Перегревная оптическая бистабильность в дырочных и электронных полупроводниках, обусловленная поглощением ИК излучения свободными носителями

Рассмотрены механизмы образования многозначной $S$-образной зависимости среднего сечения поглощения ИК излучения свободными носителями. Они основаны на существовании пороговой энергии сильного поглощения, зависящей от энергии поглощаемых квантов. С ростом средней энергии носителей, нагреваемых поглощаемым светом, экспоненциально растет число носителей с пороговой энергией.
Выполнен расчет зависимостей температуры носителей и среднего сечения поглощения для дырочного полупроводника в изотропной модели, где порог сильного поглощения ИК излучения определяется прямым фотопереходом дырки из зоны тяжелых дырок в зону легких. Показано, что в случае параметров $p$-Ge $S$-образная зависимость имеет место при температурах ${\lesssim20}$ K и концентрациях ионизированных примесей ${\sim10^{17}\div10^{18}\,\text{см}^{-3}}$ при длине волны излучения ${\sim10}$ мкм.