Особенности спектров плазменного отражения монокристаллов твердых растворов Bi2Te3-Sb2Te3 в инфракрасной области спектра

• Автор: Калашников, Алексей Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Чита
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Кристаллическая решетка и зонная структура теллурида
висмута и твердых растворов на его основе
1.1. Кристаллическая структура твердых растворов Ві2Тез-8Ь2Тез
1.2. Параметры зонной структуры системы
твердых растворов Ві2Тез-8Ь2Те3
1.3. Поведение кинетических коэффициентов и коэффициента Холла в зависимости от состава твердого раствора Ві2Те3-8Ь2Тез и температуры
Выводы к главе
Глава 2. Оптические свойства кристаллов твердых
растворов Ві2Тез-8Ь2Тез в инфракрасной области спектра
2.1. Взаимодействие электромагнитного излучения с кристаллической решеткой твердых растворов Ві2Те3-8Ь2Те3 в инфракрасной области спектра
2.2. Край собственного поглощения
в твердых растворах В і2Тез—Б Ь2Те3
2.3. Плазма свободных носителей заряда
твердых растворов Ві2Тез-8Ь2Те3
Выводы к главе
Глава 3. Методика и техника эксперимента
3.1. Методика исследования оптических функций полупроводникового кристалла по спектрам отражения
3.2. Техника оптического эксперимента
3.3. Кристаллы и образцы
3.4. Подготовка образцов для оптических измерений
Выводы к главе

Глава 4. Особенности спектров плазменного отражения кристаллов твердых растворов В12Тез-8Ь2Тез
в инфракрасной области спектра
4.1. Описание полученных результатов
4.2. Анизотропия плазменного отражения кристаллов твердых растворов В12Те3—8Ь2Те3
в диапазоне температур от 78 до 293 К
4.3. Определение параметров плазменных колебаний кристаллов твердых растворов В12Те3-8Ь2Тс3
при помощи соотношений Крамерса-Кронига
4.4. Результаты моделирования действительной и мнимой частей комплексной функции диэлектрической проницаемости кристаллов твердых растворов В12Те3-8Ь2Тез
4.5. Результаты расчета коэффициента поглощения и функции энергетических потерь твердых растворов ШзТез-ЗЬзТез при помощи соотношений Крамсрса-Кронига
Выводы к главе 4
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность темы. Исследование монокристаллов твердых растворов системы В12Те3-8Ь2Те3 в спектральной области, характерной для края фундаментального поглощения, обусловлено необходимостью изучения закономерностей сближения энергий различных элементарных возбуждений электронной системы полупроводникового кристалла, что является одной из актуальных задач физики конденсированного состояния. Поскольку исследуемые материалы занимают промежуточное положение между полупроводниками и полуметаллами, диапазон наблюдения сближения энергий плазменных колебаний и межзонных переходов находится в спектральной области от 200 до 4000 см'1, что позволяет использовать высококачественную технику Фурье-спектроскопии. Современные Фурье-спектрометры позволяют получать детальные представления о механизмах взаимодействия падающего электромагнитного излучения и электронной системы кристалла в средней ИК-области, что крайне затруднительно в спектральной области, выходящей за границы указанного диапазона. Таким образом, стандартная техника Фурье-спектроскопии и высокий уровень сигнала позволяют резко повысить качество получаемых результатов, что, в свою очередь, способствует более детальному описанию спектральных зависимостей коэффициента отражения.
Актуальным является исследование закономерностей изменения оптических свойств кристаллов твердых растворов системы ВьТез-8Ь2Те3 в зависимости от состава и температуры. Это позволит, с одной стороны, объяснить особенности, наблюдающиеся в спектрах плазменного отражения, а с другой - причину резкого увеличения ширины оптической запрещенной зоны, наблюдавшегося в более ранних работах.
Особенно актуальным является исследование зонной структуры и ее перестройки в зависимости от содержания 8Ь2Те3 в твердом растворе ВьТе3-8Ь2Те3, поскольку исследуемые материалы являются эффективными термоэлектриками. Исследование их оптических свойств в области частот, харак-

кч>£ +г

_(*„-£+£.)*

1 - ехр(-£ / к0Т) ехр(£ / кдТ)
(2.2)
(Ьу-Ъ+ЪУ
а ехР(л//соП-1 (2'3)

= О,
где 5 равно 2 для разрешенных правилами отбора переходов и 3 - для запрещенных [84]. Первый член в правой части в выражении (2.2) соответствует испусканию, а второй - поглощению фопона с энергией £ коэффициент
пропорциональности в (2.1)—(2.3) - функция, слабо меняющаяся с частотой V.
Из рис. 2.1 видно, что экспериментальная зависимость а от энергии фотона при фиксированной температуре в области края собственного поглощения делится на две почти линейные области с различным наклоном. Качественно это согласуется с выражениями (2.2)-(2.4) и указывает на то, что экстремумы зоны проводимости и валентной зоны В12Те3 находятся в разных точках -пространства. Однако измеренные отношения наклонов прямолинейных участков примерно в три раза больше отношений, вычисленных с помощью выражений (2.2)-(2.4) из точек пересечения прямых с осью абсцисс.
При надежной экстраполяции вклада свободных носителей заряда в область края собственного поглощения возможным объяснением такого несоответствия является то, что выражения (2.2)-(2.4) описывают непрямые переходы с участием фононов только одного типа. На самом деле в шестиэллипсоидной модели зонной структуры Драббла-Вольфа следует рассматривать непрямые переходы из каждого экстремума валентной зоны в каждый из шести экстремумов зоны проводимости. Вследствие симметрии такие переходы будут характеризоваться четырьмя различными изменениями волново-