σχολη εφαρμοσμένων μαθηματικων και φυσικων ... - DSpace

Οι διαζωνικές μεταβάσεις προαπαιτούν την ύπαρξη ακτινοβολίας με φωτόνια,
των οποίων η ενέργεια θα είναι μεγαλύτερη από το ενεργειακό χάσμα, έτσι ώστε
να είναι δυνατή η απευθείας μετάβαση ενός ηλεκτρονίου από τη Ζ.Σ. στην Ζ.Α. με
αποτέλεσμα την δημιουργία ζεύγους οπής – ηλεκτρονίου. Για το πυρίτιο, αυτή είναι
η συνήθης περίπτωση για laser στο υπεριώδες ή στο ορατό (όπου η ενέργεια
είναι μεγαλύτερη από το Ε g =1.75 eV). Αντίθετα για laser τα οποία είναι στο υπέρυθρο
(και ειδικά προς το μακρινό υπέρυθρο), ο κυρίαρχος μηχανισμός απορρόφησης
σχετίζεται με την ύπαρξη ενδιάμεσων ενεργειακών επιπέδων, τα οποία
προκύπτουν από προσμίξεις ή άλλες ατέλειες. Μέσω των επιπέδων αυτών είναι
δυνατή η απορρόφηση φωτονίων με μικρότερη ενέργεια. Αντίθετα με το πρώτο
μηχανισμό, ο οποίος δεν εξαρτάται από τα επίπεδα νόθευσης και την θερμοκρασία,
ο δεύτερος παρουσιάζει πολύ σημαντική εξάρτηση και από τα δυο. Ως αποτέλεσμα,
για την ορθή περιγραφή της αλληλεπίδρασης σε μεγάλα μήκη κύματος,
είναι απαραίτητη η γνώση της εξάρτησης του συντελεστή απορρόφησης από τη
θερμοκρασία και την συγκέντρωση των προσμίξεων.
Μετά την απορρόφηση ενέργειας από τους φορείς, η ενέργεια ανακατανέμεται
στο υλικό με μια από τις επόμενες διαδικασίες: συγκρούσεις μεταξύ των φορέων,
δημιουργία πλασμονίων, επανασύνδεση ηλεκτρονίου οπής, μέσω της διαδικασίας
Αuger, δημιουργία ζεύγους ηλεκτρονίου - οπής λόγω ιονισμού και εκπομπή
φωτονίου. Συγκεκριμένα, όταν η συγκέντρωση των φορέων είναι μεγάλη, οι συγκρούσεις
μεταξύ τους είναι πολύ συχνές, με αποτέλεσμα η διαδικασία δημιουργίας
πλασμονίων να επικρατεί της εκπομπής φωτονίων. Επειδή ο χρόνος εφησυχασμού
για τις συγκρούσεις των φορέων είναι πολύ μικρός, τελικά αποκαθίσταται
ισορροπία στην θερμική κατανομή των φορέων προτού κάποιο ουσιαστικό ποσό
ενέργειας δοθεί στο πλέγμα. Τόσο για την διαδικασία Auger, όσο και για τον ιονισμό
δεν έχουμε αφαίρεση ενέργειας από το σύστημα των φορέων για να μεταφερθεί
στο πλέγμα. Κατά την διαδικασία Auger, έχουμε την καταστροφή ενός
ζεύγους ηλεκτρονίου οπής με ταυτόχρονη μεταφορά ενέργειας σε ένα ηλεκτρόνιο
της Ζώνης Αγωγιμότητας. Αντίθετα κατά τον ιονισμό, ένα ηλεκτρόνιο δημιουργεί
ένα ζεύγος ηλεκτρονίου οπής. Η διαδικασία Auger είναι πιο συχνή, αφού χρειάζεται
ενέργεια ίση με E g , ενώ ο ιονισμός απαιτεί ενέργεια 2Ε g . Επίσης η εκπομπή
φωτονίων (αλληλεπίδραση ηλεκτρονίου – φωνονίου) προκαλεί μεταφορά ενέργειας
στο πλέγμα με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας.
Αφού η οπτική ενέργεια μετασχηματισθεί σε θερμότητα, τότε αυτή θα διαχυθεί
ισοτροπικά προς όλες τις κατευθύνσεις. Η μεταφορά θερμότητας είναι ανάλογη
της θερμικής αγωγιμότητας και αντιστρόφως ανάλογη της πυκνότητας και της ειδικής
θερμοχωρητικότητας. Αν και η θερμική διάχυση δεν εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά
της δέσμης (μήκος κύματος κ.α.), εξαρτάται από την τετραγωνική
ρίζα της διάρκειας του παλμού. Επομένως, στην περίπτωση ενός υπερβραχέος
παλμού, η αναμενόμενη θερμική διάχυση θα είναι μικρή. Συνολικά, η κατανομή
της θερμοκρασίας, εξαρτάται τόσο από την απορρόφηση όσο και τη διάρκεια του
παλμού και ως εκ τούτου χρειάζεται προσεκτική διερεύνηση για την επίτευξη του
επιθυμητού βάθους της θέρμανσης.
23