Диссертация (1097499), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Çíà÷åíèÿ r äëÿ îáðàçöîâ(3)(3)A, B è D, à òàêæå ñ-Si (χ3333 = χ1111 ) ïðåäñòàâëåíû â òàáë. 4.2.Êàê âèäíî èç òàáë. 4.2 ýêñïåðèìåíòàëüíî èçìåðåííîå ñîîòíîøåíèå óâåëè÷èâàåòñÿ ïðè óâåëè÷åíèè ïîðèñòîñòè. Òàêóþ æå òåíäåíöèþ èìåþò çíà÷åíèÿ, ðàññ÷èòàííûå ïî ìîäåëè Áðóããåìàíà, ÷òî ñîãëàñóåòñÿ ñ ïðåäïîëîæåíèåì î ìîäèôèêàöèè òåíçîðà ïðè àíèçîòðîïíîì íàíîñòðóêòóðèðîâàíèè,ñäåëàííîì âûøå.
Îäíàêî ñîãëàñèå ýêñïåðèìåíòà ñ ìîäåëüþ ÿâëÿåòñÿ òîëüêîêà÷åñòâåííûå.  ýêñïåðèìåíòå áûëî çàðåãèñòðèðîâàíî óâåëè÷åíèå ñîîòíîøåíèÿ r â 1,09, 1,28 è 1,4 ðàçà äëÿ îáðàçöîâ A, B è D ñîîòâåòñòâåííî, â òîâðåìÿ êàê ìîäåëü Áðóããåìàíà ïðåäñêàçûâàåò ðîñò â 1,36, 1,71 è 3,2 ðàçà âýòèõ ñëó÷àÿõ.Îáðàòèìñÿ òåïåðü ê àíàëèçó îðèåíòàöèîííûõ çàâèñèìîñòåé ñèãíàëà ÒÃ,ãåíåðèðóåìîé ïðè îòðàæåíèè îò ïîâåðõíîñòè ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ (îðèåíòàöèÿ ïîâåðõíîñòè èñõîäíîé ïëàñòèíû c-Si (110) ). Ýêñïåðèìåíò âûïîëíÿëñÿ ñ ïîìîùüþ ëàçåðà íà êðèñòàëëå õðîì-ôîðñòåðèòà, èçëó÷åíèå êîòîðîãî, ïàäàþùåå ïî íîðìàëè ê ïîâåðõíîñòè, ôîêóñèðîâàëîñü ëèíçîé ñ ôîêóñíûì ðàññòîÿíèåì 5 ñì, ãåíåðèðóåìàÿ ÒÃ, ñîáèðàåìàÿ òîé æå ëèíçîé,îòâîäèëàñü íà äåòåêòîð ñ ïîìîùüþ äèõðîè÷íîãî äåëèòåëÿ (ðèñ. 4.13ä).
Èñïîëüçóåìûå îáðàçöû îáëàäàëè äîñòàòî÷íîé òîëùèíîé (îêîëî 40 ìêì), ÷òîïîçâîëèëî íå ó÷èòûâàòü èíòåðôåðåíöèîííûå ýôôåêòû â ïë¼íêå ÏÊ. Êàêâèäíî èç ðèñ. 4.13à, 4.13á, ñèãíàë ÒÃ, ãåíåðèðóåìîé ÏÊ, ñóùåñòâåííî ïðå179.)90.10(19060120601150301500.1300.011801E-31E-30118000.01210103300.12103301240300270.)240c-Sip = 35 %p = 43 %p = 53 %300270p = 59 %p = 64 %p = 70 %85(3)(3)4(3)χ1111 + 3 χ1122(3)(3)(3)(χ3311 + χ113321(3)(3)6(3)(3)(χ1111 + 3 χ1122) / (χ3311+χ1133)420(3)(3)χ3(3)(χ1111 + 3 χ1122) / χ3333(3).χ3333χ12050 6040(%)070050 60 7040(%) 9-5 9-5+, & ! λ/2ψXYZ "# λ/2+" %' - $%f = 10 & ('E=250 Cr4 + :forsteriteλ = 1250τ = 80ψλ = 417)*.Ðèñ.
4.13. Îðèåíòàöèîííûå çàâèñèìîñòè ñèãíàëà Òà ïðè îòðàæåíèè îò c-Si ñ îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (110) è ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ, ïîëó÷åííîãî åãî òðàâëåíèåì, äëÿïàðàëëåëüíîé (à) è ïåðïåíäèêóëÿðíîé (á) ïîëÿðèçàöèé Òà è èçëó÷åíèÿ íà îñíîâíîé÷àñòîòå. Âåëè÷èíû êîìïîíåíò òåíçîðà χb(3) (â) è èõ ñîîòíîøåíèÿ (ã) â çàâèñèìîñòè îòïîðèñòîñòè. Ñõåìà ýêñïåðèìåíòà ïîêàçàíà íà ðèñ. (ä).180âîñõîäèò ñèãíàë ÒÃ, ãåíåðèðóåìîé c-Si: áîëåå, ÷åì íà ïîðÿäîê âåëè÷èíû,äëÿ ñëó÷àÿ ïàðàëëåëüíûõ ïîëÿðèçàöèé Òà è èçëó÷åíèÿ íà îñíîâíîé ÷àñòîòå è áîëåå, ÷åì íà äâà ïîðÿäêà âåëè÷èíû, äëÿ ñëó÷àÿ ïåðïåíäèêóëÿðíûõïîëÿðèçàöèé Òà è èçëó÷åíèÿ íà îñíîâíîé ÷àñòîòå. Ïðè ýòîì, îäíàêî, â ïîñëåäíåì ñëó÷àå ñèãíàë Òà ïî-ïðåæíåìó îñòà¼òñÿ íàìíîãî ìåíüøå, ÷åì äëÿïàðàëëåëüíûõ ïîëÿðèçàöèé Òà è èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè. Âèä îðèåíòàöèîííûõçàâèñèìîñòåé Òà èñïûòûâàåò çàìåòíûå èçìåíåíèÿ ïðè ïåðåõîäå îò c-Si êÏÊ è ïðè âàðèàöèÿõ ïîðèñòîñòè.
Îáùèì ÿâëÿåòñÿ èçîòðîïèçàöèÿ“ îðè-”åíòàöèîííûõ çàâèñèìîñòåé ïðè ïåðåõîäå ê ìåçîïîðèñòîìó êðåìíèþ, ïðîÿâëÿþùàÿñÿ, ïðåæäå âñåãî, â îòñóòñòâèè â íèõ íóëåâûõ óðîâíåé ñèãíàëà ïðèëþáîì âçàèìíîì ðàñïîëîæåíèè íàïðàâëåíèÿ ïîëÿðèçàöèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ íà îñíîâíîé ÷àñòîòå è êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ îñåé. Âìåñòå ñ òåì,îðèåíòàöèîííûå çàâèñèìîñòè ñèãíàëà Òà äëÿ ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ, áåçóñëîâíî, íå ÿâëÿþòñÿ èçîòðîïíûìè. Òàê, äëÿ ψ = 90◦ (èçëó÷åíèÿ íàêà÷êèè Òà ïîëÿðèçîâàíû âäîëü êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé îñè [11̄0]) ñèãíàë Òà âÏÊ âñåãäà âûøå, ÷åì äëÿ ψ = 0◦ (èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè è Òà ïîëÿðèçîâàíûâäîëü êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé îñè [001]).Äëÿ ñðåäû, ïðèíàäëåæàùåé ê êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé ãðóïïå 4/mmm, èïîâåðõíîñòè îðèåíòàöèè (110) âèä îðèåíòàöèîííûõ çàâèñèìîñòåé äîëæåíîïèñûâàòüñÿ ñëåäóþùèìè ôîðìóëàìè:h³´(3)(3)(3)4IT H, k ∝ 2χ3333 cos ψ + χ1111 + 3χ1122 sin4 ψ+³´i2(3)(3)22+ 6 χ1133 + χ3311 sin ψ cos ψ ,h(3)(3)2IT H, ⊥ ∝ sin 2ψ (χ3333 − 3χ1133 ) cos2 ψ+¶¸2µ31(3)(3)(3)3χ3311 − χ1111 − χ1122 sin2 ψ ,22(4.41)(4.42)ãäå ψ óãîë ìåæäó íàïðàâëåíèåì ïîëÿðèçàöèè èçëó÷åíèÿ íà îñíîâíîé ÷àñòîòå è êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèì íàïðàâëåíèåì [001] â ñ-Si.
Ïîëó÷åííûå âýêñïåðèìåíòå îðèåíòàöèîííûå çàâèñèìîñòè ñ ïîìîùüþ ïîäãîíêè ïî ôîðìóëå (4.41) ïîçâîëèëè îïðåäåëèòü îòíîñèòåëüíûå âåëè÷èíû êîìïîíåíò òåí181çîðà êóáè÷åñêîé íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòè χb(3) (3ω; ω, ω, ω) (ðèñ. 4.13â)è èõ ñîîòíîøåíèÿ (ðèñ. 4.13ã). Îáùåé òåíäåíöèåé ÿâëÿåòñÿ ðîñò êîìïîíåíòχb(3) c óâåëè÷åíèåì ïîðèñòîñòè. Çàìåòèì, ÷òî ýòîò ðåçóëüòàò ïðîòèâîðå÷èòïðåäñòàâëåíèÿì ïðèáëèæåíèÿ ýôôåêòèâíîé ñðåäû [72]. Çàâèñèìîñòè ñîîòíîøåíèé êîìïîíåíò´³(3)(3)(3)r = χ1111 + 3χ1122 /χ3333 = L⊥ (3ω)L3⊥ (ω)/Lk (3ω)L3k (ω)è³´(3)(3)(3)(3)χ1111 + 3χ1122 /(χ3311 + χ1133 ) ≈ L2⊥ /L2kîò ïîðèñòîñòè íåìîíîòîííû.
Ìàêñèìóì ñîîòíîøåíèÿ r äîñòèãàåòñÿ ïðè ïîðèñòîñòè â 60%, ïðè ýòîì åãî âåëè÷èíà äîñòèãàåò 3,6, ÷òî òàêæå íå ñîãëàñóåòñÿ ñ ïðåäñêàçàíèÿìè ìîäåëè ýôôåêòèâíîé ñðåäû (ñì. òàáë. 4.2). Íåìîíîòîííîñòü óêàçàííûõ ñîîòíîøåíèé, âåðîÿòíî, ìîæíî ñâÿçàòü ñ óâåëè÷åíèåìðîëè ðàññåÿíèÿ è äåïîëÿðèçàöèè èçëó÷åíèÿ ñ ðîñòîì ïîðèñòîñòè.Òàê æå, êàê è äëÿ ÂÃ, ðîñò ñèãíàëà Òà è èçìåíåíèå å¼ îðèåíòàöèîííûõçàâèñèìîñòåé ïðîèñõîäèò íå òîëüêî â äâóëó÷åïðåëîìëÿþùåì ÏÊ, íî è äëÿîáðàçöîâ, íå ïðîÿâëÿþùèõ îïòè÷åñêîé àíèçîòðîïèè. Ðèñ. 4.14 ïðåäñòàâëÿåò îðèåíòàöèîííûå çàâèñèìîñòè ñèãíàëà ÒÃ, ãåíåðèðóåìîé ïðè îòðàæåíèèîò c-Si (ρ = 1, 5 ìÎì · ñì) ñ îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (100) è ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ, ïîëó÷åííîãî åãî òðàâëåíèåì.
Êàê âèäíî èç ðèñóíêà, â äàííîìñëó÷àå íå ïðîèñõîäèò ñóùåñòâåííîãî óâåëè÷åíèÿ ìàêñèìóìîâ ñèãíàëà ÒÃ,íî åãî îðèåíòàöèîííàÿ çàâèñèìîñòü ìåíÿåòñÿ ñóùåñòâåííûì îáðàçîì, ñòàíîâÿñü áîëåå èçîòðîïíîé.4.3.3. Ïðè÷èíû ðîñòà ýôôåêòèâíîñòè ïðîöåññà ãåíåðàöèè òðåòüåé ãàðìîíèêè â ìåçîïîðèñòîì êðåìíèèÍàèáîëåå âåðîÿòíîé ïðè÷èíîé ðîñòà ñèãíàëà Òà â ìåçîïîðèñòîì êðåìíèè òàêæå, ïî-âèäèìîìó, ÿâëÿåòñÿ íåîäíîðîäíîñòü ïîëÿ. Ïî àíàëîãèè ñ(4.36) ìîæíî çàïèñàòü:hE3 i = [1 + 3hδ(r)2 i]E3a .182(4.43)(100)9012060.)1000c-Si30150.100(1010180101001000330210240300270Ðèñ. 4.14. Îðèåíòàöèîííûå çàâèñèìîñòè ñèãíàëà ÒÃ, ãåíåðèðóåìîé ïðè îòðàæåíèè îòc-Si ñ îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (100) è ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ, ïîëó÷åííîãî åãî òðàâëåíèåì. îáðàçöàõ ñ áoëüøèì ðàçìåðîì ïîð è íàíîêðèñòàëëîâ íåîäíîðîäíîñòüïîëÿ âîçðàñòàåò, ÷òî è îáúÿñíÿåò óâåëè÷åíèå ñèãíàëà Òà â ìåçîïîðèñòîìêðåìíèè.
 ÷èñëå ïðè÷èí òàêîãî âîçðàñòàíèÿ íåîäíîðîäíîñòè ïîëÿ ìîæíî íàçâàòü, íàïðèìåð, èíòåðôåðåíöèþ âîëí, ðàññåèâàåìûõ íàíî÷àñòèöàìè.Ìèêðîïîðèñòûé æå êðåìíèé, íàïðîòèâ, ÿâëÿåòñÿ ìàòåðèàëîì, êîòîðûé,áëàãîäàðÿ òîìó, ÷òî ðàçìåðû ïîð è íàíîêðèñòàëëîâ ñîñòàâëÿþò åäèíèöûíàíîìåòðîâ, õîðîøî îïèñûâàåòñÿ â ðàìêàõ ïðèáëèæåíèÿ ýôôåêòèâíîé ñðåäû.Áåçóñëîâíî, äëèíà îïòè÷åñêîé âîëíû íàìíîãî ïðåâîñõîäèò õàðàêòåðíûéðàçìåð ïîð è íàíîêðèñòàëëîâ êàê â ìèêðî-, òàê è â ìåçîïîðèñòîì êðåìíèè. Îòìåòèì, îäíàêî, ÷òî äëèíà âîëíû Òà èçëó÷åíèÿ ëàçåðà íà Nd:YAGâ êðåìíèè ñîñòàâëÿåò λ/3n(3ω) ∼ 0, 1 ìêì, à õàðàêòåðíûé ðàçìåð ïîð èíàíîêðèñòàëëîâ 0,05...0,1 ìêì, ò.å.
ýòè äâå âåëè÷èíû ñòàíîâÿòñÿ ñðàâíèìû. Ìîæíî òàêæå äàòü îöåíêó äëèíû óïðóãîãî ðàññåÿíèÿ l, îïèðàÿñü íà183âûðàæåíèå äëÿ ñëó÷àÿ ðåëååâñêîãî ðàññåÿíèÿ íà ñôåðàõ ðàäèóñîì a ñ äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòüþ ε1 , íàõîäÿùèõñÿ â ñðåäå ñ äèýëåêòðè÷åñêîéïðîíèöàåìîñòüþ ε2 ; ôàêòîð çàïîëíåíèÿ äëÿ ñôåð ñîñòàâëÿåò f = 1 − p (ñì.(2.64)).Äëÿ äëèíû âîëíû λ = 1, 064 ìêì è ðàäèóñà ñôåðû a = 0, 05 ìêìâåëè÷èíà l îêàçûâàåòñÿ ðàâíîé 0,8 ìêì, ÷òî òàêæå ñðàâíèìî ñ äëèíîé âîëíû.Òàêèì îáðàçîì, âîçðàñòàíèå âåëè÷èí ëîêàëüíîãî ïîëÿ â íåêîòîðûõ òî÷êàõ ìîæíî, ïî-âèäèìîìó, ñâÿçàòü ñ ðàññåÿíèåì íà íàíî÷àñòèöàõ è ïîðàõè ìíîãîêðàòíîé èíòåðôåðåíöèÿ ðàññåÿííîãî èçëó÷åíèÿ êàê íà îñíîâíîé÷àñòîòå, òàê è íà ÷àñòîòàõ ãàðìîíèê.
Èíûìè ñëîâàìè, ìû èìååì äåëî ñýôôåêòàìè ñëàáîé ëîêàëèçàöèè ñâåòà. Ðîëü ýòîãî ïðîöåññà â ãåíåðàöèèãàðìîíèê áóäåò îò÷àñòè îãðàíè÷åíà ïîãëîùåíèåì êàê èçëó÷åíèÿ íà îñíîâíîé ÷àñòîòå, òàê è ãàðìîíèê. Îòìåòèì òàêæå, ÷òî ïðîÿâëåíèÿ ýôôåêòîâëîêàëèçàöèè ñâåòà áóäóò ñèëüíåå äëÿ ñëó÷àÿ ïîðèñòîãî ìàòåðèàëà, â êîòîðîì ðàçìåð ïîð áóäåò áîëüøå, à ïîãëîùåíèå ìåíüøå. Òàêèì ìàòåðèàëîìÿâëÿåòñÿ, íàïðèìåð, ïîðèñòûé ôîñôèä ãàëëèÿ, íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèì ïðîöåññàì â êîòîðîì ïîñâÿùåíà ÷àñòü ãë. 5.4.3.4. Ãåíåðàöèÿ òðåòüåé ãàðìîíèêè â îêèñëåííîì ïîðèñòîìêðåìíèèÎòìåòèì, ÷òî äëÿ ÎÏÊ, ñôîðìèðîâàííîãî íà îñíîâå ìåçîïîðèñòîãîêðåìíèÿ, êóáè÷åñêàÿ íåëèíåéíàÿ âîñïðèèì÷èâîñòü óñïåøíî îïèñûâàåòñÿ âðàìêàõ ìîäåëè ýôôåêòèâíîé ñðåäû. Äëÿ îðèåíòàöèîííûõ çàâèñèìîñòåé ÒÃâ ÎÏÊ, ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 3.13, íàáëþäàåòñÿ õîðîøåå ñîãëàñèå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ñ ðåçóëüòàòàìè ìîäåëèðîâàíèÿ.
Îñíîâûâàÿñü íà ýêñïåðèìåíòàëüíî èçìåðåííûõ ýôôåêòèâíûõ ïîêàçàòåëÿõ ïðåëîìëåíèÿ ÎÏÊè ïîëó÷åííûõ èç ðàñ÷åòîâ âåëè÷èí ôàêòîðîâ äåïîëÿðèçàöèè, áûëè ðàññ÷èòàíû ôàêòîðû ëîêàëüíîãî ïîëÿ è îòíîñèòåëüíûå âåëè÷èíû ýëåìåíòîâ òåí(3)(3)çîðà³ ýôôåêòèâíîé´ êóáè÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòè ÎÏÊ: χ3311 /χ3333 = 0, 41(3)(3)(3)è χ1111 + 3χ1122 /χ1133 = 7, 1.184Ýòî îòëè÷èå ÎÏÊ îò ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ îáóñëîâëåíî, ïî-âèäèìîìó,âî-ïåðâûõ, ìåíüøèì ðàçìåðîì ïîð â ÎÏÊ ïî ñðàâíåíèþ ñ ÏÊ è, âî-âòîðûõ,ìåíüøèì ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ îêñèäà êðåìíèÿ. Îáà ôàêòîðà ïðèâîäÿò ê ìåíåå ýôôåêòèâíîìó ðàññåÿíèþ íà íàíî÷àñòèöàõ è ìåíüøèì èçìåíåíèÿì ëîêàëüíûõ ïîëåé.4.4.
Âûâîäû ðåçóëüòàòå òåîðåòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ è ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ íåëèíåéíîãî îòêëèêà ïîðèñòûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ è äèýëåêòðèêîâ áûëè ïîëó÷åíû ñëåäóþùèå ðåçóëüòàòû:1. Òåîðåòè÷åñêè èç àíàëèçà ñâîéñòâ ñèììåòðèè è ìîäåëè ýôôåêòèâíîéñðåäû îïðåäåëåí âèä òåíçîðà ýôôåêòèâíîé êóáè÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòèäëÿ äâóëó÷åïðåëîìëÿþùèõ ÏÊ è ÎÏÊ, êîòîðûå ñîäåðæàò ïÿòü è òðè íåçàâèñèìûõ êîìïîíåíò ñîîòâåòñòâåííî.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
