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一维晶体中杂质引起的振动模示意图. (a)共振模；(b) 高频局域模； (c) 准局域模 模式辨认(Assignment):下标S和D分别表示对称和形变振  动模的吸收 轻杂质诱导低频准局域模 轻杂质诱导低频准局域模 无序体系，全部晶格模激活 与杂质含量相关，存在一个临界杂质浓度，形成团簇(cluster)，如 (SiH4), (SiD4), (GeH4), (GeD4), 不遵守质量平方根反比律 存在同位素效应 在晶格临界点附近, 兼有晶格模延展性和局域化性质 * * 8.5 掺杂、无序晶格振动的红外吸收，局域振动模 晶格模（基模）：TA, LA, TO, LO, 延展性(extended) 无序、小尺寸—k守恒失效—晶格模的IR与Raman活性 杂质与缺陷态对晶体的重要性, p-n结，发光中心，敏化中心，猝灭中心，color center等，使材料具有某种功能 杂质与缺陷态引起的振动模 共振模：对晶格振动的调制，在缺陷附近晶格模得到加强的缺陷模叫做共振模，其频率与晶格模相同，广延性 局域模：定域化(Localization) 带隙模：频带位于母晶格振动模频带之间的，定域化 高频局域模：频率比母晶格振动基频高，定域化 低频准局域模：准定域化 M’M 共振模 M’M 局域模 M′ M 准局域模 杂质对晶格振动模的调制与杂质质量有关 局域模：一维单原子链(M) + 替位杂质原子(M) 一维单原子链(M)的格波解 质量缺 质量缺模型-替位杂质原子(M)产生局域模?L M M, 高频局域模 ?L ?m 双原子晶格（M1 M2 ）： M替代M2: M M2，带隙模 ； M M2，高频局域模； M替代M1: M M1，共振模 ； M M1，带隙模。 频率 M M2 M M2 M M1 M M1 共振模或带隙模 高频局域模 光学支 声学支 共振模或带隙模 高频局域模：硅中掺轻杂质 Li 和 B 的红外吸收光谱-----硅TO+TA的吸收,—杂质的吸收，—晶格吸收高频限 轻杂质,高频 频率估计 同位素效应： 遵从质量开方 反比律 7Li 6Li 11B 10B 掺B和Li单晶Si 纯单晶Si 局域模 红外吸收峰(150 0K) 喇曼散射峰位(3000K) 11B 618 (cm-1) 620 (cm-1) 10B 635 635 7Li 522 ? 6Li 539 ? [10B-7Li]S 565 570 [11B-7Li]D 664 660 [10B-7Li]S 585 ? [10B-7Li]D 680 ? 电负性效应：高电负性元素替代，提高振动模频率 电负性 对局域模Si-H拉伸振动频率的影响 经验公式 对晶格模Si-Si振动频率的影响 经验公式 Si, SR=2.6, ?Si-Si=480cm-1 F 原子替代Si, SRF=5.75, ?Si-Si=506cm-1 Si, SSi ’=2.6, ?Si-H= 1953 cm-1 N, SN ’=3.6, ?Si-H = 2152 cm-1 O, SO ’=4.0, ?Si-H = 2246 cm-1 局域模的振动方式(频率依振动方式而异) Si-H键的不同振动方式： Si-H 拉伸 ?2000cm-1 Si ?900cm-1 (Si-H)n摇摆 ?640cm-1 H H H在Si中的高频局域模 不同功率下氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜的红外吸收光谱 弯曲(剪切) Stretch Bend Wag (A) (A) (A) (C) Si-H2拉伸（反对称） Si-H拉伸（对称） Si-H键的可能振动方式[以氢化非晶硅(a-Si:H) 为例] 单H键 双H键 三H键 H诱导低频准局域模：a-Si, a-Si:H(左), a-Ge, a-Ge:H(右)的红外吸收光谱(下), 单晶Si和Ge态密度的计算结果(上图)，注意氢引起的准局域振动模： a-Si:H中为215cm-1， a-Ge:中为120 cm-1 求H、D 在a-Si:H中的准局域模频率： 引入质量缺 求解久期方程 作简化处理 可得 对a-Si:H： 8.7 多声子过程的IR 吸收 起源:(格)波的叠加 频率关系： 波矢关系： 原则上，B区全部声子都可以参与多声