Влияние микро- и наноструктурирования на оптические свойства кремниевых слоев (1102591), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Данная анизотропия может быть объяснена как различиемкоэффициентов поглощения, так и разными коэффициентами отражения длявозбуждающего излучения с различной поляризацией.Вразделе3.3приведеныэкспериментальныеданные,свидетельствующие о том, что в ЩКС при возбуждении излучением с14λ = 1.064 мкм имеет место слабая локализация излучения в кремниевых слоях,которые играют роль плоских волноводов для возбуждающего, отраженного ирассеянного света. Установлено, что отношение интенсивностей стоксовой иантистоксовой компонент КРС значительно возрастает при увеличении длиныволны возбуждающего света с 0.488 до 1.064 мкм. Рост данного отношения дляЩКС трудно объяснить лишь разностью коэффициентов поглощения стоксовойи антистоксовой компонент, что подтверждает гипотезу о слабой локализацииизлучения в ЩКС.
Также данная гипотеза подтверждается поляризационнымизависимостями интенсивности сигнала стоксовой компоненты КРС от углаповорота поляризации возбуждающего излучения. В отличие от подложки c-Si,для которой имеет место определенная поляризационная зависимость, дляЩКС наблюдается полная изотропизация поляризационной зависимостиинтенсивности стоксовой компоненты КРС.Экспериментально измеренная зависимость интенсивности стоксовойкомпоненты КРС от глубины ЩКС имеет вид прямой пропорциональности, чтоподтверждает предположение о слабой локализации излучения в кремниевыхслоях. Действительно, при увеличении глубины ЩКС происходит увеличениеэффективного пути, который проходит излучение. Еще одним доказательством,подтверждающим эффект слабой локализации излучения в кремниевыхстенках,являетсяобнаруженноевработемонотонноеуменьшениеинтенсивности стоксовой компоненты КРС с ростом показателя преломлениявещества, заполняющего щели.В разделе 3.4 представлены данные по КРС веществ, внедренных в щелиЩКС.
Исследование КРС веществ, конденсированных в щели ЩКС,обнаружило многократное (10 - 20 раз) увеличение интенсивности сигналарамановского рассеяния света на локальных колебаниях молекул, помещенныхв образцы ЩКС, как при возбуждении видимым излучением, так и привозбуждении ИК излучением (см. рис.
4). Такое увеличение интенсивностилиний КРС для веществ, размещенных в ЩКС, обусловлено многократнымувеличениемэффективногообъема15вещества,взаимодействующегосДанныйувеличенияэффектэффективностиКРС на колебательных модахмолекул, помещенных в щелищелевоймикроструктуры,открываетвозможностьиспользования таких структурдляпостроенияИнтенсивность, отн. ед.излучением.1.0-1992 см120.80.6-13060 см0.40.2x 10x 100.09801000на300030403080-1высокочувствительныхсенсоровC6H6, сммолекулыоптическимсметодомсчитывания информации.Рис. 4. Спектры КРС бензола, конденсированногов ЩКС (1), и его объемной фазы (2) привозбуждении светом с длиной волны 1.064 мкм.Стрелками указаны положения основных линийКРС бензола.В разделе 3.5 произведенанализ данных по КРС в ЩКС с различной концентрацией СНЗ в кремниевыхслоях при возбуждении излучением с λ = 1.064 мкм.
В работе обнаруженапрактически линейная зависимость интенсивности сигнала КРС от логарифмаконцентрации СНЗ (NСНЗ) вкремниевых слоях в диапазоне15191.0-3от 10 до 10 см (см. рис. 5).интенсивностисигналарамановского рассеяния светас ростом NСНЗ может бытьобусловлено как увеличениемкоэффициента0.8уменьшениепоглощениясвета на СНЗ, так и эффектомIS, отн. ед.Наблюдаемое0.60.40.20.015101610171810101910-318Фано (при NСНЗ > 10см ).Это позволяет использоватьКРС в качестве бесконтактногометодадляNСНЗ, см-3определенияРис. 5. Зависимость интенсивности стоксовойкомпоненты КРС в ЩКС от логарифмаконцентрации свободных носителей заряда вщелевой структуре при возбуждении излучением сдлиной волны 1.064 мкм.16концентрации СНЗ в щелевых кремниевых микроструктурах.Вразделекремниевыхобсуждается3.6микроструктурахотзависимостьинтенсивностиинтенсивностиизлученияКРСвнакачки.Обнаружено, что как для многослойных структур на основе ПК, так и для ЩКСимеет место линейная зависимость интенсивности стоксовой компоненты КРСот интенсивности излучения накачки.
Это говорит о том, что в этих структурахрежим вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) не достигается, ареализуется режим спонтанного КРС. Возможно, это связано с тем, что висследуемых структурах рост величины компонент тензора рамановскогорассеяния был недостаточным для компенсации потерь и реализации режимаВКР.В четвертой главе представлены результаты исследования межзоннойФЛ и ее поляризационных характеристик для ЩКС, а также влияния обработкиповерхности на скорость поверхностной рекомбинации в таких структурах.Кроме этого, проведено исследование влияния равновесных и неравновесныхСНЗнавеличинуэффективныхпоказателейпреломленияидвулучепреломления в ЩКС.В разделе 4.1 приведены экспериментальные данные по межзонной ФЛ иее поляризационным зависимостям для ЩКС при возбуждении излучением с λ= 1.064 мкм.
Было обнаружено,1.0- ЩКС- c-Siчто для ЩКС интенсивностьсигнала ФЛ приблизительно в10 раз выше, чем для подложкиc-Si (см. рис. 6). Такой ростинтенсивности сигнала ФЛ дляIФЛ , отн. ед.0.80.60.40.2ЩКС можно объяснить какуменьшениемскорости0.01.0имногократнымвозрастанием объема вещества,1.2Е, эВповерхностной рекомбинации,так1.1Рис. 6. Спектры межзонной ФЛ для ЩКС (A = 5мкм, h = 30 мкм) и подложки c-Si при возбужденииизлучением с длиной волны 1.064 мкм.17взаимодействующего с излучением накачки, вследствие эффекта слабойлокализации излучения в кремниевых слоях.
Эксперименты показали, чтомежзонная ФЛ в ЩКС имеет преимущественную поляризацию вдольнаправления, определяемого ориентацией кремниевых слоев в структуре, чтообъясняется эффектом анизотропии формы.В разделе 4.2 рассмотрено влияние обработки поверхности нарекомбинацию неравновесных носителей заряда в ЩКС. Установлено, чтообработка поверхности ЩКС может привести к многократному ростуинтенсивностисигналамежзоннойФЛ.Данныйростобъясняетсясущественным уменьшением скорости поверхностной рекомбинации для ЩКС.Для детального исследования влияния обработки поверхности на величинусигнала межзонной ФЛ в ЩКС образцы были подвергнуты различным физикохимическим обработкам. Обнаружено, что наибольший рост интенсивности ФЛнаблюдаетсяприобработкеповерхностимикроструктуррастворомHF:C2H5OH, что указывает на высокий уровень пассивации поверхностныхцентров безызлучательной рекомбинации.
При химическом окислении врастворе HNO3:H2O наблюдалось уменьшение интенсивности ФЛ практическидо уровня исходного образца, что говорит о существенном увеличенииконцентрации дефектов на поверхности стенок ЩКС. Проведенное методомЭПР спектроскопии исследование позволило установить, что доминирующимидефектами в ЩКС являются, так называемые, Pb – центры, которыепредставляют собой оборванную связь кремния на границе раздела Si/SiO2.Рассчитанные из спектров ЭПР концентрации Pb – центров в расчете наединицу поверхности ЩКС, хорошо объясняют изменение интенсивностимежзонной ФЛ при различных обработках поверхности.Вразделе4.3представленырезультатыисследованиявлиянияравновесных СНЗ на оптические характеристики ЩКС в среднем и дальнем ИКдиапазонах спектра.
Учитывая, что характерные размеры кремниевых слоев визучаемых образцах составляют единицы микрометров, для рассмотрениятакого влияния была использована классическая модель Друде-Лоренца,18согласно которой частотная зависимость диэлектрической проницаемостиможет быть записана в виде: 2p ( ) 2, i g (3)где – высокочастотная диэлектрическая проницаемость полупроводника, m*– эффективная масса СНЗ, а p и g – плазменная частота и параметр затухания,соответственно. Для ЩКС с низкой концентрацией СНЗ (NСНЗ ~ 1015 см-3)величины показателей преломления и двулучепреломления оказываютсяпрактически константами на всем протяжении рассматриваемого спектральногодиапазона.Дляобразцов,полученных на подложках c-- noSi с умеренным и высоким- n1018–1019 см-3),наблюдаетсясильнаямодификацияспектральныхзависимостейno, ne, nуровнем легирования (NСНЗ =- ne1показателей преломления ивеличины200400Вобоихслучаяхнаспектральныхзависимостяхпоказателейпреломлениянаблюдаетсяаномальнойучастокдисперсии,8001000, см-1двулучепреломления (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
