《固体光学与光谱学》

18.5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，colorcenter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示意图.

(a)共振模；(b)高频局域模；(c)准局域模M’>M共振模M’<M局域模M′

M准局域模杂质对晶格振动模的调制与杂质质量有关3局域模：一维单原子链(M)+替位杂质原子(M')一维单原子链(M)的格波解质量缺质量缺模型-替位杂质原子(M')产生局域模

LM'<M,高频局域模

L>

m4双原子晶格（M1>M2

）：

M'替代M2:M'>M2，带隙模

；

M'<M2，高频局域模；

M'替代M1:M'>M1，共振模

；

M'<M1，带隙模。频率M'>M2

M'<M2M'>M1

M'<M1共振模或带隙模高频局域模光学支声学支共振模或带隙模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7Li6Li11B10B掺B和Li单晶Si纯单晶Si6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

局域模红外吸收峰(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=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-1H

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)StretchBendWag(A)(A)(A)(C)Si-H2拉伸（反对称）Si-H拉伸（对称）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11H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120cm-112求H、D在a-Si:H中的准局域模频率：引入质量缺求解久期方程作简化处理可得对a-Si:H：138.7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

(cm-1)50010001500波数(cm-1)16单晶硅多声子红外吸收谱的辩认峰值波数(mm-1)峰值能量(eV)多声子过程辨认144.80.17953TO137.80.17082TO+LA130.20.16142TO+LO;2TA+LA96.40.11952TO89.60