2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体的等离子体激发和对激发

半导体的等离子体激发和对激发 半导体的等离子体激发和对激发 等离子体激发 ①等离子体：由浓度相同的正负电荷组成的体系,至少有一种电荷是可以运动的.但总体保持电中性,也称第4态物质. ②产生：掺杂, 光激发. ③等离子体振荡频率 半导体中电子数密度为 弱了有效起伏和局域态尾. 中局域激 子密度约为 而 中局域激子密度比这个数值小1至2个数量 2.无序产生： ●混晶无序：由形成势阱和势垒的混晶产生. 级. 3.尾常数 越大,局域密度越大, 激子越易局域. 阱宽起伏: （空穴类似） 电子气相对电离施主的正离子背景形成集体振荡. 密度为 的电子气位移 后产生表面电 荷分布,其面密度为 正离子产生电场为 （上式忽略y,z方向边界效应.） 作用在电子上,电子运动方程为 即 令 则 上式表明每个电子作简谐振动,因此,等离子体集体振荡,相应离子体振荡频率为 说明： ●当 ●因为等离子体仅存在纵模,所以 为 时纵模频率, 称为等离子激元，玻色子,不能与 光子发生强耦合. 半导体：10 ～100meV（（远）红外）. 金属：VIS,UV. 从IR至 反射率很高. ④等离子体色散关系 3d： 2d： ●2d情况下,等离子激元在 因此较容易激发.在实验中可以直接观察2d电子气的等离子振荡. 3d情况下,等离子激元的能量>> ～ 因而不能被热激发. ●在多量子阱或超晶格中,若势阱中电子是同位相振荡,色散关系与3d情况相同. ⑤3D等离子体介电函数 ● Lorentz模型（晶格离子） 其中N是振子密度， 若γ=0， τ为驰豫时间，即碰撞时间， 介电函数为 (不计空间色散) ●自由电子气 利用 把N换成n（自由载流子密度）,振子质量 得到介电函数 (不计空间色散) m换成载流子的有效质量 ,并且取 $$