Автореферат (1091553), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Обнаружено как усиление, так и ослаблениеинтенсивности ВГ на краях кристаллов различной толщины (рисунок 1). Этотслучай принципиально отличается от описанных в работах [13,14], посколькунаблюдаемые эффекты не связаны со синфазностью поля второй гармоники всоседних участках образца, то есть не являются интерференциоными.Обосновано наличие таких краевых эффектов в сигнале ВГ и показано, что онимогут возникать вследствие наличия молекул галогена, интеркалированных вВан-дер-Ваальсовы щели между монослоями или наличием изгиба зон у краевмикрокристаллита.10Рисунок 1.
ГВГ (a) и АСМ (b) изображения микрокристаллита MoS2толщиной 90 нм и сечения этих изображений (с).Показано, что условия по толщине оксида кремния для визуализациикристаллитов ДПМ на длинах волн накачки и ВГ противоположны. Поэтомудля некоторых экспериментов, например, по исследованию эффективностигенерации ВГ, толщину оксида целесообразно выбирать в пределах 85-95 нм.На рис. 2а и б представлены, соответственно, АСМ и ГВГ изображениядостаточно толстого кристаллита на котором обнаружены области толщинойот 20 до 140 нм.
Толщины областей измерялись на основе сеченийизображения АСМ. На основе полученных изображений построенаэкспериментальная зависимость интенсивности ВГ от толщины слоя (рис. 2в).11Рисунок 2. АСМ (а) и ГВГ (б) изображения кристаллита MoS2,эксфолиированных на поверхность структуры SiO2/Si; (в) зависимостьинтенсивности ВГ от толщины слоя MoS2 при толщине слоя оксидакремния 19 нм.Полученные результаты представляют интерес не только дляпрактического расчета нелинейных восприимчивостей двумерныхполупроводников типа ДПМ в структурах MoS2/SiO2/Si, но и для пониманиявлияния толщины линейного слоя с большим контрастом оптическихконстант, за счет чего происходит эффективная многолучевая интерференцияволн накачки и ВГ, на величину интенсивности результирующей ВГ.Также приводится обоснование влияние политипизма на мощностьгенерации ВГ двумерных дихалькогенидов переходных металлов,приводящего к изменению мощности ВГ при комбинации разных политипов в12кристаллите.
На рисунке 3а и 3б показаны изображения отдельныхкристаллитов MoS2 полученных с помощью видеокамеры и АСМмикроскопии. Из этих изображений ясно видно, что исследуемый кристаллитсостоит из двух частей, обозначенных А и В, толщиной 10 нм и 50 нмсоответственно. На рис. 3в показано изображение, полученное с помощьюмикроскопии ВГ. При этом картина, полученная с помощью нелинейнооптической микроскопии, сильно отличается от остальных: область Адовольно однородна по интенсивности ВГ, в то время как область Внеоднородная. Она состоит из региона схожей интенсивности с регионом А исегмента с переменной интенсивностью ВГ. (рис. 3г). При азимутальномвращении образца суммарная интенсивность изображения изменяется, ноконтраст (отношение интенсивности различных частей) сохраняется ипрактически остаётся постоянным.Рисунок 3.
Изображение MoS2,(а); АСМ (б) и микроскопиимоноатомной ступени) (в). Акристаллита (толщиной 10 нм изависимости ВГ в точках 1-5 (г).полученное с помощью видеокамерыВГ (вставка демонстрирует областьи B – два различных по толщине50 нм соответственно). АзимутальныеПоказано, что различные комбинации центросимметричных инецентросимметричных политипов, в которых мощность генерации ВГ сильно13отличается, могут приводить как к усилению, так и к уменьшению мощностиВГ.ПриэтоммаксимальнаямощностьВГсоответствуетнецентросимметричному кристаллиту 3R-политипа, минимальная –центросимметричному 2H. Оценено максимальное значение нелинейнойвосприимчивости исследуемых кристаллитов:=χ 1400 ± 80пм / В .Приведена разработанная комплексная методика оптического контроляхарактеристик дихалькогенидов переходных металлов.Глава 4 «Экспериментальные и теоретические исследованиядоменных структур ниобата лития».
В данной главе был исследованнелинейно-оптический отклик доменных структуры ниобата лития, созданныхс помощью электронного пучка. Показано, что нелинейно-оптическаямикроскопия позволяет недеструктивно визуализировать доменныеструктуры с высоким пространственным разрешением. Сделан вывод, что приускоряющем напряжении электронного пучка U = 15кВ и дозе облученияпроисходитформированиеоптимальныхпо=D 4000 А × с / мкм 2геометрическим параметрам и однородности доменных решеток.Было показано наличие периодического сигнала мощности ВГ вдольдоменных структур. На рисунке 4 представлено изображение доменнойструктуры, полученное при помощи нелинейно-оптической конфокальноймикроскопии.
Сделано предположение, что данный эффект связан сизменением толщины доменной структуры по её длине.Рисунок 4. Распределение сигнала ВГ на поверхности доменныхструктур LiNbO3 полученное методом нелинейно-оптическойконфокальной микроскопии. Зеленым прямоугольником отмечены месталокального облучения структуры электронным пучком.14Создана теоретическая модель, на основе модели Бойда, позволяющаяописать изменение мощности ВГ вдоль одиночного домена. На основетеоретической анализа определено, что изменение толщины домена на 90нмсоответствует периоду изменения мощности ВГ. Данный факт существеннорасширяет применение нелинейно-оптической конфокальной микроскопии,которая использовалась ранее в основном только для оценки латеральныхсвойств доменных структур.
Показано, что с помощью данной моделивозможно проводить недеструктивную оценку толщин доменов с высокойточностью.Для подтверждения приведенной теоретической модели было проведеносравнение с экспериментальными данными. Для этого с помощьюселективного химического травления и последующего анализа полученнойтопографии с помощью АСМ микроскопии была исследована толщинаполученных доменов.
На рисунке 5 представлены полученные результаты.Черной линией показана зависимость толщины домена от расстояния долокального места облучения электронным пучком, откуда начинался ростдомена. Красная линия – линейная аппроксимация полученной зависимости.С помощью неё можно оценить уменьшение толщины домена вдоль егодлины. Подставив полученные данные в теоретическую модель, можновосстановить распределение мощности ВГ. Так на рисунке 5 синим цветомотмечена теоретическая зависимость распределения мощности ВГ от толщиныдоменной структуры. Период полученной функции составил 8мкм, чтохорошо совпадает с экспериментальными данными.Рисунок 5.
Профиль домена, полученный методом селективноготравления (черная линия), линеаризованный профиль, используемый длярасчетов (красная линия), рассчитанная периодическая зависимостьинтенсивности ВГ вдоль длины домена (синяя линия)15На основании результатов, полученных с помощью теоретическоймодели сделан вывод, что при ускоряющем напряжении электронного пучкаU = 15кВ и дозе облучения=D 4000 А × с / мкм 2 на каждые 10 мкм длиныдомена происходит уменьшение его глубины от 0,07 мкм до 0,25 мкм, то естьугол при вершине клиновидного домена составляет 1-2 угловые минуты, чтосогласуется с приведёнными экспериментальными данными.Глава 5 «Создание на основе халькогенидов переходных металлов иниобата лития устройств интегральной оптики и наноэлектроники».
Вданной главе представлена схема (рисунок 6а) и описаны основные этапытехнологического процесса создания экспериментального образцавысокочувствительного фотодетектора на основе монослойного MoS2.Рассмотрены этапы выборки монослойных кристаллитов MoS2. Оптическоеизображение созданного устройства представлено на рисунке 6б. Приведеноисследование вольт-амперных характеристик созданного фотодетектора приразличных мощностях оптического излучения (рисунок 6в).Рисунок 6. (а) - схема экспериментального фотодетектора; (б) –оптическое изображение созданного устройства (стрелкой показанмонослой MoS2); (в) - вольтамперная характеристика созданногоэкспериментального фотодетектора, полученная при различныхмощностях лазерного излучения (длина волны излучения составляет532нм).16Показано, что фоточувствительность созданного устройства составляет1,3 мА / Вт , что сопоставимо с данными представленными в ряде ведущихмеждународных научных журналов.
Дана оценка эффективности работысозданного устройства, и сделан вывод о возможности использования данногоустройства при низких напряжениях до 3 В, что является его главнымдостоинством по сравнению с другими устройствами. Согласно ряду работ[15–17],возможносозданиефотодетекторасбольшейфоточувствительностью, однако при этом напряжение на электродах должнобыть увеличено более чем на порядок и при создании таких устройствнеобходимо использовать сложные архитектурные решения.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫВ заключении приводятсядиссертационной работы:основныерезультатыивыводы1. Разработана оригинальная комплексная методика оптическойхарактеризации двумерных полупроводниковых дихалькогенидовпереходных металлов, основанная на нелинейно-оптической илюминесцентной конфокальной микроскопии.а.
Исследованы особенности краевых эффектов двумерныхкристаллитов MoS2, заключающиеся в усилении или ослаблениимощности второй оптической гармоники этих структурПредложена интерпретация, позволяющая объяснить природувозникновения данных эффектов.б. Исследовано влияние политипизма на нелинейно-оптическиесвойства двумерных кристаллитов MoS2. Показано, что различныекомбинации политипов в одном кристаллите могут привести как кусилению мощности второй оптической гармоники, так и к еёослаблению. Проведена оценка нелинейной восприимчивостиисследуемых кристаллитов.2.
Разработана теоретическая модель, позволяющая учитывать эффектмноголучевой интерференции в оптическом резонаторе Фабри-Перо пригенерации второй оптической гармоники в слоистых структурах,состоящих из 2D кристаллитов ДПМ и термического окисла накремниевой подложке (MoS2/SiO2/Si.).а. На основе теоретического анализа показана возможность оценкитолщины кристаллитов ДПМ при помощи нелинейно-оптическоймикроскопии с учетом толщины подложки и окисла SiO2.б. Экспериментально подтверждена корреляция разработаннойтеории для различных по толщине кристаллитов MoS2.3. Созданэкспериментальныйобразецвысокочувствительногофотодетектора, где в качестве функционального элемента используетсямонослойный кристаллит MoS2.17а.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
