70. Собственная проводимость.
Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации «дырок».
Проводимость связана с подвижностью частиц следующим соотношением:
где ρ удельное сопротивление, μn — подвижность электронов, μp — подвижность дырок, Nn,p — их концентрация, q — элементарный электрический заряд (1,602×10−19 Кл). Для собственного полупроводника концентрации носителей совпадают, и формула принимает вид:
73. Квазичастицы электроны проводимости и дырки.
Квазичасти́ца — квант коллективного колебания или возмущения многочастичной системы, обладающий определённой энергией и, как правило, импульсом (например, фонон). Между квазичастицами и обычными элементарными частицами существует ряд сходств и отличий. Во многих теориях поля (в частности, в конформной теории поля) не делают вообще никаких различий между частицами и квазичастицами. истема электронов и дырок в полупроводниках есть система отрицательных и положительных зарядов, т. е. плазма. Главным источником квазичастиц — электронов (в зоне проводимости) и дырок (в валентной зоне) являются примеси. О зонном происхождении квазичастиц свидетельствуют эффективные массы, они различны у электрона и у дырки (и, конечно, различны в разных полупроводниках). Эффективные массы полупроводниковых квазичастиц, как правило, на порядок меньше, чем эффективные массы электронов металла. Можно также говорить об эффективном заряде полупроводниковых квазичастиц, который меньше заряда электрона, это является следствием экранирующего действия кристаллической решетки. Электрон и дырка в полупроводнике могут образовать связанное состояние — такой аналог атома водорода называется экситоном Ваннье-Мотта, при этом его радиус в сотни раз превышает характерное межатомное расстояние кристаллической матрицы, в которой он образуется. Наблюдаются даже аналоги водородных молекул —биэкситоны. При определенных условиях электронно-дырочная плазма может конденсироваться и образуется электронно-дырочная жидкость. Капли этой жидкости можно даже «гонять» из одного места полупроводникового кристалла в другое (например, с помощью давления). Это все наблюдаемые в эксперименте эффекты, так что описание полупроводника с помощью квазичастиц вполне надежно и весьма наглядно.
76. Люминесценция.
Люминесценция — нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения. Впервые люминесценция была описана в XVIII веке.
Первоначально явление люминесценции использовалось при изготовлении светящихся красок и световых составов на основе так называемых фосфоров, для нанесения на шкалы приборов, предназначенных для использования в темноте. Особого внимания в СССР люминесценция не привлекала вплоть до 1948 года, когда советский учёный С. И. Вавилов на сессии Верховного совета предложил начать изготовление экономичных люминесцентных ламп и использовать люминесценцию в анализе химических веществ. В быту явление люминесценции используется чаще всего в люминесцентных лампах «дневного света» и электронно-лучевых трубках кинескопов. На использовании явления люминесценции основано явление усиления света, экспериментально подтверждённое работами В. А.Фабриканта и лежащее в основе научно-технического направления квантовой электроники, конкретно находящее своё применение в усилителях света и генераторах стимулированного излучения (лазерах).