Оптичні константи. При вивченні оптичних властивостей напівпровідників використовують показник заломлення n та показник поглинання світла k. Взаємозв’язок між n та k визначається виразом
У класичній електромагнітній теорії світла комплексний показник заломлення пов’язують з комплексною діелектричною проникністю e* речовини. Для немагнітних ізотропних середовищ, де діелектрична проникність та електропровідність s скалярні, зв’язок між n* і e* має вигляд
де eо = 8,86 ´ 10-12 Ф/м – діелектрична проникність вакууму. Величина e* визначається формулою
де e – дійсна частина діелектричної проникності; (SIGMA) – питома електропровідність речовини при заданій частоті n світла.
Зауважимо, що в загальному випадку значення SIGMA не дорівнює провідності SIGMAо речовини при малих частотах або при відсутності освітлення речовини. З виразів (4.1), (4.2) і (4.3) випливає:
і
Величину e/eо позначають через e1 і називають відносною діелектричною проникністю речовини. В області прозорості при слабкому поглинанні світла виконується нерівність k << n. У цьому випадку головний показник заломлення світла в речовині дорівнює квадратному кореневі з відносної діелектричної проникності
Оптичні коефіцієнти. Для визначення оптичних коефіцієнтів використовуємо закон збереження енергії, який запишемо у вигляді:
або
де І – інтенсивність світлового пучка, що падає на поверхню напівпровідникової пластинки товщиною d (рис. 4.1); IR – інтенсивність відбитої від поверхні частини світлового пучка; IТ – інтенсивність тієї частини світлового пучка, яка перейшла через пластинку; Ia – інтенсивність частини світлового пучка, яка поглинається напівпровідниковою пластинкою.
Відношення
називають коефіцієнтом відбивання. Коефіцієнт R характеризує відбивну здатність поверхні напівпровідника. Значення R залежить від стану поверхні та природи матеріалу.
Відношення
називають коефіцієнтом пропускання, який характеризує прозорість матеріалу. Значення Т залежить від природи, досконалості кристалічної структури та чистоти напівпровідника. У ряді випадків прозорість залежить від товщини напівпровідникової пластинки.
Рис. 4.1. Взаємодія світлового пучка з речовиною напівпровідника
Здатність напівпровідників поглинати енергію електромагнітного випромінювання визначається коефіцієнтом поглинання a, який дорівнює
де k – показник поглинання світла.
Враховуючи зв’язок між довжиною хвилі l та частотою світла (l = с/n) і зв’язок n з коловою частотою w, співвідношення (4.11) можна записати у вигляді:
або