Диссертация (1104452), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Программная среда WASF для моделированияспектров диэлектрического откликаОпределение параметров дисперсионных моделей и вычисление на их основанииспектров диэлектрического отклика выполнено в программной среде WASF. Данная программа была разработана в отделе субмиллимметровой спектроскопии ИОФ РАНВ.В.
Войцеховским для операционной системы MS DOS и переработана под MS WindowsШ. Шульцем (Steffen Schultz). Программа оснащена многооконным режимом работы, необходимым для панорамного расчёта спектров. В каждое из окон загружаются спектрыпропускания и отражения, измеренные в разных диапазонах частот с различным разрешением на ИК-Фурье-спектрометре «Bruker IFS-113v» и СБММ-спектрометре «Эпсилон» идля различных толщин образца.
Такой подход позволяет произвести подробное исследование образца в широком интервале частот.В каждом окне программы WASF задаётся функция (пропускание, отражение идр.), которая должна быть определена в соответствии с параметрами дисперсионной модели (Друде, Лоренца и др.). Их определение осуществляется путём минимизации среднеквадратичного отклонения рассчитываемого спектра от экспериментальных данных.Сначала выбирается необходимая модель.
В случае модели Лоренца также задаётсянеобходимое число осцилляторов (рис. 15). Затем в окне изменения параметров для каждой модели независимо определяются параметры: j, j, j — для лоренцианов (рис. 16),0 и — для модели проводимости Друде (рис. 17). Полученные параметры используются, чтобы с помощью формул, приведённых в главе 1, рассчитать спектры величин активированных в соответствующих окнах программы (рис. 18). На рис.
18 точками показаныэкспериментальные, линиями — модельные спектры пропускания Tr() (вверху) и отражения R() (внизу) необлучённого образца ZnGeP2 в ориентации Ec.После того, как подбор параметров модельных осцилляторов выполнен, рассчитываются требуемые спектры электродинамического отклика. На рис. 19 в дополнение кспектрам R() и Tr() показаны рассчитанные спектры коэффициента поглощения () имнимой части диэлектрической проницаемости "(), дополненные точными значениями,которые получены из данных СБММ-измерений. Одновременное моделирование спектровпропускания и отражения с учётом точных данных СБММ-измерений позволило получитьполную информацию о взаимодействии электромагнитной ТГц-волны с кристалломZnGeP2.42Рис.
15. Выбор дисперсионной модели.Рис. 16. Окно управления параметрами лоренциана при приведении вида модельногоспектра в соответствие экспериментальному.Рис. 17. Окно управления параметрами модели Друде при приведении вида модельногоспектра в соответствие экспериментальному.43Рис. 18. Окно программы WASF с экспериментальными (точки) и модельными (линии)спектрами пропускания и отражения необлучённого образца ZnGeP2 в ориентации Ec.44Рис. 19. Окно программы WASF с экспериментальными и модельными спектрами необлучённого образца ZnGeP2 в ориентации Ec. В спектре "() зелёными точками нанесеныданные СБММ-измерений.452.5.
Исследуемые образцы монокристалла ZnGeP2Объектами исследования в настоящей работе выбраны монокристаллические образцы полупроводника ZnGeP2. Данный материал относится к группе тройных полупроводников типа A II BIV C2V . Он имеет структуру халькопирита (пространственная группа12D2d=I42d) с параметрами решетки a = 5,465 Å, c = 10,708 Å, в которой отсутствует центрсимметрии [81]. ZnGeP2 является положительным нелинейно-оптическим кристаллом.Направляя излучение вдоль соответствующих оптических осей, можно получать какобыкновенный, так и необыкновенный луч.
Материал имеет высокое значение диэлектрической восприимчивости второго порядка (d36 = 75·10-12 м/В), относительно высокуюудельную теплопроводность, слабую температурную зависимость показателей преломления, достаточное для выполнения условия фазового согласования двулучепреломление[82] (из данных СБММ-измерений в работе получено значение n ~ 0,03). ZnGeP2 является непрямозонным полупроводником. В литературе он характеризуется тремя величинамизапрещённой зоны, определяемыми строением валентной зоны: A′, B′ и C′ . Минимальноезначение ширины запрещённой зоны составляет 1,99 эВ при комнатной температуре [83],[84].Строение кристаллической решётки ZnGeP2 представлено на рис. 20.
Кристаллимеет сложный базис. В элементарной ячейке содержится восемь атомов, что соответствует двум формульным единицам Z = 2. Теоретико-групповой анализ допускает существование 24 фононных ветвей. Длинноволновые нормальные колебания распределены потипам симметрии следующим образом: A1 + 2A2 + 3B1 + 4B2 + 7E. В ИК-спектрах активнымоды B2(z) и E(x, y) [85], [86].В работе использованы монокристаллы ZnGeP2, полученные в Институте мониторинга климатических и экологических систем (ИМКЭС).
Для выращивания кристалловZnGeP2 применяются методы Бриджмена [17], [87], Чохральского [88], твёрдофазных реакций [89] и двухтемпературного синтеза [90]. Заготовка, из которой вырезаны рабочиеобразцы, получена из расплава методом Бриджмена в вертикальной ориентации с затравочным кристаллом снизу [17]. Схема ростовой установки представлена на рис. 21.
Дляинициирования процесса роста использован затравочный кристалл с ориентацией (001).После его подплавления при температуре 1034 °C была осуществлена выдержка в течение24 ч для установления стационарного состояния поверхности раздела между затравочнымкристаллом и расплавом. Затем ростовой контейнер перемещался вниз со скоростью ~0,5мм/ч.
По завершении кристаллизации всего объёма расплава выращенный кристалл со46Рис. 20. Строение кристаллической решётки ZnGeP2.47Рис. 21. Схема термической установки для выращивания кристаллов методом Бриджменав вертикальном варианте, где 1 — паровая фаза, 2 — расплав, 3 — выращиваемый кристалл, 4 — затровочный кристалл, 5 — нагревательные модули, 7 — теплоизолятор [17].48скоростью ~4 мм/ч опускался вниз, в изотермическую область с температурой ~990 °C.Далее производилось медленное охлаждение ростовой установки до температуры ~600 °C.Затем аппарат выключался и неконтролируемо охлаждался до комнатной температуры.Результат процесса роста показан на рис. 22. Состав кристалла при данном способе получения является номинально стехиометрическим. Отклонение от стехиометрии составляет1–2% [17].
Блочная структура отсутствует. В случае сбоя в процессе роста её наличиеможно обнаружить, подвергнув поверхность кристалла шлифовке.Выращенный слиток был проверен на предмет оптического качества в диапазоне2,5–50 мкм (200 – 4 000 см-1). Для этого на боковой поверхности цилиндра осуществленашлифовка двух параллельных плоских «дорожек», ориентированных по плоскости (100)или (110) в зависимости от того, какой тип синхронизма предполагается использовать впоследующей подготовке нелинейных элементов, затем проведены полировка и контрольпропускания по всей «дорожке» на длине волны 5 мкм (в области максимальной прозрачности) на ИК-спектрофотометре SPECORD M-80. Кристаллы, пропускающие меньше 35%интенсивности такого излучения, забраковывались.Из полученной заготовки были вырезаны ориентированные плоскопараллельныепластины.
Их облучение электронами выполнено на установке, устройство и характеристики которой изложены в работе [91]. Оптимальные параметры облучения были выбранына основании исследований [20]: энергия электронов — 4 МэВ и доза — 1,8·1017 см-2. Вэтом случае достигается появление необходимого количества дефектов, и не происходитразрушение кристалла.
Воздействие на образец при заданных условиях было произведенос обеих сторон, что обеспечило однородное распределение вводимых дефектов [92]. Контроль статической проводимости 0 показал, что она меняется от значений ~10-6 Ом-1·см-1для необлучённого образца до значений ~10-7–10-8 Ом-1·см-1 для облучённого. На рис. 23представлены исследуемые в данной работе образцы. В работе для СБММ- и ИК-измерений использованы необлучённые кристаллы с геометрическими размерами 11,5×13,5 мм,d ~ 0,405 мм (№1) и 5,5×10,5 мм, d ~ 1,545 мм (№2). Различие толщин образцов позволилоповысить точность определения комплексной диэлектрической проницаемости в СБММдиапазоне.
Размеры облучённого кристалла для измерений на ЛОВ-спектрометре «Эпсилон»: 5,5×10 мм, d ~ 1,685 мм (№3) и для измерений на Фурье-спектрометре «Bruker IFS113v»: 5,5×8 мм, d ~ 0,8 мм (№4).49Рис. 22. Выращенный слиток монокристалла ZnGeP2 (фотография предоставлена А.И.Грибенюковым).50Рис. 23. Исследованные в работе образцы монокристалла ZnGeP2, где 1, 2 — необлучённые; 3, 4 — облучённые.512.6. Результаты спектральных СБММ- и ИК-измеренийВ данном разделе приводятся результаты спектральных измерений монокристаллаZnGeP2 и их первичный анализ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
