Диссертация (1097499), страница 24
Текст из файла (страница 24)
ÑÃÑÝ [169], ÷òî íà äâà ïîðÿäêàìåíüøå âåëè÷èíû χ(3) äëÿ c-Si. Äðóãàÿ ãðóïïà èññëåäîâàòåëåé ñîîáùàëà îäîñòèæåíèè òàêæå â ìèêðîïîðèñòîì êðåìíèè êóáè÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòè ∼ 10−8 åä. ÑÃÑÝ [170]. Ïîñëåäíèé ðåçóëüòàò, îäíàêî, íåëüçÿ ïðèçíàòüäîñòîâåðíûì, ïîñêîëüêó îí áûë ïîëó÷åí íå ïóò¼ì íåïîñðåäñòâåííîé ðåãèñòðàöèè ñèãíàëà ÒÃ, à èç îáðàáîòêè èçìåðåíèé ñïåêòðîâ ôîòîëþìèíåñöåíöèè â âèäèìîì äèàïàçîíå, âîçáóæäàåìîé èçëó÷åíèåì ñ äëèíîé âîëíû1,064 ìêì. Ìåæäó òåì, ïîäîáíîå ïðåîáðàçîâàíèå ÷àñòîòû èçëó÷åíèÿ ââåðõáûëî çàðåãèñòðèðîâàíî ïðè âîçáóæäåíèè èçëó÷åíèåì ëàçåðà íà Ti:ñàïôèðåêàê â íåïðåðûâíîì, òàê è â ôåìòîñåêóíäíîì ðåæèìàõ [171], ïðè÷åì ýôôåêòèâíîñòü ýòîãî ïðîöåññà íåëèíåéíûì îáðàçîì çàâèñåëà îò ñðåäíåé ìîùíîñòè (à íå ïèêîâîé èíòåíñèâíîñòè) âîçáóæäàþùåãî èçëó÷åíèÿ; âîçìîæíîéïðè÷èíîé òàêîãî ýôôåêòà ÿâëÿåòñÿ äâóõñòóïåí÷àòûé ïðîöåññ âîçáóæäåíèÿ ôîòîëþìèíåñöåíöèè ñ çàñåëåíèå äåôåêòíûõ ñîñòîÿíèé â çàïðåùåííîéçîíå.×åòûð¼õâîëíîâûå ïðîöåññû â ÏÊ èññëåäîâàëèñü òàêæå ìåòîäàìè ôîòîèíäóöèðîâàííîãî ïðîñâåòëåíèÿ è ïîãëîùåíèÿ c âðåìåííûì ðàçðåøåíèåì[172174], äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ [176178], z -ñêàíèðîâàíèÿ [179182].Îöåíêè âåëè÷èíû Reχ(3) (ω; ω, −ω, ω) äëÿ ìèêðîïîðèñòîãî êðåìíèÿ ðàçëè÷àþòñÿ ó ðàçëè÷íûõ èññëåäîâàòåëåé: 1,2 · 10−12 åä.
ÑÃÑÝ [180], ÷òîìåíüøå, ÷åì àíàëîãè÷íàÿ âåëè÷èíà äëÿ c-Si (7,9 · 10−12 åä. ÑÃÑÝ [154]),7,5 · 10−9 åä. ÑÃÑÝ [179] è −5,6 · 10−8 åä. ÑÃÑÝ [181].  ïîñëåäíåì ñëó÷àå çíà÷èòåëüíîå óâåëè÷åíèå íåëèíåéíîñòè â ÏÊ îáúÿñíÿåòñÿ àâòîðàìè164êâàíòîâî-ðàçìåðíûìè ýôôåêòàìè, âîçíèêàþùèìè ïðè ëîêàëèçàöèè ýêñèòîíîâ â íàíîïðîâîëîêàõ, ÷òî ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ìàòðè÷íûõ ýëåìåíòîâ äëÿ îïòè÷åñêèõ ïåðåõîäîâ ìåæäó îñíîâíûì ñîñòîÿíèåì è ýêñèòîííûìèóðîâíÿìè.4.3. Ýôôåêòèâíûå íåëèíåéíûå âîñïðèèì÷èâîñòèïîðèñòûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ è äèýëåêòðèêîâ:ýêñïåðèìåíòûÝêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå ïðîâîäèëîñü íà îáðàçöàõ ÏÊ ñ ðàçëè÷íûìè îðèåíòàöèÿìè ïîâåðõíîñòè, ïîðèñòîñòÿìè è ñðåäíèì ðàçìåðîì ïîðìåòîäîì ãåíåðàöèè Âà è Òà â ãåîìåòðèÿõ íà ïðîõîä“ è íà îòðàæåíèå“ .”” ïîñëåäíåì ñëó÷àå íàáëþäàëñÿ çåðêàëüíî îòðàæåííûé ñèãíàë, ðàññåÿííîãî íåëèíåéíî-îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà çàðåãèñòðèðîâàíî íå áûëî.
Ñïåöèàëüíîáûëè èññëåäîâàíû ñëó÷àè ãåíåðàöèè ãàðìîíèê â ìèêðî- è ìåçîïîðèñòîìêðåìíèè.  ýêñïåðèìåíòàõ èñïîëüçîâàëèñü ëàçåðû íà õðîì-ôîðñòåðèòå(1,25 ìêì, 60 ôñ, 25 ÌÃö), Nd:YAG (1,06 ìêì, 40 ïñ, 1 Ãö) è ÏÃÑ, íàêà÷èâàåìûé òðåòüåé ãàðìîíèêîé èçëó÷åíèÿ Nd:YAG ëàçåðà (1,0...2,1 ìêì,3 íñ, 10 Ãö).4.3.1. Ãåíåðàöèÿ âòîðîé ãàðìîíèêè â ìèêðî- è ìåçîïîðèñòîìêðåìíèèÎáðàòèìñÿ ê ðåçóëüòàòàì ýêñïåðèìåíòîâ ïî ãåíåðàöèè ãàðìîíèê â ãåîìåòðèè íà îòðàæåíèå“ â ìèêðîïîðèñòîì êðåìíèè, ïîëó÷åííîì òðàâëå-”íèåì c-Si p - è n -òèïîâ ñ óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì ρ = 0.1..10 Îì · ñìè îðèåíòàöèÿìè ïîâåðõíîñòè (111) è (100) ïðè ïëîòíîñòè òîêà òðàâëåíèÿj = 30 ìÀ/ñì2 .
Ïîðèñòîñòè îáðàçöîâ ñîñòàâëÿëè îò 50 äî 80%. Ýêñïåðèìåíòû âûïîëíÿëèñü ñ èñïîëüçîâàíèåì ïèêîñåêóíäíîãî Nd:YAG ëàçåðà. Äëÿâñåõ îáðàçöîâ âíå çàâèñèìîñòè îò îðèåíòàöèè ïîäëîæêè, å¼ ýëåêòðîôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ è óñëîâèé òðàâëåíèÿ íàáëþäàëîñü ñóùåñòâåííîå, áîëåå,165÷åì íà ïîðÿäîê âåëè÷èíû, ïàäåíèå ñèãíàëà Âà â ÏÊ ïî ñðàâíåíèþ ñ ñèãíàëîì â c-Si (ñì. ðèñ. 4.5) [183].Äåòàëüíûé àíàëèç, âûïîëíåííûé âïîñëåäñòâèè â ýêñïåðèìåíòå [164], ïîêàçàë, ÷òî äëÿ ÏÊ êâàäðàòè÷íàÿ íåëèíåéíàÿ âîñïðèèì÷èâîñòü îñëàáåâàåòáîëåå, ÷åì íà äâà ïîðÿäêà ïî ñðàâíåíèþ ñ c-Si. Îòìåòèì, ÷òî, êàê ñîîáùàëîñü â ðàáîòå [186], ñèãíàë Âà â ÏÊ, ñðàâíèìûé ñ ñèãíàëîì Âà â c-Siíàáëþäàëñÿ ëèøü ïîñëå ïðîãðåâà îáðàçöîâ ÏÊ â âàêóóìå, â ðåçóëüòàòåêîòîðîãî ïðîèñõîäèëà äåñîðáöèÿ âîäîðîäà, ñâÿçûâàþùåãî ïîâåðõíîñòíûåñîñòîÿíèÿ è óìåíüøàþùåãî ïîâåðõíîñòíûå íàïðÿæåíèÿ.
Äàííûé ðåçóëüòàòíàõîäèòñÿ â õîðîøåì ñîîòâåòñòâèè ñ ìîäåëüþ ýôôåêòèâíîé ñðåäû, ïðåäñêàçûâàþùåé ïàäåíèå íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòè.  òî æå âðåìÿ, êàêáûëî ïîêàçàíî äàëüíåéøèõ ðàáîòàõ êàê íàøåé ãðóïïû [185], òàê è äðóãèõ èññëåäîâàòåëåé [164, 184], äëÿ ÏÊ, èçãîòîâëåííîãî íà êðèñòàëëè÷åñêîéïëàñòèíå ñ îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (100), íàáëþäàëîñü èçìåíåíèå âèäàîðèåíòàöèîííûõ çàâèñèìîñòåé ñèãíàëà ÂÃ: âìåñòî õàðàêòåðíîé äëÿ c-Si÷åòûð¼õêðàòíîé ñèììåòðèè îðèåíòàöèîííîé çàâèñèìîñòè äëÿ ÏÊ âîçíèêà-c-Si.).(c-Six ( )Ðèñ.
4.5. Èçìåíåíèå ñèãíàëà Âà ïðè ñêàíèðîâàíèè ëàçåðíîãî ïÿòíà ïî ïîâåðõíîñòèìèêðîïîðèñòîãî êðåìíèÿ: ñëåâà îáëàñòü êðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ, ñïðàâà ìèêðîïîðèñòîãî (ñõåìà ïðèâåäåíà íà âðåçêå). Äèàìåòð ïÿòíà ñîñòàâëÿë îêîëî 1 ìì [183].166ëà ïðàêòè÷åñêè èçîòðîïíàÿ îðèåíòàöèîííàÿ çàâèñèìîñòü. Ýòè ðåçóëüòàòûóêàçûâàþò íà ñíèæåíèå êàê àíèçîòðîïíîãî îáú¼ìíîãî, òàê è äèïîëüíîãî ïîâåðõíîñòíîãî âêëàäîâ âî ÂÃ.
Äàííûé ýôôåêò îáóñëîâëåí òåì, ÷òî çàñ÷¼ò îáðàçîâàíèÿ ïîð ñíèæàåòñÿ ÷èñëî àòîìîâ êðåìíèÿ, ó÷àñòâóþùèõ â ãåíåðàöèè ãàðìîíèêè. Êðîìå òîãî, ÏÊ îñòà¼òñÿ ñðåäîé ñ öåíòðîì èíâåðñèè,äëÿ êîòîðîé ãåíåðàöèÿ Âà çàïðåùåíà â äèïîëüíîì ïðèáëèæåíèè. Íàêîíåö, ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî åù¼ îäíà ïðè÷èíà èçîòðîïíîé çàâèñèìîñòèñèãíàëà Âà ñâÿçàíà ñ ïðåèìóùåñòâåííûì ðîñòîì ïîð âäîëü êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîãî íàïðàâëåíèÿ [100], ò.å. ïî íîðìàëè ê ïîâåðõíîñòè, ÷òî äîëæíî(2)ïðèâåñòè ê îòíîñèòåëüíîìó óâåëè÷åíèþ êîìïîíåíòû χQ, 3333 , îòâåòñòâåííîé çà íîðìàëüíóþ ê ïîâåðõíîñòè êîìïîíåíòó íåëèíåéíîé ïîëÿðèçàöèè, è(2)(2)óìåíüøåíèþ êîìïîíåíò χQ, 1133 è χQ, 1111 (èíäåêñ 3 ñîîòâåòñòâóåò íîðìàëè ê ïîâåðõíîñòè).
Îäíàêî, èìåííî äëÿ ìèêðîïîðèñòîãî êðåìíèÿ îðèåíòàöèÿ ïîð ïî êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèì íàïðàâëåíèÿì âûäåðæèâàåòñÿ íå î÷åíüñòðîãî, à â îáðàçöå ÏÊ íå íàáëþäàåòñÿ ñêîëüêî-íèáóäü çàìåòíîé îïòè÷åñêîé àíèçîòðîïèè; ýòî íå ïîçâîëÿåò ñ÷èòàòü, ÷òî äàííûé ôàêòîð èãðàåòâàæíóþ ðîëü â îðèåíòàöèè âåêòîðà íåëèíåéíîé ïîëÿðèçàöèè.ÏÊ îáëàäàåò âåñüìà ðàçâèòîé ïîâåðõíîñòüþ, ïîýòîìó ìîæíî áûëî áûîæèäàòü ãèãàíòñêîãî ðîñòà ïîâåðõíîñòíîãî âêëàäà â ñèãíàë ÂÃ. Îäíàêî õàðàêòåðíûå ðàçìåðû íàíîêðèñòàëëîâ â ìèêðîïîðèñòîì êðåìíèè ñîñòàâëÿþòåäèíèöû íàíîìåòðîâ, ïîýòîìó ïðîèñõîäèò äåñòðóêòèâíàÿ èíòåðôåðåíöèÿâîëí ÂÃ, èçëó÷àåìûõ ïîâåðõíîñòÿìè íàíîêðèñòàëëîâ [164, 186]. Òåì íå ìåíåå, ñ óâåëè÷åíèåì ðàçìåðîâ íàíîêðèñòàëëîâ (ò.å. â ìåçîïîðèñòîì êðåìíèè)ìîæíî îæèäàòü èñ÷åçíîâåíèÿ äåñòðóêòèâíîé èíòåðôåðåíöèè è óâåëè÷åíèÿñèãíàëà ÂÃ.Äåéñòâèòåëüíî, â ìåçîïîðèñòîì êðåìíèè, ðàçìåðû ïîð êîòîðîãî ñîñòàâëÿþò äåñÿòêè íàíîìåòðîâ, ãåíåðàöèÿ Âà ñóùåñòâåííûì îáðàçîì îòëè÷àåòñÿ îò ãåíåðàöèè Âà â ìèêðîïîðèñòîì êðåìíèè (ñì.
ðèñ. 4.6). Îòìåòèì ðîñòñèãíàëà Âà â ìåçîïîðèñòîì êðåìíèè íà äâà ïîðÿäêà ïî ñðàâíåíèþ ñ c-Siè èçìåíåíèå âèäà îðèåíòàöèîííîé çàâèñèìîñòè ÂÃ. Îñîáåííî çíà÷èòåëåí1679090oθ=060.)120(.60301503001800306033021024090300c-Si(x 400)||270⊥θ=090120||⊥o60.)100030150.100(101800101003302101000240300270c-Si(p = 60 %)(p = 75 %)Ðèñ. 4.6. Îðèåíòàöèîííûå çàâèñèìîñòè ñèãíàëà Âà äëÿ êðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ èïîëó÷åííîãî íà í¼ì ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ. Âà ðåãèñòðèðîâàëàñü â ãåîìåòðèè íà îò”ðàæåíèå“ ïðè íîðìàëüíîì ïàäåíèè íà îáðàçåö èçëó÷åíèÿ ôåìòîñåêóíäíîãî ëàçåðà íàõðîì-ôîðñòåðèòå. à) Îðèåíòàöèÿ ïîâåðõíîñòè (110).
Ñèãíàëû Âà äëÿ êðèñòàëëè÷åñêîãî (¥, •) è ìåçîïîðèñòîãî (¤, °) êðåìíèÿ. Âà ïîëÿðèçîâàíà ïàðàëëåëüíî (•, °) è ïåðïåíäèêóëÿðíî (¥, ¤) ïîëÿðèçàöèè îñíîâíîé ÷àñòîòû. Ñèãíàë Âà äëÿ c-Si óâåëè÷åí â400 ðàç. á) Îðèåíòàöèÿ ïîâåðõíîñòè (111). Ñèãíàëû Âà äëÿ êðèñòàëëè÷åñêîãî (N) èìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ ñ ïîðèñòîñòÿìè p = 60%(¥) è p = 75%(•). Âà ïîëÿðèçîâàíàïàðàëëåëüíî ïîëÿðèçàöèè îñíîâíîé ÷àñòîòû.168ðîñò ñèãíàëà Âà â ñëó÷àå, êîãäà îíà ïîëÿðèçîâàíà ïåðïåíäèêóëÿðíî èçëó÷åíèþ îñíîâíîé ÷àñòîòû. Èíòåðåñíî, ÷òî ñèãíàë Âà óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîìïîðèñòîñòè, âîïðåêè ïðåäñêàçàíèÿì, îñíîâàííûì íà ìîäåëè ýôôåêòèâíîéñðåäû (ñì. ï. 4.2.3.).
Ñëåäóåò òàêæå îòìåòèòü è îïðåäåë¼ííóþ èçîòðîïèçà-”öèþ“ îðèåíòàöèîííûõ çàâèñèìîñòåé äëÿ ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ, îñîáåííîíàãëÿäíî ïðîÿâëÿþùóþñÿ äëÿ êðåìíèÿ ñ îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (111).Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû óêàçûâàþò íà òî, ÷òî â ìåçîïîðèñòîì êðåìíèèïðîèñõîäèò óâåëè÷åíèå êàê èçîòðîïíîãî, òàê è àíèçîòðîïíîãî ñèãíàëîâ ÂÃïî ñðàâíåíèþ ñ c-Si. Îòìåòèì, ÷òî äëÿ c-Si â ñëó÷àå íîðìàëüíîãî ïàäåíèÿèçîòðîïíûå ÷àñòè êàê îáú¼ìíîãî êâàäðóïîëüíîãî, òàê è ïîâåðõíîñòíîãîäèïîëüíîãî âêëàäîâ äîëæíû áûòü íóëåâûìè (ñì. ôîðìóëà (4.14) è áîëååïîäðîáíûé àíàëèç â [161]).Äëÿ îáúÿñíåíèÿ ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ ñëåäóåò ïðèíÿòü âî âíèìàíèåíåñêîëüêî ôàêòîðîâ, îáóñëîâëåííûõ òåì, ÷òî ðàññìàòðèâàåìàÿ íàìè ñðåäàíå ÿâëÿåòñÿ, â îòëè÷èå îò êðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ, íåïðåðûâíîé ñðåäîé:1) Óâåëè÷åíèå ïîâåðõíîñòè è, êàê ñëåäñòâèå, ðîñò ïîâåðõíîñòíîãî âêëàäàâî ÂÃ. Ïðè ýòîì ñëåäóåò ó÷åñòü, ÷òî ïîðû ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ íå ïî íîðìàëè ê ïîâåðõíîñòè, ÷òî ïðèâåäåò ê íåíóëåâîìó ïîâåðõíîñòíîìó äèïîëüíîìóñèãíàëó Âà äàæå ïðè ïàäåíèè èçëó÷åíèÿ ïî íîðìàëè.2) Ðîñò îáú¼ìíîãî êâàäðóïîëüíîãî âêëàäà.
Îäíîé èç åãî ïðè÷èí ìîæåòáûòü ëîêàëüíîå óâåëè÷åíèå ∇E íà ãðàíèöàõ íàíîêðèñòàëëîâ. Âíîâü ñëåäóåò îáðàòèòü âíèìàíèå íà òî, ÷òî íàïðàâëåíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíûâíóòðè êàæäîé íàíî÷àñòèöû ìîæåò îòëè÷àòüñÿ îò íàïðàâëåíèÿ ïàäåíèÿèçëó÷åíèÿ.3) Ðàçìåðû íàíî÷àñòèö ìíîãî ìåíüøå äëèíû âîëíû (10...50 íì), îäíàêî,â îòëè÷èå îò ìèêðîïîðèñòûõ ñðåä, ðàçìåðû ÷àñòèö íåîáõîäèìî ïðíèìàòüâî âíèìàíèå. Ïðè àíàëèçå íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü èçëó÷åíèÿ ÷àñòèöàìè íåòîëüêî ïðè äèïîëüíîì, íî è ïðè êâàäðóïîëüíîì íåëèíåéíîì ðàññåÿíèè.Ïðè ýòîì íå ïðîèñõîäèò ïîëíîé âçàèìíîé êîìïåíñàöèè âîëí èç ðàçíûõòî÷åê ïðîñòðàíñòâà è ñòàíîâèòñÿ íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ôàçîâûå ñîîòíî169øåíèÿ ìåæäó âîëíàìè è èõ èíòåðôåðåíöèþ, ïðèâîäÿùóþ ê íåîäíîðîäíîìóïåðåðàñïðåäåëåíèþ ïîëÿ.Êà÷åñòâåííî èäåþ î òîì, ÷òî íåîäíîðîäíîñòü ïîëÿ âîëíû ìîæåò ïðèâåñòè ê ðîñòó ýôôåêòèâíîñòè ãåíåðàöèè ÂÃ, ìîæíî èçëîæèòü ñëåäóþùèìîáðàçîì [187].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
