Диссертация (1097499), страница 28
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5.3. Ïðèîïðåäåëåííûõ óãëàõ ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ äîñòèãàåòñÿ ìèíèìóì ∆k . Äëÿñòðóêòóðû A äàííûé óãîë, ñîãëàñíî ðàñ÷åòàì, ñîîòâåòñòâóåò 50◦ , ÷òî áëèçêî ê óãëó, ñîîòâåòñòâóþùåìó ýêñïåðèìåíòàëüíî íàáëþäàåìîìó ìàêñèìóìóýôôåêòèâíîñòè ãåíåðàöèè ÂÃ. Íåêîòîðîå ðàçëè÷èå â âåëè÷èíàõ ýòèõ óãëîâ0,05020406080(-1)ìîæåò áûòü îáúÿñíåíî ðîëüþ ôðåíåëåâñêèõ ôàêòîðîâ, óìåíüøàþùèõ èí-0,030,010-1-2ABC0204060(80)Ðèñ.
5.3. Çàâèñèìîñòè âåëè÷èí ðàññòðîéêè âîëíîâûõ âåêòîðîâ îò óãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ äëÿ ñòðóêòóð À,  è Ñ [185].192òåíñèâíîñòü íàêà÷êè èç-çà ðîñòà êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ ñ óâåëè÷åíèåìóãëà ïàäåíèÿ.Òàêèì îáðàçîì, ýêñïåðèìåíòàëüíî óñòàíîâëåíî, ÷òî â ìíîãîñëîéíîé ïåðèîäè÷åñêîé ñòðóêòóðå íà îñíîâå ïîðèñòîãî êðåìíèÿ ïðîèñõîäèò ãåíåðàöèÿâòîðîé ãàðìîíèêè, ýôôåêòèâíîñòü êîòîðîé íàìíîãî ïðåâûøàåò ýôôåêòèâíîñòü ãåíåðàöèè âòîðîé ãàðìîíèêè êàê â îäíîðîäíîì ñëîå ïîðèñòîãî êðåìíèÿ, òàê è íà ïîâåðõíîñòè ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ.
Ýôôåêòèâíîñòüãåíåðàöèè âòîðîé ãàðìîíèêè ñóùåñòâåííî çàâèñèò îò òîëùèí ñëîåâ. Èçëó÷åíèå íà ÷àñòîòå Âà ÿâëÿåòñÿ p-ïîëÿðèçîâàííûì, à åãî èíòåíñèâíîñòü íåçàâèñèò îò óãëà ïîâîðîòà ñòðóêòóðû â ïëîñêîñòè, ïåðïåíäèêóëÿðíîé íîðìàëè. Ïîëó÷åíà íåìîíîòîííàÿ çàâèñèìîñòü èíòåíñèâíîñòè Âà îò óãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè íà îáðàçåö. Îáíàðóæåííûå ýôôåêòû ñâÿçûâàþòñÿñ äîñòèæåíèåì â ñòðóêòóðå ïðè îïðåäåëåííîì óãëå ïàäåíèÿ ìèíèìóìà ôàçîâîé ðàññòðîéêè äëÿ ïðîöåññà ãåíåðàöèè ÂÃ.5.2. Ãåíåðàöèÿ âòîðîé è òðåòüåé ãàðìîíèêâ ñòðóêòóðàõ íà îñíîâå ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿÏðèìåíÿÿ ñëîè ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ, ìû ìîæåì ðàññ÷èòûâàòü íà ñóùåñòâåííîå óâåëè÷åíèå ýôôåêòèâíîñòè íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ,ïîñêîëüêó èìåííî â ýòîì ñëó÷àå ýôôåêòèâíîñòü ãåíåðàöèè îïòè÷åñêèõ ãàðìîíèê â ÏÊ ïðåâîñõîäèò ýôôåêòèâíîñòü ãåíåðàöèè â c-Si (ñì.
ãë. 4). Êðîìåòîãî, èìåííî â ìåçîïîðèñòîì êðåìíèè âîçìîæíî ñîçäàòü äâóëó÷åïðåëîìëÿþùèå ñëîè, ÷òî òàêæå ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ äëÿ èññëåäîâàíèÿ ïðîöåññîâ âôîòîííî-êðèñòàëëè÷åñêèõ ñòðóêòóðàõ.5.2.1. Èçîòðîïíûå ñëîè ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿÇàâèñèìîñòü ñèãíàëà Âà îò óãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà îáðàçåö òàêæå áûëà èññëåäîâàíà â ãåîìåòðèè íà ïðîõîä“ äëÿ ñâîáîäíîé ïë¼íêè, îá-”ðàçîâàííîé 50 ïàðàìè ñëî¼â ÏÊ, èçãîòîâëåííîãî íà ïëàñòèíå ñ èñõîäíîé1931,00,80,60,40,20,00,550,600,650,70(0,750,80)1,2..)1,4(1,00,80,60,6200,6250,6300,40,2-60-40-20020(4060)Ðèñ.
5.4. à) Ñïåêòð îòðàæåíèÿ ìíîãîñëîéíîé ïë¼íêè, îáðàçîâàííîé 50 ïàðàìè ñëî¼â ÏÊ.á) Çàâèñèìîñòè ñèãíàëà ÂÃ, ðåãèñòðèðóåìîé íà äëèíàõ âîëí 0,620, 0,625 è 0,630 íì, îòóãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà îáðàçåö.194îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (111) è ρ = 5 ìÎì · cì ïðè ïëîòíîñòè òîêîâ òðàâ2ëåíèÿ è äëèòåëüíîñòè èìïóëüñîâ òîêà j1 = 50 ìÀ/ñì , t1 = 1,37 c è j2 =100 ìÀ/ñì2 , t2 = 0,99 c.  ýêñïåðèìåíòå èñïîëüçîâàëîñü s−ïîëÿðèçîâàííîåèçëó÷åíèå õðîì-ôîðñòåðèòîâîãî ëàçåðà. Äëÿ ðåãèñòðàöèè ñèãíàëà Âà èñïîëüçîâàëñÿ ñïåêòðîìåòð Jobin Yvon Triax 320, ñíàáæåííûé ÏÇÑ-ìàòðèöåé.Íà ðèñ. 5.4á ïðèâåäåíû òàêèå çàâèñèìîñòè äëÿ äëèíàõ âîëí Âà λSH =0,620, 0,625 è 0,630 ìêì.
Ìàêñèìàëüíàÿ âåëè÷èíà ñèãíàëà äëÿ äëèíû âîëíû λSH =0,625 ìêì îáúÿñíÿåòñÿ ìàêñèìóìîì èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè íà äëèíåâîëíû 1,25 ìêì.Êàê âèäíî èç ðèñ. 5.4á, ìàêñèìóì ñèãíàëà Âà äîñòèãàåòñÿ ïðè óãëå ïàäåíèÿ θ = 0◦ (λSH =0,620 è 0,625 ìêì), ÷òî îáúÿñíÿåòñÿ õîðîøî èçâåñòíûìèîñîáåííîñòÿìè ãåíåðàöèè Âà íà ïîâåðõíîñòè ñ-Si c îðèåíòàöèåé (111) (ñì.ãë.
4). Âìåñòå ñ òåì, ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî äëÿ λSH =0,630 ìêì ìàêñèìàëüíûé ñèãíàë äîñòèãàåòñÿ ïðè θ ≈ ±10◦ . Ýòîò ôàêò ìîæåò áûòü îáúÿñí¼íëèøü âëèÿíèåì ìíîãîñëîéíîé ñòðóêòóðû íà ýôôåêòèâíîñòü ãåíåðàöèè ÂÃ.Äåéñòâèòåëüíî, λSH =0,630 ìêì ïîïàäàåò â ÔÇÇ, ÷òî ñóùåñòâåííî ñíèæàåòýôôåêòèâíîñòü óêàçàííîãî íåëèíåéíîãî ïðîöåññà. Îäíàêî, êàê âèäíî ñïåêòðà îòðàæåíèÿ äàííîé ïë¼íêè (ðèñ. 5.4a), èç-çà íåèäåàëüíîñòè ñòðóêòóðûêîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ â ÔÇÇ íå ÿâëÿåòñÿ ïîñòîÿííûì, à ñëàáî èçìåíÿåòñÿ ñ äëèíîé âîëíû. Ïîâîðîò îáðàçöà ïðèâåäåò ê ñäâèãó“ ñïåêòðà îòðà-”æåíèÿ â ñèíþþ ñòîðîíó, â ðåçóëüòàòå ÷åãî äëèíå âîëíû λSH =0,630 ìêìáóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü íåìîíîòîííûé ó÷àñòîê ñïåêòðà îòðàæåíèÿ; êàê èçâåñòíî [195], èìåííî äëÿ òàêèõ îáëàñòåé âîçìîæíî ôàçîâîå ñîãëàñîâàíèåïðîöåññà ãåíåðàöèè Âà â ìíîãîñëîéíûõ ñòðóêòóðàõ.
Äàëüíåéøèé ïîâîðîòîáðàçöà ïðèâåäåò ê ïàäåíèþ ñèãíàëà Âà äëÿ âñåõ äëèí âîëí, õîòÿ ïðè îïðåäåë¼ííûõ çíà÷åíèÿõ θ íàáëþäàþòñÿ ëîêàëüíûå ìàêñèìóìû ñèãíàëà ÂÃ.Ñóùåñòâåííàÿ çàâèñèìîñòü ýôôåêòèâíîñòè ãåíåðàöèè Âà è Òà îò äëèíûâîëíû è óãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè îòìå÷àëàñü òàêæå â ìèêðîðåçîíàòîðàõ íà îñíîâå ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ, èçãîòîâëåííûõ ýëåêòðîõèìè÷åñêèì òðàâëåíèåì p+ -Si c îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (100) [207, 208]1955.2.2. Àíèçîòðîïíûå ñëîè ïîðèñòîãî êðåìíèÿÄîïîëíèòåëüíûå âîçìîæíîñòè äîñòèæåíèÿ ýôôåêòèâíîãî ôàçîâîãî ñîãëàñîâàíèÿ â îäíîìåðíûõ ôîòîííî-êðèñòàëëè÷åñêèõ ñòðóêòóðàõ îòêðûâàþòñÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè ñëî¼â ÏÊ, îáëàäàþùèõ äâóëó÷åïðåëîìëåíèåì.Äëÿ òàêèõ ñòðóêòóð, â ÷àñòíîñòè, õàðàêòåðíî íàëè÷èå äâóõ ôîòîííûõ çàïðåù¼ííûõ çîí äëÿ ðàçíûõ ïîëÿðèçàöèé èçëó÷åíèÿ [121]. Îñîáûé èíòåðåñïðåäñòàâëÿþò ñëó÷àè, êîãäà ÔÇÇ âîçíèêàåò íà îñíîâíîé ÷àñòîòå èëè ÷àñòîòå ãàðìîíèêè.
Ñòðóêòóðû íà îñíîâå äâóëó÷åïðåëîìëÿþùèõ ñëî¼â ÏÊïîçâîëÿò ñî÷åòàòü ôàçîâîå ñîãëàñîâàíèå, îáóñëîâëåííîå êàê äâóëó÷åïðåëîìëåíèåì ñëî¼â, òàê è ñàìîé ñòðóêòóðîé, è óñèëåíèå ïîëÿ â ìíîãîñëîéíîéñòðóêòóðå.Âñå ýòî, âìåñòå âçÿòîå, ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîé ìîäèôèêàöèè êàê çàâèñèìîñòåé ñèãíàëîâ Âà è Òà îò óãëà ïàäåíèÿ [209], òàê è èõ îðèåíòàöèîííûõ çàâèñèìîñòåé.  îïèñûâàåìûõ íèæå ýêñïåðèìåíòàõ íàìè áûëèèñïîëüçîâàíû ñòðóêòóðû, ñôîðìèðîâàííûå íà p++ (ρ = 3 ìÎì · ñì) c-Si ñîðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (110).
Èñïîëüçîâàëèñü êàê ñâîáîäíûå ïë¼íêè, òàêè ñòðóêòóðû íà ïîäëîæêå ñ-Si. Ñâåäåíèÿ îá èñïîëüçîâàííûõ îáðàçöàõ ñâåäåíû â òàáë. 5.1. Ñïåêòðû îòðàæåíèÿ è ïðîïóñêàíèÿ ïîëó÷åííûõ ñòðóêòóðïðèâåäåíû íà ðèñ. 5.5. âûïîëíåííûõ íàìè ýêñïåðèìåíòàõ ìû èññëåäîâàëè çàâèñèìîñòè ñèãíàëà Âà è Òà îò óãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà îáðàçåö è âçàèìíîé îðèåíòàöèèïîëÿðèçàöèè è êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ îñåé îáðàçöà.5.2.2.1. Ãåíåðàöèÿ âòîðîé ãàðìîíèêèÑóùåñòâåííûå ðàçëè÷èÿ êàê â çàâèñèìîñòè ñèãíàëà Âà îò óãëà ïàäåíèÿ,òàê è â îðèåíòàöèîííîé çàâèñèìîñòè íàáëþäàëèñü äëÿ îáðàçöà D ïðè åãîïîâîðîòàõ âîêðóã îñè [11̄0] (ðèñ. 5.6à è 5.6â) è âîêðóã îñè [001] (ðèñ.
5.6á è5.6ã).Êàê âèäíî, äëÿ ëþáîé ýêñïåðèìåíòàëüíîé ãåîìåòðèè ñèãíàë Âà âåñüìà ñëàá ïðè ïàäåíèè èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè ïî íîðìàëè, ÷òî îáúÿñíÿåòñÿ,196Òàáëèöà 5.1. Ïàðàìåòðû ìíîãîñëîéíûõ ñòðóêòóð íà îñíîâå äâóëó÷åïðåëîìëÿþùèõ ñëî¼â ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ, èñïîëüçîâàííûõ â ýêñïåðèìåíòå ïî ãåíåðàöèè Âà è ÒÃ.Îáðà-ÂèäÏàðàìåòðû òðàâëåíèÿçåöîáðàçöàj1 ,t1 ,j2 ,cìÀ/ñìt2 ,×èñëîÔÇÇ,cïàðìêì5061003201,2 1,4255,46752,18240,72 0,86505,31003,3361,15 1,35254,44751,77600,6 0,7ìÀ/ñìAñòðóêòóðàÏîëîæåíèå22íà ïîäëîæêåBñòðóêòóðàíà ïîäëîæêåCñâîáîäíàÿïë¼íêàDñâîáîäíàÿïë¼íêà1.01.00.8E0.8[001]0.60.60.40.40.20.20.00.4BE ll [001]E || [001]E[001]0.00.60.81.01.21.4(1.60.50.60.70.8)0.9(1.01.0)1.0E ll [001]CE0.8D[001]0.8E ll [001]0.60.60.40.40.20.20.01.01.11.21.3(1.41.5)E[001]0.00.60.70.80.9(1.0)Ðèñ.
5.5. Ñïåêòðû îòðàæåíèÿ äëÿ ñòðóêòóð À è  è ñïåêòðû ïðîïóñêàíèÿ äëÿ ñòðóêòóðÑ è D (cì. òàáë. 5.1).197ïî-âèäèìîìó, îñîáåííîñòÿìè òåíçîðà êâàäðàòè÷íîé âîñïðèèì÷èâîñòè ÏÊ,ñôîðìèðîâàííîãî íà ïëàñòèíå ñ îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (110) (ñð. ðèñ. 3.3äëÿ ñâîáîäíîé ïë¼íêè ÏÊ). Ðàññìîòðèì äàëåå îî-î âçàèìîäåéñòâèå. Íà ðèñ.5.6à è 5.6á óðîâíè ñèãíàëîâ äëÿ ýòîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñóùåñòâåííî ðàçëè÷àþòñÿ äëÿ ñëó÷àåâ ïîâîðîòà îáðàçöà âîêðóã îñåé [11̄0] è [001]. Îáúÿñíåíèåýòîãî ôàêòà ñâÿçàíî ñ ðàçëè÷èåì â ðàñïðîñòðàíåíèè s- è p-ïîëÿðèçîâàííîãîèçëó÷åíèÿ â ìíîãîñëîéíûõ ñòðóêòóðàõ. Äåéñòâèòåëüíî, â ãåîìåòðèè îî-îïðè ïîâîðîòå îáðàçöà ÷àñòîòà Âà ïîïàäàåò â ÔÇÇ (ñì. ðèñ.
5.5), ÷òî ïðåïÿòñòâóåò ðàñïðîñòðàíåíèþ èçëó÷åíèÿ íà ýòîé ÷àñòîòå. Ýòî è ïðîÿâëÿåòñÿ â îòíîñèòåëüíî íèçêîì óðîâíå ñèãíàëà äëÿ s-ïîëÿðèçîâàííîé Âà (ðèñ.5.6à).  òî æå âðåìÿ äëÿ p-ïîëÿðèçàöèè ïðè îïðåäåë¼ííûõ óãëàõ ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ îòðàæåíèå íà ãðàíèöàõ ðàçäåëà áóäåò óìåíüøàòüñÿ,÷òî â êîíå÷íîì ñ÷¼òå ïðèâåä¼ò ê ñëàáîé èíòåðôåðåíöèè îòðàæ¼ííûõ âîëíè èñ÷åçíîâåíèþ ÔÇÇ (îáñóæäåíèå ýòîãî ôàêòà è ïîêàçàòåëüíàÿ èëëþñòðàöèÿ ê íåìó ïðèâåäåíû â êíèãå [74]). Ðåçóëüòàòîì òàêîãî èñ÷åçíîâåíèÿ ÔÇÇè ÿâëÿåòñÿ ðîñò ñèãíàëà ÂÃ, èçîáðàæåííûé íà ðèñ.
5.6á.Ïðè ïîâîðîòàõ âîêðóã îñåé [11̄0] è [001] ðàçëè÷àþòñÿ è ñèãíàëû Âà âãåîìåòðèè îî-å. Ñèãíàë Âà â ïåðâîì ñëó÷àå íà ïîðÿäîê ïðåâûøàåò ñèãíàëÂà âî âòîðîì ñëó÷àå.  îáîèõ ñëó÷àÿõ ïðè íîðìàëüíîì ïàäåíèè ÷àñòîòàÂà ïîïàäàåò â ÔÇÇ, ÷òî ïîäàâëÿåò ãåíåðàöèþ ÂÃ; ïðè ïîâîðîòå îáðàçöàïðîèñõîäèò ñäâèã ÔÇÇ è ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì êàê ñîáñòâåííî ãåíåðàöèÿÂÃ, òàê è äîñòèæåíèå ôàçîâîãî ñèíõðîíèçìà â ìíîãîñëîéíîé ñòðóêòóðåíà ãðàíèöå ÔÇÇ.
Îòìåòèì, ÷òî ïðè âðàùåíèè âîêðóã îñè [11̄0] ó íàñ åñòüâîçìîæíîñòü, âî-ïåðâûõ, ìåíÿòü âåëè÷èíó ðàññòðîéêè âîëíîâûõ âåêòîðîââîëí íà îñíîâíîé ÷àñòîòå è íà ÂÃ, ÷òî îáúÿñíÿåò è áîëüøèé ñèãíàë ÂÃâ ïë¼íêå ÏÊ äëÿ ýòîé ãåîìåòðèè (ðèñ. 3.3â è 3.3å). Âî-âòîðûõ, ïîëîæåíèåÔÇÇ ñëàáåå çàâèñèò îò óãëà ïîâîðîòà îáðàçöà, ïîñêîëüêó äëÿ íåîáûêíîâåííûõ âîëí ñäâèã ÔÇÇ â ñèíþþ ñòîðîíó ïðè óâåëè÷åíèè óãëà ïàäåíèÿ îò÷àñòèêîìïåíñèðóåòñÿ óâåëè÷åíèåì ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ ñëîåâ, òàêèì îáðàçîì, âîçìîæíî äîñòè÷ü îäíîâðåìåííîãî âûïîëíåíèÿ äâóõ óñëîâèé ôàçîâîãî198oooooeeeoeeeooeoooeee.)100.
(1010,1-30 0 30 60 -60-300 3060-60 ()()[001][001]oo48n||24⊥n0330.))*100".'(3003306030300601(%&10030$0,1 !10"#27090 270901100240120210180240150120210180150Ðèñ. 5.6. Çàâèñèìîñòè ñèãíàëà Âà îò óãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà îáðàçåö D ïðè åãîïîâîðîòå âîêðóã îñåé [11̄0] (à) è [001] (á). Îðèåíòàöèîííûå çàâèñèìîñòè ñèãíàëà ÂÃäëÿ ñëó÷àåâ, êîãäà èçëó÷åíèå Âà ïîëÿðèçîâàíî ïàðàëëåëüíî èëè ïåðïåíäèêóëÿðíî ïîëÿðèçàöèè èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè (â, ã).
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