Формирование и устойчивость электронно-дырочной жидкости в неоднородно деформированном германии

• Автор: Макаров, Андрей Глебович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 c. : ил

ВВЕДШИЕ

ГЛАВА I. Взаимодействие электронно-дырочной жидкости с

неравновесными фононами и СВЧ полем. Обзор работ.. 13 §1. Взаимодействие СВЧ излучения с электронно-дырочными каплями

§2. Электронно-дырочные капли и фононный ветер

§3. Динамика образования у-ЭДК в условиях неоднородной деформации

Выводы

ГЛАВА 2. Экспериментальные методы исследования кинетики

формирования и распада у- ЭДК и явлений в сильных

СШ полДХ'

§1. СВЧ проводимость СН и у-ЭДК. Резснаторная схема

регистрации
§2. Рекомбинационное излучение ЭДК и влияние на него
одноосной деформации
§3. Методика измерения СШ проводимости и люминесценции неоднородно сжатого германия при температурах
1,3 «■ 4,2 К
§4. Характеристики и подготовка образцов
ГЛАВА 3. Формирование -капель в неоднородно деформированном германии
§1. Ограничение числа носителей в ^-ЭДК
§2. Время образования ^-ЭДК. Распределение ЭДЖ в
образце неоднородно сжатого германия
§3. Образование больших ЭДК и фононный ветер

§4. Устойчивость ЭДК в деформационной потенциальной

Выводы
ГЛАВА 4. СШ пробой экситонного газа в присутствии больших электронно-дырочных капель
§1. Характеристики СШ пробоя экситонного газа вокруг
ї-здк
§2. Теория СШ пробоя экситонного газа в неоднородно
деформированном германии
§3. Частоты и сечения столкновений в газовой фазе .... 81 §4. СШ пробой экситонного газа вокруг й'-ЭДК в присутствии постоянного магнитного поля
Выводы
ГЛАВА 5. Кинетика распада системы “ свободные носители - свободные экситоны в сильных СВЧ полях ....94 §1. Анализ кинетических уравнений для системы у-ЭДК
- СЭ - СН в отсутствие СШ поля
§2. Изменение фазового равновесия вокруг 'у'-ЭДК в
греющем СВЧ поле
§3. Разогрев "д -ЭДК горячими свободными носителями
§4. Возникновение неустойчивости в системе ЭДК - СЭ
- СН в греющем СВЧ поле
Выводы
ЗАКЛКНЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
- 4 -
Электронно-дырочная жидкость (ЭДК) образуется в полупроводнике в результате фазового перехода при конденсации экситонов.
Это явление , предсказанное в 1968 году Л.В.Келдышем[1] и наблю- г* давшееся сначала в германии и кремнии, обнаружено теперь во многих полупроводниках при низких температурах. Конденсированная фаза представляет собой двухкомпонентную Ферми-жидкость, в которой из-за эффектов экранирования эксигоны перестают существовать как индивидуальные частицы, а электроны и дырки удерживаются кулоновскими силами. В германии ЭДК существует в кристалле в виде капель макроскопических размеров с радиусом ТО“4* 1СГ3см {2-5] и плотностью 2ДО^см“3 [4,6-113. Энергия конденсации свободных экситонов составляет 2 мэВ [12-143. Экспериментальные и теоретические работы, появившиеся в связи с исследованием ЭДК, внесли значительный вклад в развитие физики твердого тела, дали импульс новым экспериментальным методикам и позволили определить основные параметры ЭДЖ.
Отличительной чертой фазового перехода в системе экситонов является его неравновесность, поскольку возбужденные частицы в полупроводнике имеют конечное время жизни. Однако, как показали эксперименты, несмотря на конечное время жизни электронов и дырок, фазовый переход с точки зрения термодинамики сохраняет многие черты перехода I рода - в системе имеются метастабильные состояния, гистерезис, критическая температура и плотность, а соответствующие параметры перехода расчитываются по формулам равновесной термодинамики. В связи с этим большой интерес представляют исследования термодинамической устойчивости такой системы относительно вариации ее термодинамических параметров. Однако, квазиравновесный подход и пренебрежение конечным временем жизни становится неприменимым в тех случаях, когда рассматриваются кинетические процессы,

избыточных возбужденных носителей в образце. Информацию об их положении можно получить из анализа спектрального состава рекомбинационного излучения, так как положение максимума линии зависит от величины давления (см. гл.2, §2). С этой целью для каждого выбранного нами уровня возбуждения мы регистрировали эволюцию спектров рекомбинационного излучения в зависимости от за-

держки после лазерного импульса. Для уровней возбуждения ^4.10 э-д пар/имп при малых задержках наблюдалось резкое уширение спектров. Так, увеличение 1д&^ от 0,21о до Х0 приводило к уширению спектров при 10 мкс на 4-5 мэВ - рис.3.9 . Согласно же данным работы |19], спектр ^-ЭДН при увеличении носителей в ней на порядок уширяется менее, чем на I мэВ и, следовательно, наблюдаемое ; .нами уширение связано с появлением в спектре линии ЭДК, находящихся в области слабого давления.
Эволюция спектров рекомбинационного излучения после возбуждающего импульса показана на рис.3.10 . Сразу после импульса лазера ( мкс) положение максимума спектра соответствует линии е( -ЭДК : 709 мэВ. Со временем спектр уширяется в сторону меньших энергий. Одновременно быстро спадает интенсивность линии 709 мэВ. При больших задержках (Х^ 50 мкс) заметного изменения формы линии не наблюдается,а его амплитуда уменьшается с характерным временем жизни ^ -ЭДК - 200 мкс.
По спектрам можно выделить следующие стадии конденсации: вначале возбужденные носители быстро конденсируются в ЭДК и разлетаются в глубь образца под действием термализационного фотонного ветра (74,80). При этом капли находятся в основном в области небольшого давления. В интервале задержек I -г 50 мкс часть ЭДК стекает в потенциальную яму и сливается в ^-ЭДК, остальная часть ЭДК существует отдельно и постепенно вымирает, так что при "С ^ 50 мкс в образце остается только у^-ОДК.