Субмиллиметровая-ИК спектроскопия фторида кадмия с бистабильными центрами

• Автор: Каспаров, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Глава 1. Бистабильные центры в широкозонном несобственном

полупроводнике CdF2 (литературный обзор)

1Л Диэлектрические свойства кристаллов семейства фторидов

1.2 Примесные центры во фториде кадмия

1.3 Частотная панорама диэлектрического отклика (постановка задачи)

Глава 2. Методики измерений и характеристики образцов

2.1 Образцы для исследований

2.2 Измерения в субмиллиметровом диапазоне частот 3-30 см'1

2.3 Измерения в инфракрасном диапазоне частот 20- 4000 см'1

2.4 Дисперсионный анализ и обработка спектров

Глава 3. Дисперсия диэлектрических свойств CdF2 на подфононных

частотах
3.1 Температурная эволюция субмиллиметровых и инфракрасных диэлектрических спектров
3.2 Микроскопические механизмы дипольного поглощения
3.3 Задержанная фотопроводимость
Глава 4. Динамика бистабильных центров
4.1 Зависимость линии поглощения мелкого центра от температуры
4.2 Фотоактивация линии поглощения мелкого центра
4.3 Влияния бистабильности на мелкий уровень
4.4 Оценка изменения показателя преломления
Выводы
Список литературы
Актуальность работы. В последние годы большое внимание уделяется применению света для передачи, обработки, записи и хранения информации. Современные исследования направлены на поиск физических явлений и новых материалов. Полупроводниковые кристаллы являются перспективным и мало изученным в этом аспекте классом регистрирующих сред. Большинство из этих материалов доступны к использованию, так как производство основных полупроводников (кремний, германий, кристаллы А2В6 и др.) хорошо налажено.
Практически все процессы записи информации в кристаллах связаны с электронными переходами. Электронные переходы обратимы, так что возможна циклическая перезапись. Наиболее распространенными являются переходы зона-зона с образованием пары электрон-дырка и примесь-зона с образованием свободных носителей одного знака. Возможны и более сложные ситуации, когда воздействие света приводит к изменению валентности иона примеси и модификации структуры дефекта. Характер этой перестройки существенно зависит от структуры кристаллической решетки [1], [2] и [3]. Изменение заряда примеси приводит к искажению решетки вокруг иона примеси и локальному изменению оптических параметров кристалла. На основе этих эффектов реализуется запись фотоиндуцированных решеток [4], [5] и [6]. На микроскопическом уровне искажение решетки обуславливается изменением решеточных колебательных мод атомов или групп атомов. В результате такой перестройки в колебательных спектрах на узкие фононные резонансы накладываются широкие по частоте полосы поглощения. Разделение этих механизмов движения составляет на
сегодня одну из важных фундаментальных задач колебательной спектроскопии твердого тела [7].
В методическом плане задача осложняется тем, что функция колебательного отклика легированных кристаллов сильно уширена в низкочастотную область спектра, что делает ее неудобной для исследования традиционными методами нейтронной, КР и ИК спектроскопии [7], эффективность которых резко падает при необходимости проведения измерений размытых спектров, ниже 30 см'1. Ситуация, однако, может быть улучшена при наличии точных низкочастотных субмиллиметровых привязок.
Реализация этой задачи в приложении к полупроводниковому фториду кадмия является главной методологической целью настоящей работы. В диссертации удалось использовать в комбинации с ИК спектроскопией V > 1012 Гц технику субмиллиметровой (СБММ) спектроскопии на основе ламп обратной волны (ЛОВ) [8] и [9], способную обеспечить получение высокоточных данных по диэлектрическим свойствам веществ на частотах 10й - 1012 Гц.
В методах СБММ (ЛОВ) и ИК спектроскопии действуют одинаковые правила отбора, поэтому можно рассматривать экспериментальные данные, полученные двумя методами, как единый спектр и проводить дисперсионный анализ сразу для всего частотного интервала 10й -10й Гц.
Развитие на основе ИК и СБММ спектроскопии комбинированного метода получения панорамных диэлектрических спектров твердых тел в диапазоне 10й - 10й Гц (5 - 3000 см'1) [10], [11] открывает новые возможности в проведении спектроскопических исследований, так как позволяет:

L разность хода между интерферирующими пучками. Разрешение определяется длиной хода зеркала интерферометра Su ~ 1/L (в волновых числах). В используемой на Bruker IFS-113v схеме, происходит удвоение разности хода за счет изменения сразу двух плеч интерферометра. Максимальное разрешение 0.03 слгК В качестве расщепителей луча используются Ge пленка на подложке из КВг для среднего ИК диапазона и лавсановые (майларовые) пленки разной толщины для дальнего ИК диапазона. Для подавления высокочастотной части спектра источников используются оптические фильтры.
В блоке образца предусмотрена установка криостата, приставки измерения отражения и позиционера для измерения пропускания. В процессе работы блок образца может герметически отсекаться от блока интерферометра и блока образцов. Это позволяет менять образцы без напуска воздуха в камеры интерферометра и детекторов.
В блоке детекторов установлена система переключения приемников: пироэлектрического датчика и германиевого болометра. Фурье спектрометр Bruker IFS-113v позволяет регистрировать спектры пропускания и отражения в диапазоне волновых чисел:
1. 10 - 100 см-1 с использованием ртутной лампы и германиевого болометра, охлаждаемого жидким гелием;
2. 30 - 700 см-1. с использованием пироэлектрического приемника и ртутной лампы;
3. 450 - 4800 см'1 с использованием источника "Глобар" и пироэлектрического приемника.
Температурные измерения на Фурье спектрометре. В отличие от случая работы на JIOB спектрометре, для проведения высокотемпературных измерений на ИК спектрометре нам приходилось