Екситони в напівпровідниках і наноструктурах (стр. 2 из 2)
Структура, у якої два розміри малі в порівнянні з борівским радіусом екситону в об'ємному напівпровіднику, називається квантовою ниткою. У довгій напівпровідниковій нитці з діаметром d < aex енергіязв'язку екситону росте зізменшенням діаметра(
[ ln (d/aex]2), а ефективна довжина екситону при цьому зменшується(lex~ |ln(d/aex)\_1)Істотне збільшення енергії зв'язку й сили осциллятора екситонів у напівпровідникових квантових нитках дозволило використовувати їх як активне середовище для одержання лазерного випромінювання на частоті екситонного переходу з низьким порогом порушення .
У дво- і одномірних напівпровідникових наноструктурах квантові обмеження (конфайнмент) приводять до збільшення енергії зв'язки й сили осциллятора екситонів, однак усього лише в кілька раз. Суттєво більшого збільшення цих параметрів можна досягти в наноструктурах напівпровідникндіелектрик за рахунок значного посилення кулонівскої взаємодії електронно-дірочної пари усередині напівпровідникового тонкого шару або напівпровідникової нитки.
Екситони в наноструктурах і напівровідниках
Мала енергія зв'язку й великий ефективний розмір екситонів в об'ємних напівпровідниках і напівпровідникових наноструктурах типу напівпровідник-напівпровідник з більшою шириною забороненої зони, що виконує роль бар'єра, обумовлені насамперед більшими значеннями діелектричної проникності(е8 > 10)напівпровідника (див. формули (1)—(4)).У наноструктурах, які сладаються із напівпровідника й діелектрика, можна одержати значне посилення кулонівскої взаємодії між електроном і діркою усередині напівпровідникового шару або нитки — здійснити інженерію кулонівської взаємодії. Цю обставину можна пояснити за допомогою силових ліній електричного поля (мал. 3). Для тонкого напівпровідникового шару або нитки, оточених діелектриком, більшість силових ліній проходить через діелектрик, діелектрична проникність якого εd < ε8 .У граничному випадку дуже тонких квантових ниток сила кулонівскої взаємодії між електроном і діркою, що перебувають навідстаніz > (εs/εd)ds, де ds— поперечний розмір напівпровідникової нитки, F= е2/(εdz2). Тобто для цього випадку ефективна діелектрична проникність системи напівпровідник діелектрик дорівнює діелектричної проникності діелектрика (!), хоча як електрон, так і дірка перебувають у напівпровідниковому шарі або напівпровідниковій нитці.
Мал. 3 На відміну від об'ємного напівпровідника більшість силових ліній електричного поля для екситону в квантовій нитці яка знаходиться в діелектрику , проходить через діелектрик ,діелектрична проникність якого
Для циліндричних квантових ниток помірного розміру з діаметром у кілька десятків нанометрів,оточених діелектриком(
> ds> (εd/εs)3/2 ),енергія екситонів зростає до > 100 меВпропорційно 
, а ефективний об'єм екситону зменшується як( 
При цьому, природно, збільшується ймовірність поглинання й випромінювання на частоті eкситонного переходу (збільшується сила осциллятора переходу). Результати перших вимірів енергії екситонних переходів у напівпровідникових квантових нитках GaAs, CdSe діаметром 4—6 нм, кристалізованих у прозорих щільно впакованих діелектричних нанотрубках природного з'єднання хризотил азбесту , перебувають у кількісній згоді з розрахованими в рамках моделі, у якій крім збільшення енергії зв'язки екситонів за рахунок розмірного квантування враховане діелектричне посилення екситонів, що виникає за рахунок великої відмінності у величинах діелектричної проникності напівпровідника й діелектрикаЛітература
1. Kelly M.J. Low-Dimensional Semiconductors: Materials, Physics, Technology, Devices. Oxford: Clarendon Press, 1995.
2. Keldysh L.V. Excitons in Semiconductor—Dielectric Nanostructures // Phys. status solidi. 1997. Vol. 164, № 3.
3. Днепровский В.С., Жуков Е.А., Муляров Е.А., Тиходеев С.Г. Линейное и нелинейное поглощение экситонов в полупроводниковых квантовых нитях, кристаллизованных в диэлектрической матрице // ЖЭТФ. 1998. Т. 113. Авг.
4. Белявский В.И. Экситоны в низкоразмерных системах // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 5. С. 93—99.