Взаимодействие света с полупроводниками

Магнитооптические явления и разработка соответствующих материалов интенсивно развивались в последние десятилетия. В особенности это относится к таким материалам, как полупроводники и магнитоупорядоченные кристаллы — ферриты и антиферромагнетики, В отличие от диамагнетиков и парамагнетиков, во взаимодействии света с магнитоупорядоченными средами главную роль играют не внешние поля, а внутренние магнитные поля этих сред (их напряженности достигают 10 — 10 Э), которые определяют спонтанную намагниченность подрешеток или кристалла в целом и ее ориентацию в кристалле. Магнитооптические свойства прозрачных ферритов и антиферромагнетиков используют в системах управления лазерным лучом (модуляторах света) и для оптической записи и считывания информации. [c.256]

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ПОЛУПРОВОДНИКАМИ [c.150]

В зависимости от условий взаимодействия света с полупроводниками различают тыловые (рис. 36, а) и фронтовые (рис. 36, б) фотоэлементы. [c.82]

В трудных для исследования случаях — качественный и количественный анализ состава жидкостей (особенно водных растворов), пластмасс, твердых тел, порошков, анализ микроколичеств (жЮ г), изучение физических свойств сверхтонких пленок (0,6—2 нм), поверхностных образований (адсорбция, химия поверхности, в том числе полупроводников), изучение процессов в клетках и тканях (биохимия, биофизика, биология)—используют метод, известный как спектроскопия многократно нарушенного полного внутреннего отражения. Суть его состоит в следующем. При падении света на границу раздела двух сред (рис. 32.7) под углом больше критического луч проникает во вторую сферу, оптически менее плотную. Если эта среда прозрачна (/4=0), происходит полное внутреннее отражение ( = 100%). При наличии поглощения (АфО) происходит ослабление падающего света вследствие его взаимодействия с поглощающей [c.765]

Фотоэлемент с запирающим слоем. В фотоэлементах с запирающим слоем использована способность полупроводников к внут-ренному фотоэффекту. Фотоэффектом в запирающем слое называется возникновение тока под действием света на границе между полупроводником и металлом. Само название этого фотоэффекта обусловлено тем, что на пограничных поверхностях между некоторыми полупроводниками и металлами образуется слой малой толщины (около 10 5—10 см) с большим сопротивлением и выпрямляющим действием. При освещении фотоэлемента кванты световой энергии, взаимодействуя с атомами полупроводника, передают электронам энергию, достаточную для того, чтобы оторвать их от атомов и сообщить им кинетическую энергию. Фотоэлектроны из полупроводника через запирающий (иногда его называют вентильный ) слой переходят в металл и проходят через гальванометр. Иначе говоря, в цепи фотоэлемента возникает электрический ток, который вызывает отклонение стрелки гальванометра. Величина возникающего фототока зависит от интенсивности освещения и спектрального состава света. При небольших внешних сопротивлениях между силой фототока и интенсивностью светового потока имеется прямо пропорциональная зависимость. В фотоэлектрических колориметрах применяется селеновый фотоэлемент (рис. 1.12). [c.23]

Приведены результаты исследований оптических свойств широкого класса веществ, используемых в оптоэлектронике. Систематизирован обширный материал по измерению оптических констант полупроводников в широких областях спектра. Оптические константы полупроводников получены при исследовании взаимодействия оптического излучения с полупроводниками поглощение и отражение света, эллипсометрия, люминесценция, модуляционные и комбинированные методы и др. [c.191]

Взаимодействие светового потока, представляющего собой переменное электромагнитное поле, с электромагнитным полем кристалла описывается методами квантовой механики. Сущность явления взаимодействия сводится к тому, что световая волна в кристаллическом пространстве индуцирует электродвижущую силу, численное значение которой пропорционально величине металлической связи и количеству всевозможных дефектов, так называемых центров окраски. Под влиянием световой волны возникает разупорядочение электромагнитного поля кристалла, что вызывает селективное, или полное, поглощение лучистой энергии. Поэтому кристаллы-проводники или полупроводники полностью поглощают вет, непрозрачны, отражение света ими максимальное, что обусловливает блеск металлический или полуметаллический, светлую или темную окраску. [c.59]

При действии света на фотографическую эмульсию происходит фотолиз. В случае фотолиза, например, бромистого серебра можно допустить, что поглощаемый квант света будет взаимодействовать с ионами брома. В результате этой реакции выделится свободный бром, а освободившийся электрон присоединится к иону серебра, последнее восстановится до металлического серебра. Теория последующей агрегации атомарного серебра в группы (в центры проявления) исходит из свойств ионных кристаллов галоидных солей серебра, являющихся типичными полупроводниками. [c.81]

Механизм фотопроводимости полимерных полупроводников во многом еще неясен. Можно считать [45], что при взаимодействии со светом макромолекула возбуждается. Образуется возбужденное состояние — экситон, который мигрирует по системе до встречи [c.47]

Давно уже в технике появилась необходимость уменьшения веса и объема аппаратуры. Отсюда вытекают и проблемы микроминиатюризации радиотехнической, вычислительной, телемеханической и другой аппаратуры, перехода от объемных к пленочным и печатным схемам и т. п. В этом свете особое значение приобретает изучение свойств поверхности полупроводников ее строения, термодинамики и кинетики взаимодействия с газовой средой и т. п., а также электрохимических свойств. Сюда примыкает также задача травления поверхности и ее взаимодействия с парами и жидкостями при образовании р — -переходов. Особое значение приобретает термодинамика и электрохимия поверхностных процессов. [c.14]

Взаимодействие фотона или фонона с полупроводником. Квант энергии, необходимый для перескока электрона из валентной зоны в зону проводимости, или с донорного уровня в зону проводимости, или пз валентной зоны на акцепторный уровень, может быть различного происхождения, например квант света фотон или квант тепловой энергии решетки фонон. Протекание реакции может быть условно описано тремя уравнениями [c.283]

В процессе физико-химических исследований было изучено много аспектов эффекта Фарадея [7—И]. Его открытие явилось важным доказательством электромагнитной природы света. С 1900 по 1920 г. основное внимание было направлено на изучение формы аномальной дисперсии MOB, так как различные приложения классической электронной теории приводили к разной частотной зависимости MOB. Вскоре после появления волновой механики анализ спектров высокого разрешения молекул простых газов был дополнен спектрами магнитного вращения (СМВ), в которых измерялась общая интенсивность света, пропущенного через скрещенные поляризаторы, между которыми помещен образец, находящийся внутри соленоида. В тот же период изучение температурной зависимости MOB кристаллических солей парамагнитных ионов при очень низких температурах позволило найти их магнитную восприимчивость, а из нее извлечь информацию о взаимодействии ионов с кристаллической решеткой [11]. Не так давно после успешных исследований естественной оптической активности и кругового дихроизма, в результате которых были получены ценные сведения о структуре ряда соединений [3—5], с целью получения той же информации вновь стали изучать MOB и МКД в полосах поглощения [12—33]. Значительный теоретический и практический интерес представляет также эффект Фарадея в ферритах [24], в полупроводниках [25, 26] и его применение для модуляции света [27—29]. [c.399]

Задачей настоящей работы явилось выяснение при помощи фотоэлектрических методов роли центрального атома металла, входящего в состав фталоцианинов при взаимодействии последних с газообразными молекулами. Ранее было показано [2], что фталоцианин Mg, находящийся в молекулярно-дисперсном состоянии на поверхности 2пО, сенсибилизует фотоэффект этого электронного полупроводника к видимому свету, поглощаемому пигментом. Между тем фталоцианин без металла к эффекту сенсибилизации не приводит. С другой стороны, мы показали большую чувствительность процессов сенсибилизации к адсорбции посторонних паров и газов [3]. [c.287]

Поглощение света веществом — внутримолекулярный физический процесс. Свет поглощается молекулами (их комплексами, атомами, радикалами, ионами), а не сложными биологическими структурами, такими, например, как ядра, митохондрии, клетки, сетчатка глаза. Исключение составляют лишь полупроводники, у которых в поглощении света участвуют обобществленные энергетические уровни, создающиеся в результате взаимодействия многих центров (атомов, ионов или молекул). Во взаимодействии вещества со светом, связанном с поглощением, проявляются как квантовые (корпускулярные), так и волновые свойства последнего. [c.8]

Важнейшее отличие полупроводника как объекта воздействия света от металла заключается в том, что в его электронном спектре существует запрещенная зона, разделяющая заполненную электронами (валентную) зону от выше расположенной следующей незаполненной (зоны проводимости). При освещении полупроводника электроны валентной зоны переходят в зону проводимости, оставляя в валентной зоне незаполненные уровни-положительные дырки. Из-за наличия запрещенной зоны взаимодействие между электронными состояниями в валентной зоне и в зоне проводимости ослаблено. Поэтому неравновесные электроны в зоне проводимости и дырки в валентной зоне имеют сравнительно большое время жизни (до их рекомбинации), достаточное для их переноса к границе раздела электрод/электролит и участия в электрохимической реакции на этой границе. Фотоэлектрохимические реакции на полупроводниковых электродах, стимулированные генерированными светом электронами и дырками, и составляют предмет этой книги. [c.12]

Неоднократно делались попытки найти полупроводниковые материалы для фотоанодов с более узкой запрещенной зоной, чувствительные к видимому свету, по большей части также из класса оксидов, так как оксиды наиболее устойчивы против коррозии. Однако эти попытки натолкнулись на не преодоленное до сих пор препятствие, по-видимому, принципиального характера. Оказалось, что у оксидных полупроводников в водных растворах потолок валентной зоны, которая образована 2/7-орбиталями кислорода, в силу каких-то не до конца выясненных причин (вероятно, из-за взаимодействия между кислородом воды и кислородом кристаллической решетки оксида) в значи- [c.91]

Большинство неорганических пигментов и органических красителей является полупроводниками. Цвет этих соединений определяется иными причинами, чем цвет металлов. При освещении металлов преобладает отражение, а при освещении полупроводников и диэлектриков — преломление и избирательное поглощение света. Взаимодействие потока света с микрообъектами (молекулы, атомы[, электроны) связано с различными оптическими процессами, обусловленными пространственными и структурными изменениями. Если вещество способно поглощать фотоны одной определенной энергии, то этим однозначно определяется и цвет этого вещества. [c.54]

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА - физическая теория, изучающая общие закономерности движения и взаимодействия микрочастиц (элементарных частиц, атомных ядер, атомов и молекул) теоретическая основа современной физики и химии. К. м. возникла в связи с необходимостью преодолеть противоречивость и недостаточность теории Бора относительно строения атома. Важнейшую роль в разработке К. м. сыграли исследования М. Планка, А. Эйнштейна, Н. Бора, М. Борна и др. К. м. была создана в 1924—26 гг., благодаря трудам Л. де Бройля, Э. Шредингера, В. Гейзенберга и П. Дирака. К. м. является основой теории многих атомных к молекулярных процессоБ. Она имеет огромное значение для раскрытия строения материи и объяснения ее свойств. На основе К. м были объяснены строение и свойства ато MOB, атомные спектры, рассеяние света создана теория строения молекул и рас крыта природа химической связи, раз работаиа теория молекулярных спектров, теория твердого тела, объясняющая его электрические, магнитные и оптические свойства с помощью К. м. удалось понять природу металлического состояния, полупроводников, ферромагнетизма и множества других явлений, связанных с природой движения и взаимодействием микрочастиц материи, не объясняемых классической механикой, [c.124]

Недостаточно изучены возможности управления силами молекулярного взаимодействия за счет внешних полей, например возбуждения злектронных состояний при облучении полупроводников видимым светом и ультрафиолетом использования резонансного поглощения в области рентгеновских частот воздействия на полярные жидкости электрических полей, меняющих состояние поляризации и влияющих на величину нулевого члейа, выражаемого уравнением (1У.26). [c.111]

Ю. А. Зарифьянц (Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, физический факультет). Теоретическое рассмотрение адсорбционного взаимодействия исходит из наличия термодинамического равновесия в системе адсорбент — адсорбат. При этом считается естественным, что электронный ансамбль диэлектрика или полупроводника также находится в тепловом равновесии с решеткой. Однако в реальных кристаллах очень важную роль играют также неравновесные процессы, связанные с отклонением концентрации свободных носителей от равновесной за счет тепловых флуктуаций или под действием внешнего возбуждения (света, электрического поля и т. д.). В обоих случаях образуется пара электрон — дырка, которая странствует но решетке до тех нор, пока не происходит их рекомбинация на каком-нибудь центре, обладающем достаточной вероятностью захвата обоих типов носителей. Выделяющаяся при этом энергия либо передается решетке, либо уносится фотоном. [c.110]

Подробное обсуждение механизма переноса энергии между молекулами пигмента в хлоропластах выходит за пределы данной книги. Однако некоторые понятия, широко используемые в литературе по фотосинтезу, заслуживают разъяснения. Б начале 1950-х годов такой перенос энергии связывали обычно с индуктивным резонансом. Считалось, что этот относительно медленный перенос может происходить между слабо связанными друг с другом молекулами в растворе, например между молекулами хлорофилла Ь и хлорофилла а [259] (см. стр. 31). Позже, с развитием физики твердого тела, некоторые исследователи пришли к выводу, что молекулы хлорофилла расположены в двумерной молекулярной кристаллической решетке и ведут себя подобно полупроводнику. В таком случае соседние молекулы должны взаимодействовать так сильно, что их орбитали будут перекрываться. Миграция экситона (представляемого как электрон и положительно заряженная дырка, движущиеся вместе по решетке [187]) должна при этом происходить столь быстро, что приписать этот экситон в любой данный момент какой-либо определенной молекуле не представляется возможным. Арнольд и Шервуд [4] показали, что если высушенные хлоропласты сначала осветить при комнатной температуре, а затем нагреть до 140° С, то они будут излучать свет. Такого рода результаты подтверждают представление о том, что хлоропласты— это система, обладающая свойствами твердого тела. Описанные процессы происходили бы в полупроводнике, если бы часть возбужденных электронов захватывалась дефектами кристаллической решетки, а затем в результате поглощения кванта дальнего красного света освобождалась и попадала обратно в дырки. Аналогичные явления наблюдались в опытах со све-. жими суспензиями hlorella и листьями (по техническим причинам, однако, их не удалось исследовать количественно). Было высказано предположение, что такой же механизм лежит в основе очень слабого послесвечения, наблюдаемого в темноте при нормальной температуре после освещения зеленых тканей [285]. [c.49]

Фрейдлиха, логарифмические изотермы и др. Вид изотерм зависит от изменения во времени характера связи молекулы, адсорбированной на данном центре адсорбции, а также от кулоновского взаимодействия между адсорбированными молекулами. Хемосорбция на поверхности приводит к изменению работы выхода электрона из кристалла. Причиной этого изменения является появление поверхностного заряда, возникающего из-за наличия сильных адсорбционных связей. Зависимость между электропроводностью полупроводника и его каталитической активностью понятна, поскольку обе эти величины зависят от положения уровня Ферми в кристалле. Эти величины в ходе реакции могут изменяться в ту или иную сторону, в зависимости от характера реакции, протекающей на поверхности. Введение примесей в кристалл полупроводника меняет равным образом как его каталитическую активность, так и электропроводность, поскольку при этом изменяется концентрация электронов и дырок, а следовательно, и положение уровня Ферми. На основании этих представлений можно объяснить электронный механизм действия промоторов и каталитических ядов, а также явления фотосорбции и фотоката-лиза, поскольку облучение светом с определенной длиной волны способно изменить концентрацию электронного и дырочного газа на поверхности. Можно также понять влияние степени дисперсности полупроводникового катализатора, принимая во внимание, что при достаточно большой степени диспе] )сности полупроводникового материала положение уровня Ферми зависит от размеров частиц. [c.134]

В ходе интеркаляции изменяется как химический состав электрода-матрицы, так и его электронный спектр. Схема процесса фотоинтеркаляции полупроводника р-типа представлена на рис. 63, а. Фото-электрохимическая ячейка содержит полупроводниковый фотокатод и металлический анод, электролитом служит соль металла анода А. При освещении фото катода ионы с участием генерированных светом электронов разряжаются на катоде с образованием атомов А. Вследствие взаимодействия между А и материалом электрода атомам А энергетически выгоднее внедриться в межплоскостные промежутки (в форме А ,), чем оставаться на поверхности катода . Уравнение реакции на фотокатоде [c.112]