Ultrafast response of electrons in nanostructured and disordered semiconductor systems studied by time-resolved terahertz spectroscopy

Abstract

disertační práce Název práce: Studium ultrarychlé odezvy elektronů v nanostrukturovaných a neuspořádaných polovodičových systémech pomocí časově rozlišené terahertzové spektroskopie Autor: Vít Zajac Katedra / Ústav: Fyzikální ústav Akademie věd ČR, v. v. i. Vedoucí disertační práce: doc. RNDr. Petr Kužel, Ph.D., Fyzikální ústav Akademie věd ČR, v. v. i. Abstrakt: Tato disertační práce se zabývá transportem náboje v polovodičových nanomateriálech na pikosekundové časové škále s použitím časově rozlišené terahertzové spektroskopie. V práci byla shrnuta problematika efektivní odezvy kompozitních materiálů a formulován VBD model efektivního prostředí. Bylo odvozeno řešení vlnové rovnice pro šíření sondovacího THz pulsu v (opticky) nehomogenně buzených perkolovaných a neperkolovaných polovodičových nanomateriálech. Tato teorie byla použita k vyšetření transportu náboje ve vzorcích křemíkových nanokrystalů získaných z nanoporézního křemíku a v epitaxních supermřížkách křemíkových nanokrystalů. Experimentální spektra byla úspěšně modelována s použitím Monte Carlo metody výpočtu pohyblivosti nosičů náboje v systémech nanokrystalů s odpovídajícími velikostmi a stupni perkolace v rámci VBD aproximace. Bylo zjištěno, že v signálu měřitelném optickými a THz metodami převládá odezva nanokrystalů z různých částí...

of Doctoral Thesis Title: Ultrafast response of electrons in nanostructured and disordered semiconductor systems studied by time-resolved terahertz spectroscopy Author: Vít Zajac Department / Institute: Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences Supervisor of the doctoral thesis: doc. RNDr. Petr Kužel, Ph.D., Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences Abstract: This thesis deals with charge transport in semiconducting nanomaterials on the picosecond time scale studied by time-resolved terahertz spectroscopy. The problematics of the effective response of composite materials is reviewed and the VBD effective medium model is formulated. The wave equation for the THz probing pulse propagating through inhomogeneously excited percolated and non-percolated semiconducting nanomaterials is solved. This theory is used to investigate charge transport in samples of nanoporous-Si-derived nanocrystals and in epitaxial Si nanocrystal superlattices. The experimental spectra are successfully modeled with the use of Monte Carlo calculations of charge carrier mobility in nanocrystals of corresponding sizes and degrees of percolation within the VBD approximation. It is found that nanocrystals from different regions of the nanocrystal size distribution of the sample dominate the signal in THz and...