Etude des propriétés électriques et optiques des complexes (D+,X) dans les microcristallites de semi-conducteur de forme sphérique

Study of the electronic and optical properties of the (D+, X) complexes in semiconductor spherical microcrystallites

• Auteur / Autrice : El Mahdi Assaid
• Direction : Bernard Stébé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Puits quantiques

Excitons

Semiconducteurs

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse, est consacré à l'étude du complexe résultant de la liaison d'un exciton à un donneur ionisé dans une microcristallite de semi-conducteur de forme sphérique. Dans le cadre de l'approximation de la fonction enveloppe, et en modélisant le confinement par un puits de potentiel infini, nous avons donné l'équation effective du complexe. Par une approche variationnelle, nous avons déterminé l'énergie fondamentale du complexe, et étudié ses variations en fonction du rayon R de la microcristallite et du rapport des masses effectives de l'électron et du trou. Nous avons ensuite comparé l'énergie du complexe à l'énergie du produit de dissociation le plus stable: le donneur neutre et le trou. Nous avons ainsi montré que pour une valeur de [sigma]> [sigma]3Dc, la stabilité du complexe est obtenue pour des rayons de la microcristallite tels que R1([sigma]) < R < R2([sigma]). En revanche, lorsque [sigma]< [sigma]3Dc, la stabilité du complexe est obtenue pour des microsphères telles que R > R1([sigma]). R1([sigma]) et R2([sigma]) sont les rayons critiques inférieur et supérieur, [sigma]3Dc est le rapport critique relatif au semi-conducteur massif. Nous avons aussi montré que pour chaque, il existe une taille optimale de la microcristallite pour laquelle la stabilité est maximale. Nous avons ensuite déterminé l'intensité d'oscillateur de la transition dipolaire électrique entre l'état fondamental de la microcristallite et l'état correspondant à un exciton lie à un donneur ionisé. Nous avons comparé cette intensité à l'intensité d'oscillateur excitonique, et montre que le confinement quantique privilégie l'absorption du complexe au détriment de l'absorption excitonique. Ainsi pour des microcristallites de taille voisine de la taille excitonique, l'intensité d'oscillateur du complexe est nettement supérieure à l'intensité d'oscillateur excitonique

The present work is devoted to the study of the complex resulting from the binding of an exciton to an ionized donor in semiconductor spherical microcrystallite. We have assumed infinite conduction and valence band offsets and used the envelope function approximation. Within a variational approach we have determined the fundamental energy of the complex as a function of the microcrystallite radius R and the electron to hole mass ratio [sigma]. Then we have compared the energy of the complex to the energy of the most stable dissociation product : the neural donor and the hole. In contrast with the bulk where the complex is stable when [sigma]<[sigma]3Dc, we have shown that the stability domains in the microcrystallite are R1([sigma]) < R < R2([sigma]) for [sigma]> [sigma]3Dc, and R > R1([sigma]) for [sigma]<[sigma]3Dc. R1([sigma]) and R2([sigma]) are the lower and upper critical radii. Wehave also shown that for every value of [sigma], there is an optimal size of the microcristallite which corresponds to a maximal stability. We have determined the oscillator intensity of the dipolar electric transition between the ground state of the microcrystallite and the state corresponding to an exciton bound to an ionized donor. We have compared this intensity to the excitonic oscillator intensity, and shown that the quantum confinement favours the absorption of the complex to the detriment of the excitonic absorption. So for a microcrystallite with a size comparable to the excitonic size, the oscillator intensity of the complex is clearly upper than the excitonic oscillator intensity