Диссертация (1104273), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Прямые линии - аппроксимацияэкспериментальных зависимостей степенными функциями.Перейдём к анализу индикатрис упругого рассеяния света в заднюю полусферу. Изданных рис. 3.11 хорошо видно, что с увеличением длины КНН интенсивность рассеянногосигнала в заднюю полусферу растет, форма индикатрисы рассеяния света изменяется, становясьболее изотропной. На рис.
3.14 построены в линейном масштабе индикатрисы рассеяния света(а)Интенсивность рассеянногосвета, отн.ед.1,00,80,6Эксперимент (L = 4,5 мкм)Закон Ламберта0,40,2-80-60-40-200градусы204060Интенсивность рассеянногосвета, отн.ед.назад слоёв КНН с длинами 4,5 мкм и 8 мкм, а также их аппроксимация законом Ламберта (3.2).(б)1,00,80,6Эксперимент (L = 8 мкм)Закон Ламберта0,4-80-60-40-200град204060Рис. 3.14. Индикатрисы рассеяния света в заднюю полусферу КНН серии Е2 с L = 4,5 мкм (а) и8 мкм (б) и их аппроксимация законом Ламберта.Видно, что экспериментальная индикатриса рассеяния света в заднюю полусферухорошо аппроксимируется по закону Ламберта. Значения параметров аппроксимации поформуле (3.2) индикатрис рассеяния света в заднюю полусферу приведёны в таблице 3.3,которые очень близки к значениям, представленным в табл.
3.2 для индикатрис рассеяния света74в переднюю полусферу, что говорит об одинаковом ламбертовском характере рассеяния как дляпрошедшего света, так и для отражённого от слоёв КНН с длинами более 4 мкм.Табл. 3.3. Значения параметров аппроксимации индикатрис рассеяния света в заднююполусферу образцов КНН серии Е2, рассчитанных по формуле (3.2).Длина КНН,мкм4,580,90,9BC, рад1,111,040,005-0,02На рис. 3.15 представлена зависимость интенсивности рассеянного сигнала в заднююполусферу от длины КНН серии Е2.
Видно, что зависимость хорошо описываетсялогарифмической функцией ((прямая линия на рис. 3.15, где использованлогарифмический масштаб по горизонтальной оси). Подобная зависимость может быть понята,если принять во внимание практически гиперболический закон уменьшения интенсивностипрошедшего через слой КНН света (см. рис. 3.13). Действительно, предполагая, что проходящеечерез слой КНН лазерное излучение с интенсивностью, спадающей как 1/L за счетмногократных отражений в массиве нанонитей, аддитивно формирует рассеянную назадкомпоненту, то интенсивность последней может быть получена интегрированием по всемуслою и, следовательно, имеет логарифмическую зависимость от длины.Интенсивность рассеянногосвета, отн.ед.654321110L, мкмРис.
3.15. Зависимость интенсивности рассеяния света в заднюю полусферу от длины КНН.Пунктирной линией показан уровень интенсивности соответствующего сигнала от пластины c-Si.Суммируя всё вышесказанное, можно сделать вывод, что КНН на поверхности c-Siвыступают в роли эффективно рассеивающего слоя, с увеличением длины которогорассеивающая способность возрастает. При этом, рассеяние носит нерэлеевский характер, что75проявляется в виде индикатрисы рассеяния света и нелинейных зависимостях интенсивностирассеянного света от длины КНН.3.2. Комбинационное рассеяние света в ансамблях кремниевых нанонитейСпектры КРС (см. раздел 1.3.3.) образцов КНН серии А и В с различным уровнемлегирования при возбуждении на длине волны 1064 нм представлены на рис.
3.16. Для КННбылообнаруженозначительноеувеличениеинтенсивностиКРСпосравнениюсИнтенсивность КРСсоответствующей подложкой c-Si, на которой были выращены образцы.c-SiAL = 25 мкм(а)500510520530540Интенсивность КРССтоксов сдвиг, cм-1c-SiBL = 40 мкм(б)500510520530540Стоксов сдвиг, cм-1Рис. 3.16. Спектры КРС (а) образца КНН серии А (штриховая линия) и исходной подложки c-Si(сплошная линия); (б) образца КНН серии В (штриховая линия) и исходной подложки c-Si(сплошная линия).
Спектры разнесены по вертикали для удобства представления.Было изучено влияние серебра на КРС в ансамблях КНН серии Е1. На рис. 3.17представлены спектры образцов КНН с частицами серебра и без них, а также исходнойподложки c-Si. При этом эффект усиления КРС у образцов КНН по сравнению с исходной76подложкой сравним как для образца с частицами серебра, так и для образца без него.
Болеетого, сигнал КРС для образца, не содержащего наночастиц серебра, превосходит сигнал КРСдля образца с наночастицами серебра. Усиление КРС не связано с плазмонными эффектами всеребряных частицах.c-SiКНН + AgКННИнтенсивность КРСL = 1,5 мкм500510520Стоксов сдвиг, см530540-1Рис. 3.17. Спектры КРС КНН серии Е1 с частицами серебра (штриховая линия) и без частицсеребра (пунктирная линия) и исходной подложки c-Si (сплошная линия). Спектры разнесеныпо вертикали для удобства представления.На рис. 3.18 представлены зависимости интенсивности сигналов КРС от интенсивностипадающего излучения для образцов КНН серии А и В, которые приготовлены на подложках сразличным уровнем легирования.
Установлено, что усиление сигнала КРС наблюдается привсех интенсивностях. Характер зависимости интенсивности сигнала от интенсивностипадающего излучения для КНН совпадает с зависимостью сигнала для соответствующейподложки c-Si, на которой были выращены КНН. Отметим, что при наблюдении сигнала КРCдля обоих образцов эта зависимость линейная.77Интенсивность КРC, отн.ед.c-SiA10(а)12,52Интенсивность КРC, отн.ед.Интенсивность возбуждения, Вт/смc-SiB1000100(б)100,252,52Интенсивность возбуждения, Вт/смРис. 3.18. Зависимость интенсивности КРС от интенсивности падающего излучения дляа) образца КНН серии А (треугольники) и исходной подложки c-Si (квадраты); б) образца КННсерии В (треугольники) и исходной подложки c-Si (квадраты).На рис.
3.19 представлены спектры КРС образцов КНН серии Е5 различной длины иисходной подложки c-Si. Как видно из рисунка, усиление сигнала КРС от КНН по сравнению сподложкой c-Si наблюдается уже при субмикронной длине нанонитей.78Интенсивность КРС, отн. ед.c-SiL = 0,4 мкмL = 1,0 мкмL = 29 мкм14121086420500510520530540Стоксов сдвиг, см-1Рис. 3.19. Спектры КРС образцов КНН серии Е5 различной длины и исходной подложки c-Si.Спектры разнесены по вертикали для удобства представления.Стоит отметить, что пик КРС не сдвигался и не уширялся при увеличении мощности илипри малой длине КНН, что говорит о том, что в исследуемых нанонитях не проявляетсярезонанс Фано (см.
раздел 1.3.3.), а также нет КРЭ.Была построена зависимость интенсивности сигнала КРС от длины КНН для образцовразных серий, отличающихся пористостью (см. табл. 3.3) и различным временем жизнифотовозбуждённых носителей заряда в исходных подложках c-Si (см. табл. 2.4) (рис. 3.20).Из рис. 3.20 видно, что усиление КРС наблюдается уже при L = 0,1 мкм, а для большихдлинКННзависимостьинтенсивностисигналаКРС(I)отдлиныКННхорошоаппроксимируется формулой:I A ln L ,(3.3)где A - некоторая константа, зависящая от серии КНН. При этом в эффекте усиления КРСиграют роль два фактора: 1) усиление локального поля из-за флуктуаций показателяпреломления, что проявляется в росте КРС уже при субмикронных длинах КНН; 2) локализациясвета в слое КНН, проявляющаяся в росте сигнала по логарифмическому закону сувеличением L.
Данная зависимость наблюдалась для КНН всех серий, включая образцыразличной пористости (плотности расположения КНН в слое). Стоит отметить, чтологарифмическая зависимость для усиления сигнала КРС от длины КНН может быть связана сувеличением интенсивности рассеяния света в заднюю полусферу при увеличении длины КНН,которая также является логарифмической (рис.
3.15). Из рис. 3.20а и 3.20б видно, что приувеличении длины КНН на порядок, интенсивность КРС возрастает всего в 2 раза, из чегоможно сделать вывод, что для усиления КРС от КНН, не обязательно растить очень толстый79слой нанонитей, а достаточно длины в 1-2 мкм, в котором уже наблюдается сильное рассеяниесвета.Интенсивность КРС, отн.ед.Интенсивность КРС, отн.ед.5E243(а)21110100L, мкм6Е3Е4Е5543(б)210,1110L, мкмРис. 3.20. Зависимость интенсивности сигнала КРС от длины КНН (а) серии Е2, (б) серийЕ3-Е5.
Пунктирной линией показаны интенсивности сигнала КРС от подложки c-Si.Дополнительно были сняты поляризационные зависимости интенсивности КРС дляисходной подложки c-Si с кристаллографическими ориентациями (100) и (110) и КННсерии В и D (рис. 3.21). Характеристики и изображение СЭМ представлены в таблице 2.1 и нарис. 2.2б,д,е.80Интенсивность КРС, отн.ед.901201,0c-SiB600,80,6150300,4x20,20,0 18000,20,40,62103300,8(а)1,0240300270Интенсивность КРС, отн.ед.901201,0c-SiD600,80,6150300,40,20,0x218000,20,40,6210330(б)0,81,0240300270Рис.
3.21. Поляризационная зависимость интенсивности КРС для (а) КНН серии В(треугольники) и исходной подложки c-Si (квадраты); (б) для КНН серии D (треугольники) иисходной подложки c-Si (квадраты).Как видно из рис. 3.21а, в ансамблях КНН серии B, где нанонити расположенывертикально по отношению к подложке (кристаллографическая ориентация подложки c-Si(100)), наблюдается частичная деполяризация интенсивности КРС по сравнению с исходнойподложкой c-Si, что может быть связано с "забыванием" фотоном своей поляризациивследствие многократного отражения от случайно расположенных КНН, что такжесвидетельствует о проявлении эффекта локализации света при сильном рассеянии света и,соответственно, увеличении времени взаимодействия света с веществом.
На рис. 3.21бпредставлена поляризационная зависимость для интенсивности КРС для исходной подложкиc-Si и ансамблей КНН серии D, где нанонити расположены под углом к подложке81(кристаллографическая ориентация подложки c-Si (110)). Наблюдается тот же эффектдеполяризации интенсивности КРС в образцах КНН по сравнению с исходной подложкой c-Siкак и для КНН на подложке с кристаллографической ориентацией (100) (рис.
3.21а), апроявления анизотропии формы поляризационной зависимости интенсивности сигналов КРС отКНН, которое ожидалось (см. раздел 2.1), обнаружено не было, что видимо связано с сильнымрассеянием и локализацией света в наноструктурах, поэтому свет успевает "забыть" своюполяризацию. Причём, если для ансамблей КНН серии B наблюдается частичная деполяризацияинтенсивности КРС (рис. 3.21а), то на для ансамблей КНН серии D наблюдается полнаядеполяризация (рис.3.21б), что может быть связано с тем фактом, что из наклонных ансамблейКНН сложнее выйти рассеянному свету, он дольше находится в нанонитях и сильнеедеполяризуется.Усиление КРС может быть интерпретировано как проявление эффекта локализации(замедления) света в диэлектрически неоднородной среде вследствие сильного рассеяния имногократного отражения света.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
