Автореферат (1091439), страница 4
Текст из файла (страница 4)
По характерной форме петли гистерезисабыл сделан вывод о наличии непереключаемой поляризации.Рисунок 4. Полевая зависимость интенсивности второй оптическойгармоники для сверхрешетки (YFeO3)1/(LaFeO3)1На основании проведенного методом ГВГ анализа было подтверждено,что при комнатной температуре сверхрешетка (YFeO3)1/(LaFeO3)1 является16сегнетоэлектриком с кристаллографической структурой, характеризуемойточечной группой mm2.В пятой главе представлены результаты исследований влиянияэпитаксиальных напряжений в функциональном слое на характеристикифотопроводящей терагерцевой антенны (ФПА) на основе LT-GaAs. В данномслучае эпитаксиальные напряжения варьируются путем выборакристаллографического среза подложки.В первой серии исследованных образцов слой LT-GaAs содержит три δслоя кремния, расположенных на расстоянии 0,255 мкм друг от друга.Рентгенографическими методами была исследована кристаллическаяструктура исследуемых образцов.
Показано наличие большого количествадефектов, возникающих в кристаллической структуре LT-GaAs, выращеннойна подложке GaAs(111)А.Приведено исследование временных форм и частотных спектров ТГцизлучения плёнок LT-GaAs. Спектр генерируемого ТГц-излучения одинаковдля обеих плёнок, однако для плёнки LT-GaAs(111)A интенсивность ТГцизлучения на порядок больше.При подаче напряжения смещения 75 В к контактам ФПАинтенсивность генерации терагерцевого излучения по отношению кинтенсивности без смещения возросла: в 33 раза для ФПА на LT-GaAs (100) ив 35 раз – для ФПА на LT-GaAs (111)А (рис.
5а,б).Показано значительное повышение мощности на фотопроводящейантенне LT-GaAs(111)А (рис. 6). Это повышение связано с бóльшимфототоком, образующимся вследствие большей концентрации свободныхносителей заряда в структуре LT-GaAs(111)А.Рисунок 5. Сравнение терагерцевых генераторов (детектор – нелинейныйкристалл ZnTe): (а) временная форма ТГц-импульса при приложениинапряжения смещения 75 В; (б) спектр ТГц излучения.17Рисунок 6. Усиление ТГц сигнала антенн LT-GaAs(100) и (111)А взависимости от напряжения смещения относительно ТГц сигнала от ZnTe.Далее были изучены кристаллографические свойства и эффективностьоптико-терагерцевого преобразования в мультислойных структурах на основеLT-GaAs.
Мультислойная структура представляет из себя чередование слоевGaAs, выращенных в высокотемпературном режиме и легированных атомамиSi, а также слоев LT-GaAs. Структуры были выращены на подложках GaAs(100) и (111)A.Исследования методом терагерцевой спектроскопии с временнымразрешением продемонстрировали, что интенсивность ТГц-излучения отплёнки i-LT-GaAs/GaAs:Si на несингулярной подложке GaAs(111)A в 5.8 разабольше, чем от аналогичной плёнки i-LT-GaAs/GaAs:Si на сингулярнойподложке GaAs (100).Рисунок 7. Изображение изготовленной плазмонной ФПА. Слева:общий вид ФПА; центр: плазмонная структура, соединенная с«бабочкой»; справа: увеличенное изображение плазмонной структуры спериодом ~250 нм.18Для демонстрации характеристик ФПА на основе GaAs(100) иGaAs(111)A была изготовлена серия ФПА с интегрированными плазмоннымирешетками.
Период плазмонной решетки менялся следующим образом: T =100нм, 250нм, 500нм.На рисунке 7(слева) показан общий вид ФПА. Изображения полученыпри помощи электронного растрового микроскопа. Фотопроводящая антеннасостоит из проводника с зазором 20 мкм между анодным и катоднымконтактами. Она соединена с антенной типа «бабочка» и через нее — соспиральной антенной. На увеличенном изображении рисунка 7(центр)продемонстрировано соединение плазмонной структуры с «бабочкой».
Справапоказано увеличенное изображение плазмонной структуры с зазором решетки100нм.Было изучено усиление ТГц излучения в зависимости от приложенногонапряжения смещения (рис.8) в диапазоне 0-60 В. Из отношения выходнойамплитуды ТГц сигнала ФПА и нелинейного кристалла ZnTe, был рассчитанкоэффициент усиления ТГц излучения при разном напряжении смещения.Значения усиления ТГц сигнала ФПА достигает значений 14 (рис. 8а) и 12(рис. 8б) для антенн на подложке (100) и (111)А, соответственно.Измерения в режиме детектирования ТГц сигнала с ФПАпродемонстрировали, что чувствительность ФПА GaAs(111)А в 3.1 раза выше,чем у аналогичной ФПА GaAs(100).
Рассчитанные спектры амплитуды ТГцсигнала показали 5-кратное и 3-кратное усиление относительно ТГц сигналаZnTe в этих ФПА, соответственно. Спектр, ФПА GaAs(100) и GaAs(111)Анаблюдался в диапазоне частот 0,1-3ТГц.Рисунок 8. Мощность излучения антенны в зависимости от напряжениясмещения для ФПА (а) на подложке GaAs с кристаллографическимсрезом (100) и (б) на подложке GaAs с кристаллографическим срезом(111)А, нормировано на интенсивность ТГц излучения ZnTe.На рисунке 9(а) показаны спектры мощности ТГц-излучения с ZnTe.Видно, что чувствительность антенн увеличилась на ≈25дБ относительнодетектора ZnTe. При этом шумовой сигнал антенн для разных подложек итопологий антенн не менялся.19(а)(б)Рисунок 9.
(а) Детектируемая мощность терагерцевого излучения.(б) Темновой ток фотопроводящих антенн GaAs(100) и GaAs(111)А сзазором 20 мкмДалее для оценки характеристик полученных ФПА были измеренывольтамперные характеристики темнового тока (рис. 9б). На рисункепредставлены зависимости для двух антенн на подложках GaAs(100) иGaAs(111)А. Темновой ток для ФПА GaAs(100) при напряжении 20В составил~16 нА.
Для ФПА GaAs(111)А при том же напряжении ~6 нА. На сегодняшнийдень это очень хороший результат для значений темнового тока. Например, вработе [19] по измерению темнового тока наблюдались величины,соответствующие значениям единиц микроампер.В заключении приводятсядиссертационной работы:основныерезультатыивыводыОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1. Создана и исследована комплексными методиками рентгеноструктурного инелинейно-оптического анализа серия бислойных структур BSTO/LSMO наподложке STO с различной степенью эпитаксиального напряжения.а.
Исследованы кристаллические свойства серии структур BSTO/LSMO.Показана монокристалличность эпитаксиально выращенных пленок. Крометого, рентгеноструктурный анализ показал, что все пленки находят врастянутом состоянии со значения растяжений от 1,4% до 2,4%.Дополнительные исследования методикой комбинационного рассеянияподтвердили наличие растягивающих эпитаксиальных напряжений.б. Исследованы нелинейно-оптические свойства методов генерациивторой оптической гармоники. На основе кристаллографического анализапоказано, что повышение концентрации катионов Ba смещает структурныйфазовый переход в слое BSTO из Pm3m (центросимметричной) в P4mm(полярную) фазу. При концентрации катиона Ba равное 0,3 была преодолена20точка фазового перехода, и структура BSTO/LSMO получила лучшиесегнетоэлектрические свойства.
Кроме того, данные исследования показали,что концентрация катиона Ba, равная x = 0,5 является оптимальным значением,и увеличивает сегнетоэлектрическую поляризацию в 2,5 раза. Эти результатыподтвердиливозможностьуправлениясегнетоэлектрическимихарактеристиками в гетероструктурах BSTO/LSMO, обеспечивающими наоснове этих структур перспективные способы тонкой настройкипереключающих свойств электронных устройств.в. Экспериментально показана возможность изменения формысегнетоэлектрической петли путем изменения величины эпитаксиальногонапряжения.
Изменение концентрации катиона Ba приводит к изменениюформы сегнетоэлектрической петли от «двойной», при x = 0,15, к «тройной»при x = 0,3 и к «обычной» при x=0,5, что, в свою очередь, может бытьиспользовано при создании пленок с мультистабильными фазами, имеющихпотенциальное применение в качестве функциональных элементовсегнетоэлектрических многобитовых ячеек. Таким образом, «двойная» петляимеет два переключаемых состояния реализуемых в ненулевых электрическихполях.
Кроме того, «тройная» петля дает возможность реализациидополнительный процесс с двумя каналами, в котором доступны двапереключаемых состояния в ненулевом поле.2. Показаны мультиферроидные свойства материала нового типа:сверхрешеток (YFeO3)n/(LaFeO3)n (n – число монослоев в каждой паре),состоящих из центросимметричных и, следовательно, неполярныхматериалов, показано возникновение нецентросимметричности, полярногоупорядочения и магнитоэлектрического взаимодействия.а. Исследование чистой пленки LaFeO3 показало наличиемагнитодипольного вклада во вторую оптическую гармонику вцентросимметричном антиферромагнетике LaFeO3 и продемонстрировалосущественное усиление магнитодипольного вклада в ГВГ, вызванноедвухфотоннымрезонансомпри энергии фотона2 ω = 2,88 эВ.Экспериментальныеполяризационныезависимостимагнитоиндуцированного и магнито-дипольного вкладов, обладающих резонанснойкомпонентой на частоте второй гармоники, хорошо аппроксимируются врамках предложенной модели.б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
