Cálculo do coeficiente de absorção de um semicondutor amorfo

Abstract

O estudo dos semicondutores amorfos nos últimos anos permitiu um entendimento detalhado das propriedades físicas e químicas destes materiais. Os estudos dos materiais cristalinos mostraram que muitas de suas propriedades poderiam estar associadas com a presença de imperfeições. Posteriormente, com o refinamento das técnicas experimentais, que permitiram a adição controlada de impurezas, em particular no estudo dos materiais Si e Ge, proporcionaram a investigação de suas propriedades intrínsecas. Estes estudos pavimentaram a utilização destes semicondutores em dispositivos, com larga aplicação tecnológica, e presentes na maiorias dos produtos eletrônicos. No caso dos semicondutores amorfos, os estudos realizados seguiram o mesmo padrão daqueles utilizados nos materiais cristalinos. Apesar de estes estudos permitirem, não de forma contundente como no caso cristalino, a separação das propriedades intrínsecas e extrínsecas, eles auxiliam para os estudo de diversas propriedades físicas principalmente no caso de materiais elementares ou binários. Neste trabalho estamos interessados em discutir as propriedades ópticas dos materiais amorfos, em particular, a transição óptica em vidros como As2S3. Para estudar esses processos e preciso investigar as relações entre a distribuição de estados eletrônicos na banda de absorção do espectro óptico. Uma possibilidade é usar os métodos desenvolvidos por Tauc e colegas[1], que consideram os semicondutores amorfos como um material cristalino com a adição de muitas imperfeições. Neste caso, as funções de onda associadas aos estados do semicondutor amorfo pode ser expressas como uma combinação linear de funções de onda associada aos estados do material cristalino, mas por outro lado, desconsiderando a condição de conservação de momentum. Neste caso, s o a conservação de energia e considerada. Estes estudos mostraram que o coeficiente de absorção óptica pode ser expresso como: (h!) = D2(h!)J(h!) onde D2(h!) corresponde ao elemento da matriz entre os estados final e inicial e J(h!) a densidade conjunta de estados. Nosso principal objetivo é determinar o perfil da curva de absorção óptica, em particular calcular D2(h!). Neste sentido, usamos o argumento de que os estados responsáveis pela absorção óptica do As2S3 são localizados e aplicamos os modelos usados em semicondutores cristalinos dopados. Considerando que os estados no limiar do espectro são responsáveis pelo limite de absorção, movendo-se em direção as energias mais altas do espectro óptico, podemos tentar explicar o comportamento da curva de absorção. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The study of amorphous semiconductors in recent years has allowed a detailed understanding of the physical and chemical properties of these crystalline materials .Studies have shown that many of their properties could be associated with the presence of imperfections. Later, with the renement of experimental techniques, which allowed the controlled addition of impurities, in particular the study of Si and Ge materials provided to investigate their intrinsic properties. These studies paved the use of semiconductor devices, with wide application in technology, and present in most electronic products. In the case of amorphous semiconductors the studies followed the same pattern as those used in crystalline materials. Although these studies allow, not so strong as in the case crystal clear separation of the intrinsic properties of extrinsic, can be used to study various physical properties, especially in the case of elementary or binary materials. In this report we are interested in discussing the optical properties of amorphous materials, in particular, optical transitions in glasses As2S3 type. To study these processes we must investigate the relationships between the distribution of electronic states in the absorption spectrum. For that we use the methods developed by Tauc and coworkers, who consider the semiconductor as a crystalline material with the addition of many imperfections. In this case the wave functions associated with states of semiconductor material can be expressed as a linear combination of wave functions associated with states of crystalline material, but on the other hand, disregarding the rule estringente conservation of momentum. In this case, only the energy conservation is considered. These studies showed that the optical absorption coecient can be expressed as : (h!) = D2(h!)J(h!) where D2(h!) is the matrix element between the states and J(h!) the joint density of states . Our main objective is to determine the prole of the optical absorption curve, in particular the calculation of D2(h!). In this sense, we use the argument that the states responsible for the optical absorption of As2S3 are localized and apply the models used in crystalline semiconductors doped with impurities. Whereas the states on the threshold of the spectrum are responsible for the absorption threshold, moving toward the energies in the optical spectrum, we can try to explain the behavior of the aborption curve.