瞬态反射光谱研究半导体表界面载流子动力学的3种常见分析方法

发布时间：2021-06-18 17:44

　　基于飞秒脉冲激光器的时间分辨超快光谱技术已经广泛应用于研究光与物质相互作用、激发态性质、超快动力学等光物理现象,其中瞬态反射光谱是研究固体表界面电荷动力学的有力工具之一.本文总结了瞬态反射光谱分析3类常见的半导体表界面（直接带隙半导体表界面、间接带隙半导体表界面和存在内建电场的半导体表界面）载流子动力学的方法;分析了前两类半导体表界面瞬态反射光谱特征信号归属,讨论了利用特征光谱信号表征扩散、表面复合、界面电荷转移等动力学过程的原理;讨论了高掺杂半导体表界面如果存在内建电场的情况下表面反射光谱特征信号的归属,以及如何利用光诱导瞬态电场对反射光谱调制来追踪界面电荷分离和复合的动力学. 

【文章来源】：厦门大学学报(自然科学版). 2020,59(05)北大核心CSCD

【文章页数】：13 页

【部分图文】：

图１瞬态反射光谱装置示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆａｔｒａｎｓｉｅｎｔ

能级的带间吸收，第二项为基态到不同能级的激子态的吸收．如图４（ｂ）所示，Ｅｌｌｉｏｔｔ’ｓ公式可以较好地拟合带隙附近的吸收光谱，因为该公式未包含更高能级之间的跃迁，无法用于拟合高能量光子的吸收．光谱拟合可以给出带隙能量（２．３５ｅＶ）和激子结合能（４１．６ｍｅＶ）．由于激子结合能较大，激子态的能量低于带隙能量，材料受到泵浦光激发，产生的载流子快速驰豫，常温下大量占据激子态的能级，由于泡利不相容原理，基态到被占据图４ＭＡＰｂＢｒ３钙钛矿单晶光学性质［２４］Ｆｉｇ．４ＯｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌＭＡＰｂＢｒ３［２４］·２８８·

厦门大学学报（自然科学版）２０２０年ｈｔｔｐ：∥ｊｘｍｕ．ｘｍｕ．ｅｄｕ．ｃｎ（ａ）为不同泵浦光子能量对应的硅－铂界面自由载流子瞬态反射信号动力学；（ｂ）为硅－铂界面二氧化硅绝缘层厚度对于界面电荷转移的影响．图１１硅－铂界面电荷动力学［２８］Ｆｉｇ．１１Ｃｈａｒｇｅｄｙｎａｍｉｃｓａｔｓｉｌｉｃｏｎ－ｐｌａｔｉｎｕｍｉｎｔｅｒｆａｃｅ［２８］容易形成较强的内建电场．当内建电场达到一定强度时，会改变耗尽区部分半导体的光学性质．如果将界面附近内建电场近似为恒定电场，则区域内载流子的波函数满足薛定谔方程［３０］：－ｈ２２μ#２－ｅ（）Ｆｚ?（ｒ）＝??（ｒ），（３１）其中，μ为电子有效质量，Ｆ为ｚ方向内建电场强度，ｒ为电子空穴相对距离，ｚ为ｒ在平行于电场方向的分量，ｅ为基本电荷，?为能量，?为波函数．因此等式左侧哈密顿算符第一项为电子动能，第二项为电子势能．因为ｘｙ方向不受电场影响，分离变量后，?（ｘ，ｙ）为平面自由电子波函数，?（ｚ）满足下面薛定谔方程［３０］：－ｈ２２μｄ２ｄｚ２－ｅ（）Ｆｚ?（ｚ）＝?ｚ?（ｚ）．（３２）该薛定谔方程与三角势场中的薛定谔方程相同，其解为艾里（Ａｉｒｙ）函数：?（ｚ）＝ｉｃＡ２μｈ２ｅ２Ｅ（）２１３（ｅＦｚ－?ｚ［］）．（３３）根据布洛赫定理，固体中的电子波函数可以写成由包络函数和周期函数的乘积?


本文编号：3237109