はじめまして。
今、大学で半導体にレーザをあてたときの過渡現象について研究しているのですが、励起密度をcm-3(パー立方センチメートル)の単位で表す方法がわかりません。とても困っているので、どなたかどうか教えてください。ちなみに現在は、μJ/cm-2を使っています。

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A 回答 (1件)

はずしていたらごめんなさい。


エネルギーの単位としてJの代わりにcm^-1(カイザー)を使えば良いのでは?
1cm^-1=1.9864475*10^-23J
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Q励起子準位について

半導体で伝導体の直下に励起子準位を作るのはフレンケル励起子かモットワニエ励起子かどちらですか?
フレンケル励起子の方が電子とホールの距離が近く、量子化のレベルが大きいので
当たり前のようにフレンケル励起子が作るのだと思っていたら
ユーカルドナの半導体の本にはモットワニエ励起子が作ると書かれていました。
しかしなぜそうなるのかについてはほとんど書かれていませんでした。
これはどう考えれば良いのでしょうか?

それとホールには重いものと軽いものがありますが
それぞれの作る励起子準位は異なるのでしょうか?
大抵一つの励起子準位についてしか議論していないので
単に書いていないだけなのか、影響しないのかどちらなのでしょうか?

この2点お願い致します。

Aベストアンサー

>(安定な)励起子が観測されるのは、k=0であるという理由は何なのでしょうか?
これはGaAsみたいな直接遷移の場合です。励起子のエネルギーは大雑把に言えば(電子のエネルギー)+(正孔のエネルギー)+(励起子の束縛エネルギー)ですから、直接遷移ならば前者二つの和はk=0で小さいわけですから、安定な(一番エネルギーが低い)のはk=0です。

> ・k=0で重いホール軽いホールが縮退しているのはもちろん知っていますが、励起子準位で問題にしているのは、伝導体-価電子帯のバンドギャップではなく、水素様になった励起子なので、ホールの質量が変わるとその励起準位幅も変わるのではないかと思うのですが。

こういう話は聞いたことがありませんでしたが、確かにk=0で縮退していても、この効果で準位は分裂するかもしれませんね。1sの励起子状態でも、電子正孔のスピンの効果やjj結合の関係で分裂すると言われますが、同じことを異なる言葉で表現しているだけかもしれません。

QX線を出す半導体レーザについて

こんにちは、

1.X線を出す半導体レーザの製作は理論的に可能なのでしょうか?


2.Eg=hν
なので、Egを高める必要があると思うのですが、
それ以外の方法で、X線を出すことも考えられるのでしょうか?
(自由電子レーザの事ではなく、半導体レーザに限ってのことです。)

3.Egを高めるため、どのようなことをしているのでしょうか?
 いろんな化合物を使用して、試してみる以外に方法はないのでしょうか?

Aベストアンサー

#1です。

まず:不可能であることを証明することは普通誰にもできません(できることを証明するには実際に作れば証明になりますが、その逆はあり得ない)。だから、通常会話において「不可能である」というのは、難しいとか、実現されるとしても別の原理であろうとか、蓋然性の話しをしているのです。
横道ながら:レーザや青色レーザが原理的に不可能であると予言されていたことは知りません、そんなことは無いのでは? 青色レーザは中村さん以前にたくさんの人がチャレンジし、ある程度成功していましたし。レーザ自体も、それ以前のメーザの段階で、続くレーザの実現は期待されていたのでは?

青色レーザと赤や緑のレーザとの違いは、工学的努力はさておき、原理面では微々たるものです。青色の可視光フォトンと赤や緑の可視光フォトンは」波長で(つまりエネルギーでも)せいぜい1.5倍程度しか違いません。
医療用X線フォトンの波長はその1万分の1とか、エネルギーで言えば一万倍とか百万倍の世界です。飛行機の開発で言えば、時速400kmも時速600kmもたいした違いはない、でも時速1000万キロとなるとまるで別物です。そういう乗り物ができても、それはたぶん飛行機とは言わないでしょう。青の次はX線だなんてそんな簡単な話ではないことがわかるのでは?

「青色ダイオードの次は、X線なのでは」青の次は紫外線。波長は400nmくらいから。どこまで紫外線かどこからX線か境界は定かでないけど10nmくらいかな。紫外線領域に踏み込むかどうかのところには来ていても、紫外線を制覇するのははるか彼方。その先のX線まではほど遠い。X線領域に踏み込んでも、普通に言うX線(X線撮影とかCTとか、あるいは放射線治療のX線とか)にはさらに3桁4桁遠い世界。

「それを目標にした研究者の方はおられないのでしょうか?」ちょっと検索してみてください。X線レーザの研究プロジェクトはいくつも見つかります。多額の研究費をつぎ込んで世界中の人がやっています。X線レーザが不可能なんて誰も思っていませんでしょう。私も専門領域の医療分野で使えるX線レーザの実現を待ち望んでいます。しかし、現在のX線管のような実用しやすい軽敏な手段では私の生きている内に実現されるとは思っていません。当然ながら半導体レーザそのままの原理では無理だと思っています。そもそも、バンドギャップが100keVとか200keVとかどんな物質だか想像できませんので。

#1です。

まず:不可能であることを証明することは普通誰にもできません(できることを証明するには実際に作れば証明になりますが、その逆はあり得ない)。だから、通常会話において「不可能である」というのは、難しいとか、実現されるとしても別の原理であろうとか、蓋然性の話しをしているのです。
横道ながら:レーザや青色レーザが原理的に不可能であると予言されていたことは知りません、そんなことは無いのでは? 青色レーザは中村さん以前にたくさんの人がチャレンジし、ある程度成功していましたし...続きを読む

Q励起スペクトル測定の意義

今、実験で蛍光と燐光について学習しているのですが励起スペクトルを測定する意義がいまいち理解出来ずにいます。

例えば、吸収スペクトルにおいて250、260、270nmに吸収ピークが存在し、これらの励起波長で被験物質を励起したところ600nmに発光スペクトルが観測されたと仮定します。

ここで、おそらく被験物質に対して600nmの光を照射し、励起スペクトルの動向を調べるのではないのかな?と漠然と思うのですが、実際のところどうなのでしょうか?
また、励起スペクトルはどのようなピークを示すのでしょうか?

Aベストアンサー

> 600nmの光を照射し、励起スペクトルの動向を調べるのではないのかな?

ではなくて,600 nm の発光を検出しつつ,励起光の波長を変えるのが励起スペクトル.
単純に吸収したエネルギーがそのまま発光に回るなら,吸収スペクトルと一致するようなスペクトルになりそうですが,励起準位によっては吸収したからといって,それがそのまま発光に回るとは限らないわけです.どの吸収がその発光に効くのか,吸収スペクトルとかと比較すると発光機構等のてがかりになることもある,と.

Q半導体レーザの波長

半導体レーザを太陽電池などで受光し、電気エネルギーに変換する場合、レーザ光の波長はどのように選択すれば、効率よく電気エネルギーに変換できるのでしょうか?

Aベストアンサー

PDというよりもレーザをつたえる媒体によって波長をえらびます
石英ファイバー、ガラスファイバー、樹脂ファイバーによって最適波長はことなります PDは充分に広帯域な感度を有しますので(短波長になると感度が激減します 青色LDとなると、Siではすこししんどいようですね 次世代DVDの隠れた泣き所です いやいやSiのPDで光電機変換しているはずですね

Qクロロフィルの励起とは?(光合成)

光合成について調べていたのですが、光合成におけるクロロフィルのポルフィリン環の励起とは、ポリフィリン環の分子全体が励起するということなのでしょうか。また、色々調べたところ660nmで励起すると言われていますが、この660nmという数字はどのように出て来たのでしょうか。また、量子力学的には光は粒子としての性質と波長としての性質を持っているそうですが、励起を起こすときは光は光子として作用しているのでしょうか、波長として作用しているのでしょうか。

まとめますと、
1、光合成におけるクロロフィルのポルフィリン環の励起とは、ポリフィリン環の分子全体が励起するということなのか
2、660nmという数字はどのように出て来たのか
3、励起を起こすときは光は光子として作用しているのでしょうか、波長として作用しているのか

以上です。
私は大学三年でバイオインフォマティクスをやっていますが、物理には疎いもので、上記の質問の一部でも結構ですので宜しくお願いいたします。

Aベストアンサー

ポルフィリン環の励起とは、πーπ*遷移による励起です。簡単に言うと、ポルフィリン環は二重結合が交互に並んでいるπ共役系であり、このπ電子の励起がポルフィリン環の励起に対応します。また660nmとは励起前と励起後のエネルギー差で、660nmのエネルギーを持つ光(ちなみに赤色)を吸収することから660nmという値が出てきました。また赤色の光を吸収するので、クロロフィルは緑色に見えます。3についてですが、光がhνのエネルギーを持つ粒子(フォトン)であると考えれば、うまく説明できるきがします。

Q質量モル濃度が500mol/L-1の濃硫酸の密度は1.83g/mL-1である。 この濃硫酸の質量パー

質量モル濃度が500mol/L-1の濃硫酸の密度は1.83g/mL-1である。 この濃硫酸の質量パーセント濃度を有効数字3桁で求めよ。
ただし、硫酸の分子量は98とする。

これの解き方を教えてくださいm(*_ _)m

Aベストアンサー

何重にもミスってる質問。

500mol/L-1って、掛けるLの意味だから、500molLとなる。
そんな物は無い。

質量モル濃度=物質モル数/溶媒1kg。

物質モル数500molを重さにすると98×500=49000g=4.9kg
この溶液の重さは溶媒1kg+溶質4.9kg=5.9kg

質量パーセント濃度=溶質の重さ/溶液の重さ=4.9/5.9=83.05%


「密度は1.83g/mL-1である。」:これの使いようが無い!!
1.83g/mL-1→1.83g×mLの意味になるが、そんな単位は無い!!

Q励起光と蛍光

励起光と蛍光の違いってなんですか?どちらも光エネルギーで基底→励起→基底に戻る時に出す光ではないのでしょうか?

また、励起スペクトルと蛍光スペクトルもどうして別物として扱うのでしょうか?

Aベストアンサー

>どちらも光エネルギーで基底→励起→基底に戻る時に出す光ではないのでしょうか?

ここを根本的に勘違いされています。励起光は(基底状態から励起状態へ移すために)“入れる”光で
蛍光は“出てくる”光です。

励起スペクトルというのは実は蛍光を測っていますが、励起光を変えた場合に蛍光の強度がどう変わるかを測定したものです。

Q半導体物理の状態密度の空間的制約はない?

半導体物理の教科書に状態密度について載っています。単位は[cm-3」です。
ここで質問なのですが、
単位が立方センチ当りなので、仮に1km*1km*1km(=1Gm3)くらいの大きな体積の半導体材料を考えると、状態密度で定義される状態の数は、状態密度×体積と考えられます。この点はあっていますか?
それで、状態の数は、そんなに離れた距離の電子状態の影響を受けるということになるのですが、本当なのでしょうか。では、何光年も離れていたらどうなるのでしょうか。距離が離れることによって、遠い電子の影響を受けなくなって状態の数が体積との積より少なくなるようなことは考えられないのでしょうか。

Aベストアンサー

>状態密度×体積と考えられます。この点はあっていますか?

理論的にはあってます。

>状態の数が体積との積より少なくなるようなことは考えられないのでしょうか

理論的には#1さんの言うとおりです。
但し、何光年となると、実際は質問者の言うとおり少なくなりそうです。

電子も相互作用します。相互作用は量子力学において光の速度と
謳ってます(←誰も照明してない)。すると、何光年も離れた電子は
相互作用しきれないので別の物体の電子ですよね。
別の物体の電子なら、状態密度も目減りしそうな気はします。が、
誰も考えたことはないので、新しく理論を構築しても良いかもしれませんね。

Q励起子吸収と自由キャリア吸収の違いについて。

励起子吸収と自由キャリア吸収の違いについて教えてください。
今ある自分の中のイメージは

○励起子吸収
・半導体における光の吸収。
・励起子とは価電子帯のホールと伝導帯の電子の対。なのでエネルギー的には禁止帯を挟んだ結びつき。
・励起子を生成する可能性がある場合の光吸収スペクトルはエネルギーギャップEgの値より低いところに出る。(Egより小さなエネルギーで励起子を生成できる)

○自由キャリア吸収
・金属における光の吸収。
・自由キャリアとは電子またはホールそのもの。

なのですが、合っているでしょうか。また、他に特徴があればお教えください。

Aベストアンサー

励起子吸収はこれでいいような気がします。

自由キャリヤ吸収は、2つの意味があり、この場合、どっちを意図しているのか、ちょっと分りかねます。

ひとつの意味は、励起子効果が無視できる場合の半導体のバンド間遷移を自由キャリヤ吸収と呼びます。

また赤外域でのキャリヤのバンド内の遷移(つまりバンドギャップを飛び越えていない)で光が吸収される現象です。
これは金属でも半導体でも起こります。この現象も自由キャリヤ吸収と呼ばれます。

QP形半導体の正孔密度と温度の関連性について

半導体(外因性半導体)に関して、キャリア密度の温度特性について勉強しています。
n形半導体の電子密度と温度の関係においては、低音から温度を上げていくと3領域からそれぞれ密度の上昇率が変化するということは理解できたのですが、
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この正孔密度の場合についてもやはり温度帯域によって密度は変化するのでしょうか?
どなたかP形半導体の正孔密度と温度依存性に関してご教授して頂けると助かります。

Aベストアンサー

こんばんは。
一応、半導体関連の元開発技術者です・・・というわりには大した回答ができませんが、

N型、i型、P型 は、それぞれ、
酸性(酸)、中性、アルカリ性(塩基)
にたとえることができます。

常温では、濃度積[H+][OH-]= 10^(-14) (mol/L)^2
中性のときは、
[H+] = [OH-]
つまり、[H+] = 10^(-7) なので、これを中性(pH=7)と言います。
酸を混ぜたとき、たとえば、[H+]が10^(-7)から

濃度積は、温度が上昇するにつれて、大きくなっていきます。
これらのことから、
[H+]+[OH-] ⇔ [H2O]
は、対消滅と解離が絶えず繰り返されている熱運動であることを示唆しています。


さて、
半導体でも、溶解度積と同様に、
[n][p] = 温度に依存する定数
という式が成り立ちます。
なぜならば、
ホールというものの実体はないにしても、
電子とホールは、対消滅と「解離」ができるペアだからです。

p型半導体では、[n]よりも[p]のほうが著しく大きいですけれども、
あくまでも、
[n][p] = 温度に依存する定数
の関係は保たれます。
つまり、n型と同じことが起こることは、自然と類推されます。

「温度帯域」については知りません。

こんばんは。
一応、半導体関連の元開発技術者です・・・というわりには大した回答ができませんが、

N型、i型、P型 は、それぞれ、
酸性(酸)、中性、アルカリ性(塩基)
にたとえることができます。

常温では、濃度積[H+][OH-]= 10^(-14) (mol/L)^2
中性のときは、
[H+] = [OH-]
つまり、[H+] = 10^(-7) なので、これを中性(pH=7)と言います。
酸を混ぜたとき、たとえば、[H+]が10^(-7)から

濃度積は、温度が上昇するにつれて、大きくなっ...続きを読む


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