Диссертация (1104273), страница 13

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

Текст из файла (страница 13)

3.7а), которые становятсяпрактически неразличимыми при увеличении длины КНН. Данный факт свидетельствует о том,67что при субмикронной длине КНН существенное влияние на спектр отражения оказываетподложка c-Si, чья роль уменьшается по мере роста длины КНН.5040отражения, %Коэффициент полногос-Si(а)нмнмнм30201000,1110100L, мкм80отражения, %Коэффициент полного100нмнмнмс-Si(б)60402000,1110100L, мкмРис. 3.8.

Зависимости коэффициента полного отражения на фиксированной длине волны отдлины КНН серии Е2 (а) в области сильного поглощения с-Si, (б) в области прозрачности c-Si.Исходя из результатов, представленных на рис. 3.7, можно сделать вывод, что дляминимального отражения света в КНН, существует оптимальная длина КНН, котораясоставляет примерно 1-2 мкм. Данный результат представлен на рис. 3.8, где браласьопределённая длина волны регистрации сигнала полного отражения и строилась зависимостькоэффициента полного отражения от длины КНН. Разная длина волны регистрации бралась длятого, чтобы изучить полное отражение при разной глубине поглощения света в КНН. Какизвестно (см. рис. 1.3б), глубина поглощения света в c-Si растёт от 0,1 до 100 мкм приувеличении длины волны света от 400 до 1000 нм. Это считается областью сильного68поглощения.

При этом при λ > 1200 нм свет поглощается на глубине более 10 см, что считаетсяобластью прозрачности c-Si.Как видно из рис. 3.8а, на любой длине волны регистрации сигнала в области сильногопоглощения c-Si (λ ≤ 1000 нм) графики имеют схожее поведение. При начальном росте КННполное отражение падает от значения исходной c-Si до нескольких процентов из-за сильногопоглощения и рассеяния света в КНН. Однако при дальнейшем росте нанонитей поглощениедостигает максимума и остаётся постоянным, а рассеяние света продолжает усиливаться, врезультате чего полное отражение начинает возрастать по логарифмическому закону.

Минимумотражения приходится на длину нанонитей от 1 до 2 мкм. При этом данные значения длины независят от длины волны регистрации, а значит и от глубины поглощения, которая изменяется нанесколько порядков, из чего можно сделать вывод, что падающий на КНН свет можетпроникать между нанонитями и распространяться за счёт отражения от их стенок.Как видно из рис. 3.8б, при переходе из области сильного поглощения c-Si в областьпрозрачности (1000 ≤ λ ≤ 1200 нм) эффект уменьшения полного отражения постепенноослабевает и практически исчезает в области прозрачности (λ ≥ 1200 нм). В областипрозрачности небольшое уменьшение полного отражения света от КНН с L < 1,5 мкм можетбыть объяснено искажением поверхности в результате роста КНН.

При этом из-за сильногорассеяния света в КНН с L > 1,5 мкм полное отражение света от КНН может быть выше, чемдля исходной пластины c-Si.Как было показано выше, при субмикронной длине КНН существенное влияние наспектр полного отражения оказывает подложка c-Si, чья роль уменьшается по мере роста длиныКНН. Но если спектр полного отражения от подложки c-Si содержит только зеркальнуюкомпоненту, то значение величины полного отражения от КНН определяется суммойзеркального и диффузного отражения. Чтобы разделить зеркальную часть отражения отдиффузной,былипостроенызависимостикоэффициентазеркальногоотражениянафиксированной длине волны от длины КНН серии Е2 (рис. 3.9).

Из рисунка видно, чтозеркальная компонента отражения для КНН падает до нуля при длине КНН около 1 мкм.Причём данный спад одинаков как в области сильного поглощения, так и в областипрозрачности c-Si.69Коэффициент зеркальногоотражения, %= 400 нм= 800 нм= 1000 нмс-Si1010,1(а)0,11L, мкмКоэффициент зеркальногоотражения, %100= 1100 нм= 1200 нм= 1300 нмс-Si101(б)0,11L, мкмРис. 3.9. Зависимости коэффициента зеркального отражения на фиксированной длине волны отдлины КНН серии Е2 (а) в области сильного поглощения с-Si, (б) в области прозрачности c-Si.Сравнивая рис. 3.8 и 3.9, можно сделать вывод, что начальное падение полногоотражения в КНН обусловлено уменьшением вклада зеркальной компоненты в областисильного поглощения c-Si.

Значение оптимальной длины КНН (1-2 мкм) для минимальногозначения полного отражения света в нанонитях объясняется тем, что при данной длинезеркальная компонента отсутствует, а диффузная ещё мала. Наблюдаемый логарифмическийрост полного отражения, по-видимому, обусловлен чисто диффузной компонентой отражениясвета.Кроме полного отражения с помощью интегрирующей сферы были измерены спектрыпоглощения КНН (рис. 3.10). На вставке показана увеличенная область в видимой области70спектра.

Видно, что при оптимальной длине в 1-2 мкм почти всё излучение рассеивается ипоглощается внутри КНН.Коэффициент поглощения , %100c-SiL = 1 мкмL = 2 мкм908010070996098509740963040060080020100300600900120015001800Длина волны, нмРис. 3.10. Спектры поглощения в видимом и ближнем ИК диапазонах образцов КНН серии Е2 иисходной пластины c-Si и. На вставке показана увеличенная область в видимой областиспектра.3.1.3. Индикатрисы упругого рассеяния светаНа рис. 3.11 показаны результаты измерений индикатрис упругого рассеяния света слоевКНН различной длины, а также, для сравнения, исходной подложки в виде пластины c-Si соптически зеркальной фронтальной и шероховатой (матированной) обратной сторонами.

Длинаволны лазерного излучения составляла 1064 нм, для которой глубина поглощения составляетболее 100 мкм (см. рис. 1.3б), что позволяло одновременно наблюдать рассеяние света как впереднюю, так и в заднюю полусферы.Из данных рис.3.11 видно, что с ростом длины КНН происходит значительное изменениеиндикатрис рассеяния света по сравнению со случаем подложки с-Si. В частности, долярассеянной в переднюю полусферу энергии уменьшается, и индикатриса рассеяния слоя КННприобретает более изотропный вид.71901205Интенсивность рассеянногосвета, отн.ед.1060410150310c-SiL = 0,4 мкмL = 2,0 мкмL = 4,5 мкм30L = 8,0 мкм2101101800210310330210410510240300270Рис.

3.11. Индикатрисы рассеяния света в образцах с различными длинами КНН серии Е2 иисходной подложки c-Si. Угол рассеяния 0о соответствует направлению падающего луча.Детальный анализ индикатрис рассеяния света в переднюю полусферу показал, чтоприосевая пиковая интенсивность рассеянного излучения уменьшается с увеличением длинынанонитей. Для КНН с длиной более 4 мкм полностью исчезает характерный для рассеяния отподложки c-Si пик в направлении падающего света.Проведенный анализ формы индикатрис рассеяния света для КНН с длиной более 4 мкмвыявил их нерэлеевский характер. При этом распределение энергии рассеянного излученияхорошосоответствуетмоделиидеальнорассеивающейсреды,называемойтакжеламбертовским источником [161]. На рис. 3.12 построены в линейном масштабе индикатрисырассеяния света вперед слоёв КНН с длинами 4,5 мкм и 8 мкм, а также их аппроксимациязаконами рассеяния Рэлея по формуле (1.11) и Ламберта по следующей формуле:(3.2)где θ – угол рассеяния,– коэффициент, зависящий от интенсивности падающего света идлины КНН, B – постоянный коэффициент, С – угол, определяемый точностью установкиобразца.

Для удобства на рис.3.12 углы рассеяния отсчитываются от -70о до 70о.720,80,60,4Эксперимент (L = 4,5 мкм)Закон ЛамбертаРассеяние Рэлея0,20,0-80-60-40-20020406080градусыИнтенсивность рассеянногосвета, отн.ед.Интенсивность рассеянногосвета, отн.ед.(а)1,0(б)1,00,80,60,4Эксперимент (L = 8 мкм)Закон ЛамбертаРассеяние Рэлея0,20,0-80-60-40-20020406080градРис. 3.12.

Индикатрисы рассеяния света в переднюю полусферу КНН серии Е2 с L = 4,5 мкм (а)и 8 мкм (б) и их аппроксимация законами Ламберта и Рэлея.Видно, что экспериментальная индикатриса рассеяния света аппроксимируется позакону Ламберта намного лучше, чем законом рэлеевского рассеяния (см. раздел 1.3.2).Значения параметров аппроксимации по формуле (3.2) приведёны в таблице 3.2.Из анализа параметров аппроксимации видно, что коэффициент B отличен от единицы.Это объясняется тем фактом, что в отличие от идеального бесконечного плоскоголамбертовского излучателя образцы КНН являются конечными и их показатель преломленияотличен от единицы.Табл.

3.2. Значения параметров аппроксимации индикатрис рассеяния света в переднююполусферу образцов КНН серии Е2, рассчитанных по формуле (3.2).Длина КНН,мкм4,580,870,81BC, рад1,151,16-0,05-0,1Наряду с формой индикатрис рассеяния света были также проанализированы величиныинтенсивностей рассеянного в переднюю полусферу света для приосевого пропускания I(0) иинтегрированного по углам от -700 до 700 сигнала Iint от длины КНН (рис.3.13).

Из проведенногоанализа следует, что как для I(0), так и для Iint, имеет место степенная зависимость падениясигнала с ростом длины нанонитей. При этом показатель степени составляет примерно -1.2 и-1.0 для I(0) и Iint, соответственно. что совпадает с результатами, полученными в рамкахмодели диффузного распространения света в оптически неупорядоченной среде [162].Все это, наряду с формой диаграммы рассеяния света, указывает на нерэлеевский характеррассеяния в слое КНН.73Интенсивность рассеянногосвета, отн.

ед.I(0)Iint10,10,01110L, мкмРис. 3.13. Полученные из анализа данных рис. 3.11 зависимости интенсивности рассеяния светав переднюю полусферу для приосевого направления I(0) (квадраты) и интегрированного повсем углам сигнала Iint (треугольники) от длины КНН.

Характеристики

Список файлов диссертации