Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

A model for optical absorption porous silicon

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

แบบจำลองการดูดกลืนแสงของซิลิคอนรูพรุน

Year (A.D.)

2002

Document Type

Thesis

First Advisor

Wichit Sritrakool

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

Doctor of Philosophy

Degree Level

Doctoral Degree

Degree Discipline

Physics

DOI

10.58837/CHULA.THE.2002.1047

Abstract

เราได้จำลองซิลิคอนรูพรุน ให้เป็นระบบไร้ระเบียบซึ่งประกอบขึ้นด้วยหลุมศักย์สามมิติซึ่งมีการกระจายอย่างสุ่ม หลุมศักย์เหล่านี้เกิดขึ้นจากการนำอะตอมของวิลิคอนบางส่วนออกไปอย่าสุ่มจากผลึกสมบูรณ์ของซิลิคอน เราสามารถหาสมการเชิงวิเคราะห์ของความหนาแน่นสถานะเชิงอิเล็กตรอนได้โดยการใช้เทคนิคการอินทิกรัลตามวิถีของฟายน์แมนสำหรับระบบไร้ระเบียบ การกระเพื่อมของศักย์อย่างสุ่มนี้เป็นสาเหตุทำให้เกิดสถานะเฉพาะถิ่นในส่วนหางของแถบพลังงานและทำให้ช่องว่างพลังงานกว้างขึ้นด้วย การกว้างขึ้นของช่องว่างแถบพลังงานนี้สามารถสังเกตได้จากช่องว่างสภาพเคลื่อนที่ได้ของซิลิคอนรูพรุนและสามารถประเมินได้ว่าเป็นฟังก์ชันของค่าความพรุน เราได้คำนวณหาค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนเชิงแสงสำหรับค่าความพรุนโดยใช้แบบจำลองการดูดกลืนอย่างง่ายร่วมกับความหนาแน่นสถานะที่ได้จากการคำนวณเพื่อที่จะพิจารณาช่วงของพลังงานที่การดูดกลืนเชิงแสงมีส่วนเกี่ยวข้องอย่างมีนัยสำคัญกับการเปลี่ยนสถานะโดยไม่มีโฟนอนมาเกี่ยวข้อง ผลจากการคำนวณชี้ให้เห็นว่าในการดูดกลืนเชิงแสงนั้นเราสามารถละทิ้งผลจากการเปลี่ยนสถานะโดยไม่มีโฟนอนมาเกี่ยวข้องได้อย่างมีเหตุผล นอกจากนี้เรายังวิเคราะห์ค่าความแรงของตัวกระเจิงประกอบกับผลการคำนวณการดูดกลืนเชิงแสงซึ่งแสดงให้เห็นถึงบทบาทที่สำคัญของการแจกแจงขนาดของผลึกขนาดนาโนเมตรในซิลิคอนรูพรุน

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

We model porous silicon as a disordered system assembled of random distributing three-dimensional quantum wells produced from random removals of some silicon atoms from a perfect crystalline silicon. An analytic expression for its electronic density of states is determined using Feynman’s path integral technique for disordered systems. Random fluctuations generated from disorder of the system create localized states in band tails as well as band-gap widening. The latter effect could be observed from the mobility gap of porous silicon, and can roughly be estimated as a function of its porosity. Optical absorption coefficients with various values of porosity are determined using the obtained density of states and a simple absorption model in order to investigate the energy range which significantly involves with non-phonon assisted transitions. The calculation indicates that non-phonon assisted processes can reasonably be neglected in optical absorption calculation for all values of porosity of studies. The important role of nanocrystal size distribution of porous silicon is also emphasized in the calculation as well as examination of scatterer strength.

Link to Full Text

Share

COinS