電子–空穴液滴，在很低溫度，用適當波長的強光照射純淨的沒有載流子的半導體鍺或矽晶體，產生數量相等的電子和空穴，形成電漿所凝結的液體。
基本介紹
- 中文名：電子–空穴液滴
- 所屬學科：物理學
電子–空穴液滴生成時發生一系列物理過程。以鍺為例，當價帶中一個電子吸收的能量為hν且大於鍺能隙Eg的一個光子時，電子便躍遷到導帶變為一個自由電子，在價帶里留下一個自由空穴。大約經過10−9秒，電子和空穴之間有禁止的庫侖吸引作用，可結合成類似於氫原子的激子，釋放出的激子的結合能為4.15×10−3電子伏。鍺中的激子大約經歷8×10−6秒就會消失，電子與空穴複合而發出光子。用強光照射處在低溫時的鍺，在晶體中產生濃度充分高的電子和空穴，它們凝結成液滴，生存時間約為4×10−5秒。鍺晶體如果有應變，液滴的存在時間，約4×10−4秒，表明電子–空穴液滴可形成穩定的相。如果液滴是由電中性的激子凝結成的，它不導電。如果液滴是由電子和空穴凝結而成的，它是具有金屬性的液體，能夠導電。這就是1968年L.V.凱爾迪什所說的在EHD液滴里激子已分解成電子和空穴組成的二元費米氣體。由於其密度高，服從費米–狄拉克統計分布，故稱簡併的二元費米氣體，即簡併電漿。EHD就是由它們凝聚而成的液體。從理論上分析，EHD是穩定相，液體中平均每個電子–空穴對的基態能量EG必須要比激子能量低。基態能量包含二元電漿中電子支系統和空穴支系統的動能、兩支系統的交換能、關聯能。這三項能量都依賴於電子密度n(等於空穴密度)。針對鍺的情況，當n=n0=2.57×1017厘米−3時，基態能EG最小，等於5.3×10−3電子伏，比每個激子的結合能大1.15×10−3電子伏。氣體變成液體的臨界溫度Tc=6.7K。對於矽和磷化鎵，它們的電子–空穴液體相對於自由激子的結合能分別為9.3×10−3電子伏和1.75×10−2電子伏，粒子濃度分別為nc=3.5×1018厘米−3和8.6×1018厘米−3，臨界溫度分別為23K和45K。
