Исследование оптических свойств одномерных и двумерных кремниевых нано- и микроструктур (1103203)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский государственный университетимени М. В. ЛомоносоваФизический факультетНа правах рукописиДьяков Сергей АлександровичИсследование оптических свойств одномерныхи двумерных кремниевых нано- имикроструктур01.04.05 – ОптикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2012Работа выполнена на кафедре общей физики и молекулярной электроники физическогофакультета МГУ им.

М. В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор,Тимошенко Виктор ЮрьевичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор,Кулик Леонид Викторовичкандидат физико-математических наук,доцент,Белотелов Владимир ИгоревичВедущая организация:Санкт-Петербургскийнациональныйисследова­тельский университет информационных техноло­гий, механики и оптикиЗащита состоится 12 апреля 2012 г. в 1600 часов на заседании диссертационного советаД.501.001.67 при МГУ им. М. В. Ломоносова, расположенном по адресу: 119992, г. Москва,Ленинские горы, МГУ им.

М. В. Ломоносова, физический факультет, аудитория ЦФА.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М. В.Ломоносова.Автореферат разослан 11 марта 2012 г.Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные печатью, просьбавысылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат физико-математических наук, доцент2Королев А. Ф.Общая характеристика работыАктуальность работыДанная диссертационная работа посвящена исследованию оптическихсвойств нано- и микроструктурированных сред на основе кремния. Актуаль­ность темы связана с широкими перспективами использования таких крем­ниевых структур, в том числе фотонных кристаллов, в устройствах фотони­ки.

Кремний является основным материалом современной полупроводнико­вой микроэлектроники. Главным направлением развития микроэлектроникиявляется увеличение объема и скорости передаваемой информации. Даннаязадача может быть решена путем создания интегральных схем, содержащихв себе как электрические, так и оптические элементы, в которых передачаинформации осуществляется фотонами. Вследствие изотропии линейных оп­тических свойств и непрямой электронной запрещенной зоны кремния воз­можности использования данного полупроводника в устройствах современ­ной фотоники ограничены. Выходом из данной ситуации может быть созда­ние на основе кремния нано- и микроструктур, которые, с одной стороныдемонстрировали бы сильную анизотропию оптических свойств, а с другойстороны могли бы быть основой светоизлучающих устройств. При этом, за­давая геометрическую форму таких структур, можно управлять распростра­нением света в них.

Все это приводит к необходимости детального изучениязакономерности взаимодействия света с кремниевыми структурами нано- имикромасштабов.Цель диссертационной работы состоит в теоретическом и экспери­ментальном изучении влияния структурных параметров на особенности взаи­модействия излучения с кремниевыми нано- и микроструктурами в областяхвидимого и инфракрасного диапазонов спектра, в том числе для длин волн,для которых приближение среднего поля оказывается неприменимым.3Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:1.

теоретически и экспериментально исследовать оптические свойства од­номерно-периодических кремниевых микроструктур для света с длинойволны порядка периода структуры, распространяющегося в направле­нии, перпендикулярном оси структуры;2. изучить особенности спектров отражения и пропускания структур дву­мерных фотонных кристаллов, связанных с нарушением трансляцион­ной симметрии фотонно-кристаллической решетки как на границе об­разца, так и в глубине структуры;3. количественно описать влияние структурных характеристик образцоводномерных фотонных кристаллов, состоящих из слоев пористого крем­ния, на усиление сигнала комбинационного рассеяния света от них;4.

теоретически и экспериментально исследовать влияние структурных па­раметров многослойных структур с кремниевыми нанокристаллами наинтенсивность их фотолюминесценции.Научная новизна работы заключается в том, что1. теоретически и экспериментально изучена оптическая анизотропия фор­мы щелевых кремниевых структур в области в области длин волн, срав­нимых с периодом указанных структур;2. исследовано влияние границы образца двумерного фотонного кристал­ла на его спектр отражения; теоретически предсказаны и эксперимен­тально обнаружены особенности спектров отражения, связанные с нару­шением трансляционной симметрии фотонно-кристаллической решет­ки;43. теоретически доказана возможность усиления как стоксовой, так и ан­тистоксовой компонент сигнала комбинационного рассеяния света привозбуждении одномерного фотонного кристалла, состоящего из слоевпористого кремния, в спектральной области края фотонной запрещен­ной зоны;4.

теоретически и экспериментально продемонстрирована возможность уве­личения интенсивности фотолюминесценции образцов с кремниевыминанокристаллами более чем на порядок величины за счет конструктив­ной интерференции как для возбуждающего, так и для люминесцент­ного излучений.Практическая значимость Результаты, изложенные в диссертациимогут быть использованы для создания новых фотонных устройств, в томчисле, оптических модуляторов и светоизлучающих устройств, основанныхна кремнии.На защиту выносятся следующие основные результаты и поло­жения:1.

оптические свойства щелевых кремниевых микроструктур и структуртипа двумерного фотонного кристалла с тригональной решеткой с пе­риодами 4 – 6 мкм в области длин волн, сопоставимых с их периодами,могут быть описаны методом матрицы рассеяния с учетом шероховато­сти внутренних поверхностей щелей и пор;2. cпектр отражения двумерного фотонного кристалла в виде кремниевогослоя толщиной ≈ 40 мкм с тригональной решеткой цилиндрических пордиаметром порядка несколько микрометров содержит поверхностнуюмоду в виде провала в стоп-зоне.53.

увеличение интенсивности комбинационного рассеяния света в одномер­ных фотонных кристаллах на основе пористого кремния при возбужде­нии вблизи края фотонной запрещенной зоны обусловлено простран­ственной локализацией возбуждающего излучения в слоях пористогокремния;4. эффект многократного увеличения интенсивности фотолюминесценциив многослойных структурах с кремниевыми нанокристаллами дости­гается при толщинах буферного диэлектрического слоя на границе сподложкой из монокристаллического кремния, обеспечивающих одно­временно как интерференционную локализацию возбуждающего света,так и наиболее эффективный выход фотолюминесцентного излученияиз структуры.Апробация работыОсновные результаты диссертации докладывались на следующих конферен­циях: XII Международная конференция «Физика диэлектриков», С.-Петербург, Россия, 2008; 31rd Symposium of Microscopical Society of Ireland, Dublin,Ireland, 2008; International conference and symposium Laser and Laser Informational Technologies, Smolyan, Bulgaria, 2009; Конференция «Микроэлектроникаи наноэлектроника», Звенигород, Россия, 2009; International сonference SPIEPhotonics Europe, Brussels, Belgium, 2010; 33rd Symposium of MicroscopicalSociety of Ireland, Belfast, United Kingdom, 2009; International conference SPIEPhotonics West, San Francisco, USA, 2010; International conference SPIE OpticalMetrology, Munich, Germany, 2011; Научная школа-семинар «Физика и приме­нение микроволн», Звенигород, Россия, 2011; International conference SPIEOptics and Photonics, San Diego, USA, 2011; 35rd Symposium of MicroscopicalSociety of Ireland, Dublin, Ireland, 2011; 19th International сonference on Advanced Laser Technologies, Golden Sands Resort, Bulgaria, 2011; International6conference Photonics Ireland, Malahide, Ireland, 2011.Публикации Материалы диссертации опубликованы в 21 печатной ра­боте, в том числе в 6 статьях [A1, A2, A3, A4, A5, A6], из них 5 — в рецензи­руемых журналах.Личный вклад автора Содержание диссертации и основные положе­ния, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубли­кованные работы.

Подготовка к публикации полученных результатов прово­дилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяю­щим. Все представленные в диссертации результаты получены лично авто­ром.Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения,пяти глав, в первой из которых представлены описания методик теоретиче­ского анализа, а следующие четыре являются оригинальными, заключения ибиблиографии. Общий объем диссертации 145 страниц, из них 132 страницытекста, включая 60 рисунков. Библиография включает 100 наименований на13 страницах.Содержание работыВо введении обоснована актуальность диссертационной работы, сфор­мулирована цель и аргументирована научная новизна исследований, показанапрактическая значимость полученных результатов, представлены выносимыена защиту научные положения.В первой главе описаны теоретические подходы, используемые в ра­боте.

Сначала изложен метод 2×2 матрицы переноса, который позволяет ис­следовать оптические свойства заданной слоистой структуры [1]. Вводитсяпонятие 2×1 вектора амплитуд E(), элементы которого представляют собойамплитуды плоских волн, распространяющихся в положительном и отрица­7тельном направлениях оси в исследуемой структуре. Интерфейсная матри­ца I( ) задает изменение вектора амплитуд при переходе через поверхностьраздела -того и ( + 1)-ого слоев: E( − 0) = I( )E( + 0).

Матрица распро­странения P( , +1 ) -того слоя связывает значения векторов амплитуд в ко­ординатах , ограничивающих данных слой: E( +0) = P( , +1 )E(+1 −0).Матрицы I и P могут быть найдены из следующих соотношений:⎞⎛⎛⎞ (+1 − )01 1 ⎠⎠,I( ) = ⎝,P( , +1 ) = ⎝− (+1 − ) 10(1)где , — френелевские коэффициенты отражения и пропускания через по­()верхность раздела -того и ( + 1)-ого слоев, — -компонента волновоговектора волны, распространяющейся в -том слое, а координаты и +1ограничивают этот слой. Последовательно перемножая интерфейсные мат­рицы и матрицы распространения, можно найти полную матрицу переносаслоистой структуры T:T = I(0 )P(0 , 1 )I(1 )P(1 , 2 )I(2 ) .

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации