Спосіб визначення температурної залежності ширини оптичної псевдощілини твердих тіл

Реферат: Винахід належить до фізики твердого тіла, зокрема до способів дослідження параметрів краю оптичного поглинання. Спосіб визначення температурної залежності ширини оптичної псевдощілини твердих тіл включає дослідження краю оптичного поглинання твердих тіл. Згідно з винаходом, проводять температурні ізоабсорбційні дослідження краю оптичного поглинання твердих тіл при двох значеннях коефіцієнта поглинання 1 та 2 , для яких отримують дві температурні залежності ширини псевдозабороненої зони Eg 1 та Eg 2 , після чого отримують температурну залежність ширини оптичної псевдощілини E* Запропонований спосіб дозволяє g швидко, надійно та ефективно визначати ширину оптичної псевдощілини твердих тіл за результатами ізоабсорбційних досліджень краю поглинання, уникаючи при цьому громіздких спектральних досліджень. UA 99176 C2 (12) UA 99176 C2 UA 99176 C2 5 Винахід належить до фізики твердого тіла, зокрема до способів дослідження параметрів краю оптичного поглинання, і може бути використаний як швидкий, ефективний та надійний спосіб визначення температурної залежності ширини оптичної псевдощілини твердих тіл. Відомо, що для багатьох твердих тіл поглинання поблизу краю оптичного поглинання зростає за експоненціальним законом, що пояснюється переходами між хвостами дозволених зон, форма й величина яких залежить від різних типів розупорядкування. Більше того, для ряду напівпровідників було встановлено, що температурно-спектральна залежність коефіцієнта поглинання описується правилом Урбаха [1]: (h , T) 10 15 0 h E0 , (1) EU(T) exp де EU - урбахівська енергія; 0 та E0 - координати точки збіжності урбахівського "віяла"; h енергія кванта падаючого світла; T - температура. У зв'язку з тим, що у випадку експоненціального краю поглинання прямі оптичні переходи маскуються довгохвильовими урбахівськими "хвостами" поглинання, визначити істинне значення ширини прямої забороненої зони неможливо [2]. У такому випадку часто користуються значенням ширини оптичної псевдощілини E* , яке відповідає енергетичному положенню краю поглинання при фіксованому g рівні поглинання * 103 см 1 . Крім того, E* є параметром правила Урбаха: g E* (T) E0 EU(T) ln( g 0 / * ) . (2) Можливість використання E* замість значень ширини прямої забороненої зони у випадку g 20 25 30 35 40 урбахівської форми краю поглинання показано у роботі [3]. Найбільш близьким до запропонованого способу є спосіб, який полягає у визначенні ширини оптичної псевдощілини E'g твердого тіла за результатами спектральних досліджень краю оптичного поглинання, а саме у визначенні енергії, яка відповідає коефіцієнту поглинання * 103 см 1 на краю поглинання твердого тіла для кожної фіксованої температури [4]. Недоліком цього методу є те, що він вимагає тривалих температурно-спектральних досліджень краю оптичного поглинання твердих тіл, розрахунку спектральних залежностей коефіцієнтів поглинання та дозволяє отримати значення ширини оптичної псевдощілини E* g тільки для певних значень температури, причому з великим температурним кроком (порядку 1020 K), що явно недостатньо при дослідженнях температурної залежності ширини оптичної псевдощілини, особливо в області її аномальної поведінки. Задачею винаходу є створення способу визначення температурної залежності ширини оптичної псевдощілини E* твердих тіл, який дозволяв би швидко, ефективно та надійно g визначати значення ширини оптичної псевдощілини твердих тіл з малим температурним кроком (порядку 1 K), використовуючи при цьому методику ізоабсорбційних досліджень краю поглинання. Поставлена задача вирішується таким чином, що запропоновано спосіб визначення температурної залежності ширини оптичної псевдощілини твердих тіл, який включає дослідження краю оптичного поглинання твердих тіл, який відрізняється тим, що проводять температурні ізоабсорбційні дослідження краю оптичного поглинання твердих тіл при двох значеннях коефіцієнта поглинання 1 та 2 , для яких отримують дві температурні залежності ширини псевдозабороненої зони Eg 1 та Eg 2 , після чого отримують температурну залежність ширини оптичної псевдощілини E* як g E* g Eg 1 EU(ln * ln 1) , (3) де урбахівська енергія EU визначається за формулою EU 45 Eg 2 ln 2 Eg 1 ln . (4) 1 Запропонований спосіб визначення температурної залежності ширини оптичної псевдощілини твердих тіл, у порівнянні зі способом-прототипом, дозволяє швидко, надійно; та ефективно визначати ширину оптичної псевдощілини твердих тіл за результатами ізоабсорбційних досліджень краю поглинання, уникаючи при цьому громіздких спектральних досліджень. 1 UA 99176 C2 Спосіб здійснюється наступним чином: ізоабсорбційним методом досліджують температурні залежності ширини псевдозабороненої зони Eg та Eg при двох значеннях коефіцієнтів 1 5 10 2 поглинання 1 та 2 . Потім розраховують значення EU за формулою (4), на основі яких отримують температурну залежність ширини оптичної псевдощілини твердого тіла за формулою (3). Приклад конкретного використання запропонованого способу. За допомогою запропонованого способу визначено температурну залежність ширини оптичної псевдощілини для кристала Cu7GeS5I. За результатами температурних; ізоабсорбційних досліджень кристала Cu7GeS5I було отримано температурні залежності ширини псевдозабороненої зони при різних значеннях коефіцієнта поглинання, які наведено на фіг. 1. Потім розраховувалися значення урбахівської енергії EU за формулою (4), на основі яких отримують температурну залежність ширини оптичної псевдощілини E* за формулою (3), яку g наведено на фіг. 2. Видно, що при збільшенні температури ширина оптичної псевдощілини E* g 15 20 25 кристала Cu7GeS5I зменшується, що є типовим для твердих тіл. Винахід може бути використаний у науково-дослідних лабораторіях при дослідженні параметрів краю оптичного поглинання твердих тіл з метою їх використання у ролі функціональний елементів для оптоелектроніки. Джерела інформації: 1. Kurik M.V. Urbach rule (Review) // Phys. Stat. Sol. (a). - 1971. - Vol. 8, № 1.- P. 9-30. 2. Заметин В.И. О возможности определения ширины запрещенной зоны из спектров поглощения и модулированного поглощения в полярных материалах // Физ. Тверд. тела. - 1986. - Т. 28, № 7. - С. 2167-2172. 3. Studenyak I.P., Kranjcec M., Kovacs Gy.Sh., Panko V.V., Azhnyuk Yu.M., Desnica D.I., Borets O.M., Voroshilov Yu.V. Fundamental optical absorption edge and exciton-phonon interaction in Cu6PSsBr superionic ferroelastic // Mat. Sci. and Engineering. - 1998. - Vol. B52. - P. 202-207. 4. Студеняк І.П., Краньчец М., Курик М.В. Оптика розупорядкованих середовищ. - Ужгород: Гражда, 2008. - 220 с. - прототип. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 Спосіб визначення температурної залежності ширини оптичної псевдощілини твердих тіл, який включає дослідження краю оптичного поглинання твердих тіл, який відрізняється тим, що проводять температурні ізоабсорбційні дослідження краю оптичного поглинання твердих тіл при двох значеннях коефіцієнта поглинання 1 та 2 , для яких отримують дві температурні 35 залежності ширини псевдозабороненої зони Eg 1 та Eg 2 , після чого отримують температурну залежність ширини оптичної псевдощілини E* як g E* g де 40 Eg 1 * EU(ln * ln 1) , 103 см 1 - фіксований коефіцієнт поглинання, а урбахівська енергія EU визначається за формулою EU Eg 2 ln 2 Eg 1 ln . 1 2 UA 99176 C2 Комп’ютерна верстка M. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3