Диссертация (1091440), страница 17
Текст из файла (страница 17)
МощностьизлучениянапряжениядлясмещенияФПАантенны(а)навзависимостиподложкеGaAsотскристаллографическим срезом (100) и (б) на подложке GaAs скристаллографическим срезом (111)А, нормировано на интенсивностьТГц излучения ZnTe.Спектризлучения,представленныйнарисунке58(б),полученпреобразованием Фурье временной зависимости. Вычисленный спектризлучения для ФПА демонстрирует ширину пропускания более 4 ТГц и129уровень отношения сигнал/шум 60 дБ, что на 30 дБ больше чем от кристаллаZnTe.Было изучено усиление ТГц излучения в зависимости от приложенногонапряжения смещения (рис.
59) в диапазоне 0-60В. Измерения проводилисьдля ФПА GaAs(100) (рис. 59(а)) и GaAs(111)А (рис. 59(б)) с периодомплазмонной решетки 100нм, 250нм, 500нм, просто зазор. При этом средняямощность оптической накачки для всех структур составляла 60мВт.Поделив выходную амплитуду ТГц сигнала ФПА на выходнуюмощность нелинейного кристалла ZnTe, мы получаем коэффициент усиленияТГц излучения при разном напряжении смещения.
Видно, что значенияусиления ТГц сигнала ФПА достигает значений 14 и 12 для антенн наподложке (100) и (111)А, соответственно. Однако, обратим более пристальноевнимание на усиление ТГц сигнала ФПА в зависимости от периодаплазмонной решетки. На рисунке 60 показано изменение интенсивности ТГцизлучения в зависимости от типа структуры и периода плазмонной решеткиФПА. Результат демонстрирует резкий подъем для ФПА (100) до структуры спериодом решетки 500 нм, и далее более плавный подъем, похожий нанасыщение. Это связано с возникающим эффектом экранирования носителей,на который влияет плазмонная ФПА. Дело в том, что в плазмонномфотопроводнике генерируется значительно большее число электроннодырочных пар.
Кроме того, меньший период провоцирует возникновениесильного поля, которое разделяет электронно-дырочные пары при высокихнапряжениях смещения. Однако в ФПА (111)А наблюдается обратнаяситуация. В зависимости от уменьшения периода решетки наблюдаетсялинейная зависимость. Этот момент ярко демонстрирует серьезныйкристаллографической вклад на интенсивность ТГц-излучения ФПА (111)А.Кроме того, поскольку большее число электронно-дырочных пар вносит вкладв индуцированный фототок в плазмонной фотопроводящей антенне, посравнению с обычной ФПА, относительное увеличение индуцированного130электрического поля, противостоящего электрическому, полю смещения, взависимости от внешнего электрического поля смещения выше в плазмонномфотопроводнике.Рисунок 60.
Усиление ТГц сигнала ФПА GaAs(100) и GaAs(111)Aнелинейного кристалла ZnTe относительно в зависимости от периодаплазмонной решетки.Далее на рисунке 61 представлено измерение выходного напряжения сдвух антенн с зазором 20мкм на подложках (111)А и (100) и нелинейногокристалла ZnTe. ФПА и нелинейный кристалл накачаны оптическим лучоммощностью 60 мВт. Из амплитуды интенсивности ТГц сигнала с ФПА видно,что ФПА GaAs(111)А в 3.1 раза выше, чем ТГц сигнал у аналогичнойGaAs(100).
На рисунке 61(б) показано выходное амплитуда ТГц сигнала взависимостиотчастотыфотоприемныхантенн,полученнаяпутемпреобразования Фурье из зависимостей во временной области (рис. 61(а)).Рассчитанные спектры амплитуды ТГц сигнала показывают 5-кратное и 3кратное усиление относительно ТГц сигнала ZnTe. Ширина спектра, ФПАGaAs(100) и GaAs(111)А наблюдается в диапазоне частот 0,1-3 ТГц.131Рисунок 61.
Амплитуда ТГц сигнала с ФПА антенн GaAs(100),GaAs(111)А и нелинейного кристалла ZnTe, измеренная при постоянномисточнике ТГц генератора.На рисунке 62 показаны спектры мощности ТГц-излучения, снятые сТГцисточникаZnTe,полученныеизвременныхзависимостей,представленных на рисунке 61(а). Видно, что чувствительность антенн132увеличилась на ≈25дБ относительно детектора ZnTe.
При этом шумовойсигнал антенн для разных подложек и топологий антенн не менялся.Рисунок 62. Детектируемая мощность терагерцевого излучения.Далее для оценки характеристик, полученных ФПА были измеренывольтамперные характеристики темнового тока. На рисунке представленызависимости для двух антенн на подложках GaAs(100) и GaAs(111)А.Темновой ток для ФПА GaAs(100) при напряжении 20В составил ~16нА. ДляФПА GaAs(111)А при том же напряжении ~6нА. На сегодняшний день этоочень высокий результат для значений темнового тока.
Например, в работе[175] по измерению темнового тока наблюдались величины, соответствующиезначениям единиц микроампер.133Рисунок 63. Темновой ток фотопроводящих антенн GaAs(100) иGaAs(111)А с зазором 20 мкм.5.3. Выводы по главе 5Показано, что плёнки LT-GaAs на подложках GaAs (100) и (111)Агенерируют ТГц излучение в диапазоне до 3 ТГц при облучении ихфемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны 800 нм.Интерфейсные напряжения растяжения и большая концентрациядефектов пленок LT-GaAs, возникающие при использовании несингулярнойподложки GaAs (111)А и δ-легирования слоями Si:- улучшают интегральную чувствительность фотопроводящей антенны(ФПА) на их основе в 1.4 раза;- увеличивают интенсивность ТГц излучения в 3.4 раза от пленки и в 2раза от ФПАпо сравнению с такой же пленкой и ФПА на подложках (100).Показано, что плёнки i-LT-GaAs/n-GaAs на подложках GaAs (100) и(111)А генерируют ТГц-излучение при облучении их фемтосекунднымиимпульсами лазера с длиной волны 800 нм. Интенсивность ТГц-излучения от134плёнки i-LT-GaAs/n-GaAs на несингулярной подложке GaAs (111)A в 5.8 разабольше, чем от аналогичной плёнки i-LT-GaAs/n-GaAs на сингулярнойподложке GaAs (100).Интенсивность ТГц-излучения от монокристаллических подложек GaAsс кристаллографическими срезами (100) и (111)А незначительна и, посравнению с ТГц-излучением от мультислойных структур, меньше напорядок.
Сравнение разных ТГц-сигналов от подложек показывает, что сигналот подложки с кристаллографическим срезом (111)А в 3 раза интенсивнее, чемот подложки с кристаллографическим срезом (100).Кроме того, из-за эпитаксиальных напряжений кристаллическойструктуры плёнок LT-GaAs, возникающих при использовании несингулярнойподложки GaAs (111)А для эпитаксиального роста плёнок, плёнки i-LTGaAs/n-GaAs на подложках GaAs (111)А проявляют лучшие генераторныесвойства, по сравнению с плёнками i-LT-GaAs/n-GaAs на подложках GaAs(100).Значения усиления ФПА достигает значений 14 и 12 для антенн наподложке (100) и (111)А, соответственно.
ФПА на подложке (100) за счетэффекта экранирования выходит в режим насыщения при периоде решетки100нм, чего не происходит с ФПА на подложке (111)А. На ФПА (111)Анаблюдается линейная зависимость.Чувствительность ФПА на подложке с кристаллографическим срезом(111)А в 3.1 раза выше, чем у аналогичной ФПА(100). Рассчитанные спектрыинтенсивности ТГц-излучения продемонстрировали 5-кратное и 3-кратноевыходное увеличение чувствительности относительно ZnTe в диапазонечастот 0,1-3 ТГц.Для ФПА GaAs(100) и GaAs(111)А наблюдается темновой ток ~16нА и6нА, соответственно, при приложении поля до 20В.135ЗАКЛЮЧЕНИЕВ диссертационной работе исследованы интерфейсные напряжения втонких пленках, в том числе мультислойных структурах (BaSrTiO3/LaSrMgO3)исверхрешетках(YFeO3/LaFeO3)наосновесложныхоксидовиполупроводников (LT-GaAs) для управления (улучшения) функциональныхсвойств эпитаксиальных структур и приборов на их основе.
При этомполучены следующие основные результаты:Создана1.иисследованакомплекснымиметодикамирентгеноструктурного и нелинейно-оптического анализа серия «бислойныеструктуры BSTO/LSMO» на подложке STO с различной степеньюэпитаксиального напряжения.а.ИсследованыкристаллическиесвойствасерииструктурBSTO/LSMO. Показана монокристалличность эпитаксиально выращенныхпленок. Кроме того, рентгеноструктурный анализ показал, что все пленкинаходят в растянутом 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 BST из Pm3m (центросимметричной) в P4mm(полярную) фазу. При концентрации катиона Ba равное 0.3 была преодоленаточка фазового перехода, и структура BST/LSMO получила лучшиесегнетоэлектрические свойства. Кроме того, данные исследования показали,что концентрация катиона Ba равное x = 0,5 является оптимальным значением,и увеличивает сегнетоэлектрическую поляризацию в 2,5 раза.
Эти результатыподтвердиливозможностьуправлениясегнетоэлектрическимихарактеристиками в гетероструктурах BST/LSMO, обеспечивающими на136основеэтихструктурперспективныеспособытонкойнастройкипереключающих 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, имеющихпотенциальноеприменениевкачествефункциональныхэлементовсегнетоэлектрических 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:сверхрешетки (YFeO3)n/(LaFeO3)n (n – число монослоев в каждой паре),состоящихизцентросимметричныхи,следовательно,неполярныхматериалов, показано возникновение нецентросимметричности, полярногоупорядочения и магнитоэлектрического взаимодействия.а.ИсследованиемагнитодипольногочистойвкладавопоказалопленкиLaFeO3вторуюоптическуюналичиегармоникувцентросимметричном антиферромагнетике LaFeO3 и продемонстрировалосущественное усиление магнитодипольного вклада в ГВГ, вызванноедвухфотонным резонансом при энергии фотона = 2.88эВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
