Диссертация (1104238), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Согласно выводам симметрийного анализа (§1.6.3), при протекании тока в плоскости падения излучения накачки разрешенными для генерацииТВГ, являются комбинации pp и sp, запрещенными должны быть, соответственно, ps и ss комбинации накачки и ВГ. Поскольку для всех случаев величина гармоники от поверхности кремния имеет разную величину,и она является «внутренним гомодином», позволяющим визуализироватьэффект ТВГ для сравнения величин эффектов в разных поляризацияхиспользовался так называемый токовый контраст интенсивности ВГ, опре~ − I 2ω (0))/I 2ω (0).деляемый в данном случае как ρ = 2(I 2ω (J)С учетом интерференции независящего от тока кристаллографического вклада в генерацию ВГ от поверхности кремния и зависящей линейноот тока (согласно теоретическим предсказаниям [16]) ТВГ, рассматривае~ 2=мой как малая добавка, суммарная интенсивность IΣ2 ω = (ESi + E(J))2~ 2 +2ESi E(J)~ ≈ E 2 +2ESi E(J),~ E(J)~ ∝ J должна быть линейнаESi+E(J)Siпо величине тока, что с хорошей точностью наблюдается в эксперименте.Также легко видеть, что наблюдаемый эффект по величине превышаетсигналы в запрещенной токовой геометрии (Рис.
2.14(a)). Обратная ситуация наблюдается для протекания тока перпендикулярно плоскости паде-82Рис. 2.13. Зависимость величины токового контраста от величины тока, для pp комбинацииполяризаций, в разрешенной геометрии на длине волны накачки 800 нмния, когда разрешенные и запрещенные геометрии меняются местами (Рис.2.14(б)). Наличие ненулевого эффекта для запрещенных s− и p− поляризаций ВГ, соответственно, можно объяснить как результат неоднородногораспределения тока по поверхности образца.Рис.
2.14. (a) Зависимости интенсивности ВГ от модуля тока для разных комбинаций поляризаций при протекании тока в плоскости падения (б) Зависимости интенсивности ВГ от модулятока для разных комбинаций поляризаций при протекании тока перпендикулярно плоскостипадения.83Спектроскопия интенсивности токоиндуцированной ВГДля фиксированной геометрии протекания тока - в плоскости падения и pp комбинации поляризаций накачки и ВГ - был измерен спектринтенсивности отраженной второй гармоники в отсутствии тока и при протекании тока в двух противоположных направлениях.
Полученный спектрпредставлен на рисунке 2.15.J=07J=-3,08+-0,16..)J=3,20+-0,166(543210720740760780800(820)Рис. 2.15. Спектр интенсивности второй гармоники от кремния с графеном в pp комбинацииполяризаций накачки и ВГ, разрешенной токовой геометрии при отсутствии тока и при токахв противоположных направленияхСпектр интенсивности ВГ в отсутствие тока повторяет по форме спектральную зависимость ВГ от поверхности кремния, подтверждая, такимобразом, сделанный ранее вывод об отсутствии в этих условиях существенного вклада графена в суммарную интенсивность отраженной гармоники.Легко видеть, что спектр интенсивности ВГ смещается в противоположные стороны в зависимости от направления протекания тока.
Величинаспектрального сдвига максимумов достигает 0,05 эВ, что существенно превосходит спектральный сдвиг, связанный с эффектом ЭВГ в кремнии, наблюдавшийся в подобных структурах [122]. Наличие столь сильного сдвигаспектра можно интерпретировать как результат интерференции кристал-84лографического вклада от поверхности кремния и вклада, индуцированного током в графене, происходящей в 300 нанометровом оксидном слоев, разделяющем графен и кремний.
Возможность существенного вкладаинтерференционных эффектов также следует из линейных спектров отражения имеющихся образцов, демонстрирующих ярко выраженный интерференционный минимум (Рис. 2.4) и резонансной формы спектра ВГ отповерхности кремния.Сдвиг спектра, как хорошо видно из представленной зависимости,приводит к тому, что величины контраста интенсивности ВГ при пропускании тока могут менять знак для разных длин волны и даже быть одногознака. На рисунке 2.16 представлены зависимости токового контраста отвеличины пропускаемого тока для различных длин волн накачки, относящихся к трем соответствующим областям спектра.Результаты показывают, что на границах исследуемого диапазона токовый контраст является линейной функцией тока, хотя в промежуточнойобласти, в которой контраст меняет знак, его зависимость от величины токаможет быть и нелинейной.
Следует отметить, что в пользу интерференционного механизма сдвига спектра также говорит тот факт, что величиныспектральных сдвигов меняются для различного относительного вклада токовой гармоники по сравнению с ВГ от поверхности кремния. Существенным является факт, что наблюдаемый интерференционный сдвиг спектранельзя трактовать как результат интерференции кристаллографическойи возникающей посредством тех или иных механизмов электроиндуцированной гармоники в кремнии.
Работы по спектроскопии ЭВГ в кремнии,проведенные в схожей геометрии для метал-оксид-полупроводник (МОП)структур [122], демонстрируют незначительный сдвиг спектра даже в техслучаях, когда при наложении электрического поля сигнал гармоники возрастает более чем в два раза. В случае же интерференции токоиндуцированной гармоники в графене и кристаллографической гармоники от кремния, обладающими своими собственными спектральными зависимостямиамплитуд полей ВГ и их фаз:qq2ω2ω2ω22ω2ω2ω~ (λ)+E~ (J,~ λ))| = I (λ)+I (J,~ λ)+2 I (λ) I 2ω (J,~ λ)cos(∆Φ(λ))I ∝ |ESiGrSiGrSiGr(2.1)2ω2ω(ESi,Gr и ISi,Gr поля и интенсивности ВГ от кремния и графена, ∆Φ - разность фаз) существенный спектральный сдвиг максимумов становится воз-85можен.86.Рис. 2.16.
Зависимости интенсивности отраженной второй гармоники от величины тока в ppкомбинации поляризаций накачки и ВГ, в разрешенной токовой геометрии для различныхдлин волн накачки87Используя результаты спектроскопии ВГ, полученные ранее, оказывается возможным рассчитать независимо друг от друга спектр поля (или интенсивности) чисто токоиндуцированного вклада в ВГ и разности фаз между токоиндуцированной гармоникой и остальными вкладами в ВГ, независящими от протекания тока. В предположении изменения общей фазы наπ при смене направления тока на противоположное, упомянутые величиныбудут задаваться выражениями:s~ + I 2ω (−J)~ − 2I 2ω (0)~ − I 2ω (−J)~I 2ω (J)I 2ω (J)2ω)∆Φ = arccos( pEGr =2ω24 I 2ω (0)EGr(2.2)Рис.
2.17. Спектр электрического поля ТВГ (пустые квадраты) и разности фаз между ТВГ иостальным сигналом ВГ (заполненные круги).На рисунке 2.17 представлены посчитанные спектральные зависимости электрического поля токоиндуцированой ВГ и разности фаз междутокоиндуцированной гармоникой и остальными вкладами в сигнал ВГ. Легко видеть, что спектр фазы (Рис. 2.17, заполненные круги) демонстрируетперегиб в области резонанса прямых переходов в кремнии, что являетсятипичной формой для спектра фазы ВГ в окрестности резонансов. Исходяиз этого можно заключить, что основным механизмом описанного выше токоиндуцированного спектрального сдвига является интерференция междуВГ от поверхности кремния и токоиндуцированной гармоники в графене,и существенное изменение фазы ВГ от поверхности кремния в окрестности88резонанса прямых переходов.Интересным представляется посчитанный спектр поля ТВГ в графене (Рис.
2.17, пустые квадраты). Полученный спектр демонстрирует существенное возрастание сигнала ВГ на коротковолновом краю спектра спредположительным наличием резонанса, находящимся за пределами возможности перестройки длины волны нашей экспериментальной установки. Можно также заметить возрастание поглощения в графене в синейультрафиолетовой части спектра (см. рис.
2.3, [72]), на длинах волн, примерно соответствующих длине волны второй гармоники на краю престройки титан-сапфирового лазера, часто связываемое с экситонным резонансомна 4,5 эВ и/или резонансом прямых переходов на 5,1 эВ.§ 2.5.Обсуждение результатовВ наших экспериментах было исследовано гиперрелеевское рассеяниена частоте второй гармоники в многослойном графене, а также изменениеинтенсивности отраженной ВГ от структур Si/SiO2 /графен в условиях протекания тока вдоль пленки графена.2.5.1.Генерация токоидуцированной ВГДля исследований генерации токоиндуцированной ВГ в графене использовались образцы многослойного (4-5 моноатомных слоев) графена наподложке SiO2 /Si(001). Поверхностная ВГ от кремния при этом игралароль «гомодина», визуализировавшего токоиндуцированный изменения всуммарной интенсивности отраженной ВГ.
Основным предположением является утверждение об отсутствии какого-либо влияния прикладываемогок графену электрического напряжения на свойства кремния и сигнал отраженной ВГ. Данное предположение считается оправданным, посколькуизмерения сопротивления структур демонстрируют отсутствие электрического контакта между поверхностью оксида и поверхностью кремния. Исходя из этого можно заключить, что изменения суммарного сигнала ВГсвязаны именно с протеканием тока в графене.
В подтверждение данногопредположения также говорит факт наблюдения существенных спектральных сдвигов в спектре интенсивности ВГ, нетипичный для электроиндуцированной ВГ [122] и связанный, по-видимому, именно с интерференцией89разнообразных вкладов в ВГ от пространственно различных точек системы (т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
