Введение к работе
Актуальность темы, В настоящее время, после почти двадцатилетнего периода интенсивных исследований физических свойств низкоразмерных полупроводниковых систем-тонких пленок, проволок, гетероструктур, инверсионных слоев, сверхрешеток и т.д. - нет сомнений в том, что прогресс современной микроэлектроники и оптоэлектроники в значительной степени связан с дальнейшими достижениями в этой области. Развитие прецизионных способов изготовления низкоразмерных систем сделало возможным их получение с высокой степенью точности, вызвало новый всплеск теоретических и экспериментальных исследований и привело к получению ряда фундаментальных результатов-андерсоновской локализации, квантовому эффекту Холла, высокой подвижности электронов в гетероструктурах с модулированным легированием и т.д. Успешное применение этих результатов в практике, перспективность их практичского применения, а также наличие ряда принципиальных проблем фундаментального характера продолжают стимулировать дальнейшие исследования низкоразмерных систем.
Не случайно, поэтому, что задачи, связанные с исследованием двумерных электронных систем, все еще остаются актуальными. Одной из разновидностей подобного рода задач, являются кулоновские задачи, возникающие при исследовании экситонов и примесей в низкоразмерных системах. С такими задачами также сталкиваются и при рассмотрении экситонных или примесных состояний п массивных полупроводниках, находящихся в сильных внешних полях.
Другой разновидностью задач связанных со свойствами низкоразмерных электронных систем, являются задачи, возникающие при исследовании поглощения света полупроводниковыми пленками и проволоками. Важность этих задач заключается в том, что определив форму края поглощения полупроводника, можно получить ценную информацию об особеностих его зонной структуры. Знание же конкретной зонной структуры позволяет рассмотреть различные механизмы непрямого поглощения спета: фононного, плазменного, примесного и т.д.
Представляет самостоятельный интерес исследование характера экранирования квазидвумерного электромагнитного возмущения. Цель работы.
-
Теортическое исследование экситонных состояний в низкоразмерных полупроводниковых системах со сложным законом дисперсии носителей заряда (закон дисперсии Кейна), а также учет влияния границ пленки на энергию связи двумерного экситона.
-
Исследование поглощения света, обусловленного непрямыми межзонными переходами при взаимодействии носителей заряда с прямолинейными дислокациями как в массивном полупроводнике, так и в размерно кванованной полупроводниковой пленке.
-
Исследование поглощения света, обусловленного непрямыми межзонными переходами в размерно квантованной полупроводниковой пленке с учетом электрон-электронного взаимодействия.
-
Нахождение функции диэлектрической проницаемости размерно квантованной полупроводниковой пленки.
Научная новизна.
-
Получено точное решение двумерной релятивистской задачи водорода в пренебрежении спином электрона. Показано, что учет релятивизма приводит к снятию вырождения по магнитному квантовому числу т, неустойчивости основного состояния и увеличению энергии связи для возбужденных состояний. Полученные результаты обобщены на случай двумерного кейновского экситона.
-
Исследовано влияние границ тонкой полупроводниковой пленки на энергию связи двумерных экситонных состояний, в рамках модели двумерной кулоноізскои задачи с усеченным потенциалом. Найдена зависимость энергии основного (ш = 0) и двух первых возбужденных состояний (т = ±1) в зависимости от параметра усечения р0.
-
Исследовано межзонное поглощение света с учетом дислокационного механизма рассеяния носителей заряда в непрямозонном массивном полупроводнике и тонкой полупроводниковой пленке.
-
Исследовано межзошюе поглощение света размерно квантованной полупроводниковой пленкой, обусловленное электрон-электронным взаимодействием.
-
Найден аналитический вид функции диэлектрической проницаемости размерно квантованной полупроводниковой пленки и исследовано ее поведение в случае стационарного длинноволнового возмущения.
Практическая ценность. Полученные в диссертации теоретические результаты представляют самостоятельный интерес как с точки зрения теории низкоразмерных полупроводниковых систем, так и с точки зрения постановки новых экспериментов, помогающих углублению представлений о физических свойствах низкоразмерных систем. Эти результаты могут служить физической основой конструирования новых функциональных элементов и приборов твердотельной микроэлектроники и оптоэлектроники.
Основные положения выносимые на защиту:
1 .Точное решение (нахождение энергетического спектра и волновых функций) кваптомеханической задачи двумерного релятивистского атома водорода с переносом полученных результатов на случай двумерного кейновского экситона.
2.Численный расчет энергии связи двумерного атома водорода с усеченным кулоновским потенциалом взаимодействия с последующим применением полученных результатов для объяснения влияния границ полупроводниковой пленки па энергию связи квазидвумериого экситона.
3.Новый-дислокационный механизм непрямого поглощения света в массивном полупроводнике и размерно квантованной полупроводниковой пленке.
4.Новый - плазмонный механизм непрямого поглощения света в размерно квантованной полупроводниковой пленке.
5.Расчет и анализ частотной зависимости функции диэлектрической проницаемости квазидвумериого электронного газа с учетом зонной структуры.
Апробация работы. Результаты, полученные в диссертации, обсуждались на семинарах кафедры физики твердого тола ЕГУ. Часті.
результатов была доложена на конференции, посвященной 75-ти летию ЕГУ (Ереван 1994), на Второй российской конференции по физике полупроводников (Зеленоград, 1996), на Первой национальной конференции по полупроводниковой микроэлектронике (Дилижан, 1997).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы из 93 наименований. Общий объем работы 84 стр., включая 2 рисунка.