с помощью легко достижимых в лабораторных условиях внешних воздействий создать в полупроводнике неравновесную электронно-дырочную плазму высокой плотности. Интерес к подобным явлениям обусловлен тем, что в существенно неравновесных условиях удается получить недоступную при исследовании равновесной системы информацию об электрофизических свойствах материала, механизмах генерации и рекомбинации носителей тока, механизмах рассеяния и т.п. Кроме того, повышенный интерес к неравновесным процессам в полупроводниках связан с необходимостью получения данных о предельных значениях параметров приборов на их основе и с возможностью технического применения возникающих эффектов.
Таким образом, исследование узкощелевых полупроводников представляет значительный научный и практический интерес.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью настоящей работы является изучение
транспортных свойств узкощелевых полупроводников с примесной зоной, расположенной в энергетической щели, а также процессов рекомбинации и ударной ионизации в полупроводниках с кейновским спектром энергетических зон при условии сильного вырождения дырок в валентной зоне.
— _ НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В работе впервые развита схема расчета вольт-амперных характеристик узкощелевых полупроводников с примесной зоной делокализованных состояний, отделенной от разрешенных зон кристалла полосами запрещенных состояний. Расчет выполнен с учетом частых столкновений между носителями в собственных зонах кристалла и носителями в примесной зоне. Учет такого типа взаимодействия между носителями может приводить к существенным особенностям вольт-амперных характеристик, в частности, к возможности появления нового механизма отрицательной дифференциальной проводимости, обусловленного взаимосвязанным изменением как концентрации, так и подвижности носителей.
Также в настоящей диссертации впервые рассчитаны вероятности оже-рекоыбинации в узкощелевых полупроводниках с кейновским спектром собственных зон при условии сильного вырождения дырок. Расчет оже-рекомбинации выполнен как для случая, когда электрон рекомбинирует с тяжелой дыркой, а высвобождаемая энергия передается другой тяжелой дырке с переходом ее в зону легких дырок, так и для случая, когда высвобождаемая энергия при рекомбинации электрона и тяжелой дырки передается другому электрону в зоне проводимости. Для данной системы в работе рассматрена ударная ионизация как электронами в зоне проводимости, так и легкими дырками в валентной зоне. На основе полученных темпов межзонных переходов рассчитаны вольт-амперные характеристики фототока в сильных электрических полях в кейновских узкощелевых полупроводниках при условии, что в энергетическую релаксацию электронов в зоне проводимости вносит вклад рассеяние на тяжелых дырках, для чего рассчитано время энергетической релаксации электронов при рассеянии на вырожденных тяжелых дырках.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ полученных в работе результатов
определяется тем, что они способствуют дальнейшему развитию представлении о поведении полупроводниковых систем с узкими запрещенными зонами в условиях, далеких от термодинамического равновесия, а также широким применением узкощелевых полупроводников для создания различных электронных приборов и оптических устройств, работающих в инфрокрасной области спектра.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы докладывались на: 15-ом Пекаровском совещании по теории полупроводников, Донецк, 1ЭЭ2; семинаре по теории полупроводников на физическом факультете МГУ, 1993; NATO Advanced Study Institute on "Phase transition In systems with competing energy scale", Geilo, Norway, April 13-23, 1993; 30-ом Совещании по Физике Низких Температур, Дубна, 19Э4.
ІГУБЛИКАЩИ. По результатам диссертации опубликовано 4 научных работы.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДКССЕРТАВДИ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 11 L наименований. В диссертации 1 таблица, 23 рисунка, 143 страницы текста.