1、1,8.5 掺杂、无序晶格振动的红外吸收，局域振动模,晶格模（基模）：TA, LA, TO, LO, 延展性(extended)无序、小尺寸k守恒失效晶格模的IR与Raman活性杂质与缺陷态对晶体的重要性, p-n结，发光中心，敏化中心，猝灭中心，color center等，使材料具有某种功能杂质与缺陷态引起的振动模共振模：对晶格振动的调制，在缺陷附近晶格模得到加强的缺陷模叫做共振模，其频率与晶格模相同，广延性 局域模：定域化(Localization)带隙模：频带位于母晶格振动模频带之间的，定域化高频局域模：频率比母晶格振动基频高，定域化低频准局域模：准定域化,2,一维晶体中杂质引起的振动模
2、示意图. (a)共振模；(b) 高频局域模； (c) 准局域模,MM共振模,MM2 ）： M替代M2: M M2，带隙模 ； M M1，共振模 ； M M1，带隙模。,5,高频局域模：硅中掺轻杂质 Li 和 B 的红外吸收光谱-硅TO+TA的吸收,杂质的吸收，晶格吸收高频限,轻杂质,高频 频率估计 同位素效应： 遵从质量开方 反比律,6,模式辨认(Assignment):下标S和D分别表示对称和形变振 动模的吸收,7,电负性效应：高电负性元素替代，提高振动模频率,电负性对局域模Si-H拉伸振动频率的影响 经验公式 对晶格模Si-Si振动频率的影响 经验公式,Si, SR=2.6, Si-Si=
3、480cm-1F 原子替代Si, SRF=5.75, Si-Si=506cm-1,Si, SSi =2.6, Si-H= 1953 cm-1N, SN =3.6, Si-H = 2152 cm-1O, SO =4.0, Si-H = 2246 cm-1,8,局域模的振动方式(频率依振动方式而异),Si-H键的不同振动方式：Si-H 拉伸 2000cm-1Si 900cm-1(Si-H)n摇摆 640cm-1,H H,H在Si中的高频局域模,不同功率下氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜的红外吸收光谱,弯曲(剪切),9,Si-H键的可能振动方式以氢化非晶硅(a-Si:H) 为例,单H键,双H键,三H键
4、,10,轻杂质诱导低频准局域模,轻杂质诱导低频准局域模无序体系，全部晶格模激活与杂质含量相关，存在一个临界杂质浓度，形成团簇(cluster)，如 (SiH4), (SiD4), (GeH4), (GeD4), 不遵守质量平方根反比律存在同位素效应在晶格临界点附近, 兼有晶格模延展性和局域化性质,11,H诱导低频准局域模：a-Si, a-Si:H(左), a-Ge, a-Ge:H(右)的红外吸收光谱(下), 单晶Si和Ge态密度的计算结果(上图)，注意氢引起的准局域振动模： a-Si:H中为215cm-1， a-Ge:中为120 cm-1,12,求H、D 在a-Si:H中的准局域模频率：,引入
5、质量缺,求解久期方程,作简化处理,可得,对a-Si:H：,13,8.7 多声子过程的IR 吸收,起源:(格)波的叠加频率关系：波矢关系：原则上，B区全部声子都可以参与多声子过程,8.6 晶格振动光吸收的量子力学处理(自学!),14,多声子过程波矢关系示意图. 实线代表声子, 虚线代表倒格矢量G,，点线为合成的声子波矢.,和频 差频 泛频(overtone) 2次, 3次谐波,15,单晶硅多声子红外吸收光谱,16,单晶硅多声子红外吸收谱的辩认,17,多声子红外吸收的温度效应,不同温度下单晶硅多声子红外吸收光谱,18,由量子理论可知:,对单声子过程: 吸收强度与温度无关,对双声子过程: 吸收强度与温度有关,
