Широкозонные полупроводники при соответствующем легировании становятся прозрачными для видимого излучения и высокоотражающими для инфракрасного и могут с успехом использоваться как теплоотражающие покрытия. Наличие свободных носителей заряда в полупроводнике оказывает заметное влияние на оптические свойства вещества. Предположим, что - диэлектрическая проницаемость вещества в отсутствие свободных носителей заряда. К веществу, в которое путем легирования 1) введены свободные носители заряда, можно применить, согласно Друде, следующие уравнения дисперсии:
Значение времени релаксант γ зависит от подвижности носителей заряда μ, измеренной при пропускании постоянного тока (γ= е/μт*). Величина N представляет собой концентрацию свободных носителей заряда, е - заряд электрона, т* - эффективная масса носителей заряда, ε0 - диэлектрическая проницаемость свободного пространства. Приведенные выше уравнения можно преобразовать, введя выражение для частоты плазменного резонанса
Это выражение получается из первого уравнения дисперсии, если принять п2-к2=0. С введением независимой переменной ω/ωp и параметра вещества γ/ωp уравнения упрощаются
С помощью этих уравнений можно рассчитать п и k и затем определить отражательную способность R:
Результаты таких расчетов представлены на рис. 1.3.1. Крутизна кривой в области пороговой длины волны зависит от отношения у . Для получения фильтра с резким скачком оптических свойств отношение γ/ωp должно быть возможно меньшим. При правильно выбранной толщине пленки положение пороговой длины волны определяется главным образом величиной ωp. Отношение γ/ωp будет малым при малом значении у. Это означает, что требуется вещество с наибольшим возможным произведением подвижности на эффективную массу носителей заряда. Кроме того, концентрация свободных носителей заряда N должна быть высокой, не ниже 1020 см Получить такую концентрацию носителей достаточно сложно, поскольку большинство полупроводниковых материалов невозможно так сильно легировать. Однако в некоторых окисных полупроводниках, таких, как SnO2 и In2О3, концентрация носителей заряда может быть выше 1020 см-3.
1)Примесями, ионизирующимися при комнатной температуре. — Прим. ред.
In2О3 более перспективен по сравнению с SnO2 , поскольку подвижность свободных носителей заряда в нем выше, чем в SnO2 . Получено электропроводящее покрытие из Cd2SnO4 с лучшей, чем у In 2О3, прозрачностью и проводимостью и тем самым продемонстрированы возможности С<12 SnO4 как дешевого материала для применения в преобразователях солнечной энергии [10, 12, 24].
Опубликован обзор [ 25] работ по прозрачным проводящим покрытиям, выпушенных до 1955 г. С тех пор появилось много новых работ, поскольку эти материалы нашли широкое применение. В большой обзорной статье [26] обобщаются структурные,электрические и оптические свойства SnO2. Оценка качества прозрачных покрытий из металлов и полупроводников, включая Cd2SnO4 , приводится в прекрасной обзорной статье [24]. Недавно опубликован подробный обзор [23], посвященный современному состоянию разработок прозрачных электропроводящих покрытий и их технических приложений. В нем представлены пленки из таких металлов, как Au, Ag и Pt, а также пленки из окислов металлов, например SnO2, In2O3, CdO. Рассмотрены методы получения, физическая природа проводимости и прозрачности, зависимость электрических и оптических свойств от условий осаждения, а также области применения пленок. Эти обзорные работы полно и правильно отражают состояние проблемы прозрачных электропроводящих покрытий до 1976 - 1977 гг. Поэтому ограничимся описанием только некоторых свойств пленок, важных для преобразования солнечной энергии, а также упомянем новые работы, опубликованные после 1976 - 1977 гг.
