《固體光學(xué)與光譜學(xué)》

18.5摻雜、無序晶格振動的紅外吸收，局域振動模晶格模（基模）：TA,LA,TO,LO,

延展性(extended)無序、小尺寸—k守恒失效—晶格模的IR與Raman活性雜質(zhì)與缺陷態(tài)對晶體的重要性,p-n結(jié)，發(fā)光中心，敏化中心，猝滅中心，colorcenter等，使材料具有某種功能雜質(zhì)與缺陷態(tài)引起的振動模共振模：對晶格振動的調(diào)制，在缺陷附近晶格模得到加強(qiáng)的缺陷模叫做共振模，其頻率與晶格模相同，廣延性局域模：定域化(Localization)帶隙模：頻帶位于母晶格振動模頻帶之間的，定域化高頻局域模：頻率比母晶格振動基頻高，定域化低頻準(zhǔn)局域模：準(zhǔn)定域化2一維晶體中雜質(zhì)引起的振動模示意圖.

(a)共振模；(b)高頻局域模；(c)準(zhǔn)局域模M’>M共振模M’<M局域模M′

M準(zhǔn)局域模雜質(zhì)對晶格振動模的調(diào)制與雜質(zhì)質(zhì)量有關(guān)3局域模：一維單原子鏈(M)+替位雜質(zhì)原子(M')一維單原子鏈(M)的格波解質(zhì)量缺質(zhì)量缺模型-替位雜質(zhì)原子(M')產(chǎn)生局域模

LM'<M,高頻局域模

L>

m4雙原子晶格（M1>M2

）：

M'替代M2:M'>M2，帶隙模

；

M'<M2，高頻局域模；

M'替代M1:M'>M1，共振模

；

M'<M1，帶隙模。頻率M'>M2

M'<M2M'>M1

M'<M1共振模或帶隙模高頻局域模光學(xué)支聲學(xué)支共振模或帶隙模5高頻局域模：硅中摻輕雜質(zhì)Li和B

的紅外吸收光譜

-----硅TO+TA的吸收,—雜質(zhì)的吸收，—晶格吸收高頻限

輕雜質(zhì),高頻頻率估計同位素效應(yīng)：

遵從質(zhì)量開方

反比律7Li6Li11B10B摻B和Li單晶Si純單晶Si6模式辨認(rèn)(Assignment):下標(biāo)S和D分別表示對稱和形變振

動模的吸收

局域模紅外吸收峰(1500K)喇曼散射峰位(3000K)

11B618(cm-1)620(cm-1)

10B

635

635

7Li

522

6Li539

[10B-7Li]S565570[11B-7Li]D

664660

[10B-7Li]S

585

[10B-7Li]D680

7電負(fù)性效應(yīng)：高電負(fù)性元素替代，提高振動模頻率電負(fù)性對局域模Si-H拉伸振動頻率的影響經(jīng)驗(yàn)公式

對晶格模Si-Si振動頻率的影響經(jīng)驗(yàn)公式Si,SR=2.6,

Si-Si=480cm-1F原子替代Si,SRF=5.75,

Si-Si=506cm-1Si,SSi

’=2.6,

Si-H=1953cm-1N,SN

’=3.6,

Si-H=2152cm-1O,SO

’=4.0,

Si-H=2246cm-18局域模的振動方式(頻率依振動方式而異)Si-H鍵的不同振動方式：Si-H

拉伸

2000cm-1Si

900cm-1(Si-H)n搖擺

640cm-1H

H

H在Si中的高頻局域模不同功率下氫化非晶硅(a-Si:H)薄膜的紅外吸收光譜彎曲(剪切)StretchBendWag(A)(A)(A)(C)Si-H2拉伸（反對稱）Si-H拉伸（對稱）9

Si-H鍵的可能振動方式[以氫化非晶硅(a-Si:H)

為例]單H鍵雙H鍵三H鍵10輕雜質(zhì)誘導(dǎo)低頻準(zhǔn)局域模輕雜質(zhì)誘導(dǎo)低頻準(zhǔn)局域模無序體系，全部晶格模激活與雜質(zhì)含量相關(guān)，存在一個臨界雜質(zhì)濃度，形成團(tuán)簇(cluster)，如

(SiH4),(SiD4),(GeH4),(GeD4),不遵守質(zhì)量平方根反比律存在同位素效應(yīng)在晶格臨界點(diǎn)附近,兼有晶格模延展性和局域化性質(zhì)11H誘導(dǎo)低頻準(zhǔn)局域模：a-Si,a-Si:H(左),a-Ge,a-Ge:H(右)的紅外吸收光譜(下),單晶Si和Ge態(tài)密度的計算結(jié)果(上圖)，注意氫引起的準(zhǔn)局域振動模：a-Si:H中為215cm-1，a-Ge:中為120cm-112求H、D在a-Si:H中的準(zhǔn)局域模頻率：引入質(zhì)量缺求解久期方程作簡化處理可得對a-Si:H：138.7多聲子過程的IR

吸收起源:(格)波的疊加頻率關(guān)系：波矢關(guān)系：原則上，B區(qū)全部聲子都可以參與多聲子過程8.6晶格振動光吸收的量子力學(xué)處理(自學(xué)!)14

多聲子過程波矢關(guān)系示意圖.實(shí)線代表聲子,虛線代表倒格矢量G,，點(diǎn)線為合成的聲子波矢.

和頻差頻泛頻(overtone)—2次,3次…諧波15單晶硅多聲子紅外吸收光譜

(cm-1)50010001500波數(shù)(cm-1)16單晶硅多聲子紅外吸收譜的辯認(rèn)峰值波數(shù)(mm-1)峰值能量(eV)多聲子過程辨認(rèn)144.80.17953TO137.80.17082TO+LA130.20.16142TO+LO;2TA+LA96.40.11952TO89.60