Двумерное состояние неравновесных электронно-дырочных пар, связанных со слоем поверхностного заряда в кремнии

Исследовано поведение линии рекомбинационного излучения неравновесных электронно-дырочных ($e{-}h$) пар, связанных с [111]-электронным слоем поверхностного заряда в кремнии ($S$-линия), в широком диапазоне уровней возбуждения, температур и магнитных полей. При плотности поверхностного заряда ${n_{s}<10^{12}\,\text{см}^{-2}}$ с уменьшением $n_{s}$ наблюдается аномальное поведение интенсивности и спектральной ширины $S$-линии, а также степени циркулярной поляризации $S$-линии излучения в магнитном поле. Установлено, что при ${n_{s}<10^{12}\,\text{см}^{-2}}$ $S$-линия обусловлена электронно-дырочной жидкостью, связанной со слоем поверхностного заряда, а при ${n_{s}>10^{12}\,\text{см}^{-2}}$ — двумерной заряженной электронно-дырочной плазмой на поверхности кремния с плотностью $e{-}h$-пар, зависящей от уровня возбуждения. Наблюдаемые диамагнитные сдвиги $S$-линии в спектре, ее поляризация в магнитном поле, температурная зависимость и зависимость от уровня возбуждения подтверждают указанную интерпретацию.