Физический энциклопедический словарь - экситон

Э. Ванье — Мотта представляет собой водородоподобное связанное состояние эл-на проводимости и дырки в полупроводнике. Энергии связи ξ* и эфф. радиусы а* Э. Ванье — Мотта можно оценить по ф-лам Бора для атома

водорода, учитывая, что эффективные массы эл-нов проводимости m*э и дырок m*д отличаются от массы свободного эл-на m0 и что кулоновское притяжение эл-на и дырки ослаблено диэлектрич. проницаемостью :

m* =mэmд/(mэ+mд) — приведённая масса Э.,

е — заряд эл-на. Учёт сложной зонной структуры и вз-ствия эл-нов и дырок с фононами меняет порядок величин ξ* и а*. Для Ge, Si и ПП типа А^IIIВ^V и A^IIB^V обычно m* ~ 0,1m0, ~10; при этом ξ ~10^-2 эВ и а* =10^-6 см. Т. о., энергия связи Э. Ванье — Мотта во много раз меньше, чем энергия связи эл-на с протоном в атоме водорода, а радиусы Э. во много раз больше межат. расстояний в кристалле.

Большие значения а* означают, что в ПП Э.— макроскопич. образование. Эффективная масса, соответствующая движению его (как целого): М=mэ+mд. Для щёлочно-галоидных кристаллов и кристаллов благородных газов ξ*~1 эВ, а*~10^-7—10^-8 см; такие Э. занимают промежуточное положение между Э. Френкеля и Э. Ванье — Мотта. Образование Э. сопровождается деформацией элем. ячейки. Время жизни т Э. невелико: эл-н и дырка рекомбинируют с излучением фотона, обычно за время ~10^-5—10^-7 с. Кроме того, Э. может погибнуть безызлучательно, напр. при захвате дефектами решётки.

При малых концентрациях Э. ведут себя в кристалле подобно газу. При больших концентрациях становится существенным их вз-ствие и возможно образование связанного состояния двух Э.— экситонной молекулы (биэкситона). При достижении нек-рой критич. концентрации (зависящей от темп-ры) в ПП происходит «сжижение» экситонного газа — образование относительно плотной электронно-дырочной фазы (электронно-дырочных капель), обладающей металлич. св-вами. При этом расстояние между ч-цами порядка радиуса Э. Электронно-дырочные капли обладают высокой плотностью (при малой средней по объёму концентрации Э.), большой подвижностью в неоднородных полях.

Э. состоит из двух фермионов, поэтому его можно рассматривать как бозон. Это означает, что в принципе возможна бозе-конденсация Э. (либо биэкситонов), приводящая к существованию в кристалле потоков энергии, не затухающих в течение времени жизни Э. Однако это явление пока не наблюдалось.

• Н о к с Р., Теория экситонов, М., 1966; Гросс Е., Экситон и его движение в кристаллической решетке, «УФН», 1962, т. 76, в. 3, с. 433; Агранович В. М., Теория экситонов, М., 1968; Давыдов А. С., Теория молекулярных экситонов, М., 1968.

А. П. Силин.