Ранее мы выяснили что такое полупроводник, как формируются в нем валентная зона, запрещенная зона, а также зона проводимости. Также мы рассмотрели процесс люминесценции - формирования экситона и его исчезновение в результате рекомбинации электрона и дырки. Об этом можно прочитать здесь: https://dzen.ru/a/aUJO4_YBgkgkERR2
Продолжим разбираться с зонной структурой. Про валентную зону и зону проводимости я уже написал. Между ними в полупроводнике расположена запрещенная зона. Запрещенной она называется потому, что электрон не может иметь энергию, которая находится в пределах данного диапазона. Как видно из рис. 1, при укрупнении полупроводника путем добавления все большего количества атомов происходит сужение запрещенной зоны до тех пор, пока мы не получим объёмный (привыкайте, это значит большой) полупроводник.
Теперь поговорим про люминесценцию - одно из основных свойств квантовых точек. Итак, люминесценция – это нетепловое излучение, которое возникает при воздействии на систему извне стимулирующим полем (например, высокоэнергетическим лазером или подводом электричества), в результате
этого происходит, так называемая, излучательная рекомбинация носителей,
сопровождающаяся излучением кванта света с длиной волны, соответствующей
энергетической разнице между состояниями носителей до рекомбинации.
Далее я постараюсь всё объяснить подробно.
Начнем с начала. В валентной зоне – электроны, в зоне проводимости – ничего.
Подействуем на систему лазером с энергией, большей, чем ширина
запрещенной зоны в полупроводнике (больше Eg). Эту энергию получит
электрон и вылетит со своего места в зону проводимости (см. рис. 2).
После себя в валентной зоне он оставит, так называемую, «дырку». Она ведет себя как положительно заряженная частица.Так как электрон и дырка имеют противоположные заряды, то они должны притягиваться за счет кулоновского взаимодействия. Они образуют квазичасицу («квази» - «почти», «вроде»), похожую на атом водорода или (если быть точнее) на позитроний, так как обе частицы легкие. Данная квазичастица (электрон + дырка) называется экситоном Ваннье-Мотта или экситоном большого радиуса.
Таким образом, при облучении возникает экситон. После непродолжительного существования он исчезает, так как образующие его электрон и дырка, наконец, встречаются и рекомбинируют (взаимодействуют). Это происходит при возвращении электрона с зоны проводимости, но (помня закон сохранение энергии) при этом он излучает энергию в виде кванта света, равную Eg. Этот свет мы и видим как люминесценцию. Я изобразил вам весь процесс на рис. 2.
Всем спасибо, кто осилил текст до конца!
Позже напишу про зависимость люминесценции от размера квантовых точек, а также про влияние на нее дефектов структуры.