energia Urbacha

Energia Urbacha lub Urbach Edge to parametr zwykle oznaczany z wymiarami $energii$ używany do ilościowego określania nieporządku energetycznego na krawędziach pasma półprzewodnika . Ocenia się ją, dopasowując współczynnik absorpcji jako funkcję energii do funkcji wykładniczej. Jest często używany do opisu transportu elektronów w strukturalnie nieuporządkowanych półprzewodnikach, takich jak uwodorniony bezpostaciowy krzem .

Wstęp

Chociaż nie jest to widoczne na prostym diagramie pasmowym położenia energii (po lewej), gęstość stanów (środek) zarówno w paśmie walencyjnym, jak i w paśmie warunków wzrasta, im dalej od pasma wzbronionego. Oznacza to, że absorbancja półprzewodnika będzie rosła wraz z energią.

$do ilościowego$ początku absorpcji optycznej używany jest pojedynczy parametr: pasmo wzbronione . W $są$ jako zdolne do pochłaniania fotonów $powyżej$ , ale są przezroczyste dla fotonów Jednak gęstość stanów w trójwymiarowych półprzewodnikach wzrasta dalej od pasma wzbronionego (nie jest to generalnie prawdą w przypadku półprzewodników o niższych wymiarach ). Z tego powodu współczynnik absorpcji rośnie wraz z $.$ Energia Urbacha określa ilościowo stromość początku absorpcji w pobliżu krawędzi pasma, a tym samym szerokość gęstości stanów . Ostrzejszy początek absorpcji oznacza niższą energię Urbacha.

Historia i nazwa

Energia Urbacha jest definiowana przez wykładniczy wzrost absorbancji wraz z energią. Podczas gdy wcześniej w materiałach fotograficznych obserwowano wykładniczą zależność absorbancji, to Franz Urbach systematycznie oceniał tę właściwość w kryształach. Użył bromku srebra do swoich badań, pracując w firmie Kodak w 1953 roku.

Definicja

Wiadomo, że absorpcja w półprzewodnikach rośnie wykładniczo w pobliżu początku absorpcji, obejmując kilka rzędów wielkości. Absorpcję jako funkcję energii można opisać następującym równaniem:

${\ Displaystyle \ alfa (E) = \ alfa _ {0} \ exp {\ biggl (} {\ Frac {EE_ {1}} {E_ {0}}}{\biggr )}}$

gdzie i są parametrami dopasowania o wymiarach odpowiednio odwrotnej długości i energii, a mi $jest$ Urbacha ${0}}$$\ alpha$ . To równanie jest ważne tylko wtedy, gdy ${\ Displaystyle \ alpha \ propto \ exp (E)}$ . Energia Urbacha jest zależna od temperatury.

Wartości temperatury pokojowej $amorficznego$ uwodornionego krzemu wynoszą zwykle od 50 m eV do 150 meV.

Stosunek do opłaty za transport

Energia Urbacha jest często oceniana w celu sformułowania stwierdzeń dotyczących energetycznego nieporządku krawędzi pasm w strukturalnie nieuporządkowanych półprzewodnikach. Wykazano, że energia Urbacha rośnie wraz z gęstością zwisających wiązań w uwodornionym amorficznym krzemie i wykazano, że jest silnie skorelowana z nachyleniem ogonów pasm ocenianych za pomocą pomiarów tranzystorowych . Z tego powodu może być używany jako wskaźnik energii aktywacji w $półprzewodnikach$ podlegających wielokrotnemu pułapkowaniu i Istotne jest stwierdzenie, że ${\ Displaystyle E_ {0}}$$to$ nie to samo, $obydwoma$ , ponieważ opisuje zaburzenie związane z jednym zespołem, a

Pomiar

Aby ocenić energię Urbacha, należy zmierzyć współczynnik absorpcji w kilku rzędach wielkości. Z tego powodu stosowane są techniki o wysokiej precyzji, takie jak metoda stałego fotoprądu (CPM) lub fototermiczna spektroskopia ugięcia .