Исследование спектральных свойств кремниевых нано- и микроструктур методом генерации второй гармоники

• Автор: Долгова, Татьяна Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Оглавление
Оглавление

Введение Глава I

Генерация второй оптической гармоники в полупроводниковых наноструктурах: способы описания и экспериментальные методики

1. Генерация второй оптической гармоники: базовые положения

2. Гриновекий формализм для описания оптического отклика полупроводников

2.1. Случай двухслойной среды

2.2. Цептросимметричный полупроводник

3. Методы описания резонансных особенностей в спектре оптических восприимчивостей твёрдого тела
3.1. Комбинированная плотность состоянии и оптические восприимчивости полупроводников

3.2. Критические точки комбинированной плотности состояний и их классификация

4. Анизотропия второй гармоники и её связь с симметрией кристалла
5. Спектроскопии интенсивности второй гармоники
(>. Интерферометрия второй гармоники
7. Спектроскопия второй гармоники поверхностей центросимметрич-
ных полупроводников, полупроводниковых квантовых ям и фотонных кристаллов: цели и задачи диссертации
Глава II
Комбинированная спектроскопия интенсивности и фазы второй гармоники поверхностей кремния и германия
1. Линейная спектроскопия и её связь с зонной структурой полупроводников
1.1. Линейная спектроскопия кремния
1.2. Линейная спектроскопия германия
2. Постановка задачи

Оглавление
3. Основные особенности методики интерферометричеекой спектроскопии второй гармоники
3.1. Описание экспериментальных установок
3.2. Экспериментальные образцы
4. Интерферометрия анизотропной второй гармоники, генерируемой слабо скошенной (vicinal) оксидированной поверхностью кремнии (111)
4.1. Экспериментальные результаты
4.2. Модель для описания анизотропного квадратичного отклика слабо скошенных поверхностей полупроводников, сравнение
с экспериментом
5. Комбинированная спектроскопия второй гармоники: результаты и интерпретация
5.1. Спектры интенсивности и фазы второй гармоники поверхности кремния (111)
5.2. Спектры интенсивности и фазы второй гармоники поверхности германия (111)
5.3. Процедура аппроксимации методом Монте-Карло
5.4. Комбинированная аппроксимация спектров интенсивности и фазы второй гармоники, анализ результатов
(1 Интерферометрия з.шжтроинцуцированпой второй гармоники границы раздела Si-SiОа
(11. Зависимость интенсивности и фазы второй гармоники от напряжения, приложенного к планарной структуре Si-SiOo-( 'г■. 7!)
(12. Электроиндуцировапная вторая гармоника как эффект вну треннего гомодинирования при генерации второй гармоники .
Глава III
Спектроскопия второй гармоники квантовых ям кремний — диоксид кремния
1. Исследование эффектов размерного квантования в наноструктурах методом спектроскопии второй оптической гармоники: постановка задачи
2. Периодические квантовые ямы аморфный кремний - диоксид кремния: структура и оптические свойства
2.1. Процедура изготовления многослойных структур на основе аморфного кремния
Оглашение
2.2. Особенности оптического отклика аморфного кремния
2.3. Оптические свойства периодических квантовых ям Si-.SK )■_>
2.4. Исследования нелинейно-оптического отклика периодических квантовых ям .ЧьЯЮ
3. Экспериментальные результаты
3.1. Генерация анизотропной второй гармоники, роль наведённой симметрии
3.2. Спектры интенсивности второй гармоники в окрестности критических точек Е| и Еа зонной структуры кремния
4. Интерпретация результатов: влияние эффектов размерного квантования на спектры второй гармоники
Глава IV
Исследование эффектов усиления генерации второй гармоники в одномерных фотонных кристаллах и микрорезонаторах на основе пористого кремния
1. Особенности нелинейно-оптического отклика микроструктур с фотонной запрещенной зоной: постановка задачи
2. Методы описания пелипоГшо-оптнчеекого отклика многослойных микроструктур
2.1. Рекуррентные формулы
2.2. Формализм матриц распространении
3. фотонные крис таллы и микроревонаторы на основе пористого кремния
3.1. Приготовление образцов
3.2. Структура и оптические свойства Пористого кремния
3.3. Формализм эффективной среды
3.4. Оптические эффекты в многослойных структурах на, основе пористого кремния
4. Экспериментальные результаты: спектры второй гармоники фотонных кристаллов и микрорезонаторов на основе пористого кремния .
4.1. Спектроскопии интенсивности второй гармоники в частотном пространстве
4.2. Спектроскопия интенсивности второй гармоники в пространстве волновых векторов

Глава II
Комбинированная спектроскопия интенсивности и фазы второй гармоники поверхностей кремния и германия
I. Линейная спектроскопия и её связь с зонной структурой полупроводников
1.1. Линейная спектроскопия кремния
Кремний, нашедший широчайшее применение в микроэлектронике, уже долгое время исследуется различными методами. Его кристаллическая структура и многие свойства достаточно хорошо известны. Существует множество работ по теоретическому расчёту зонной структуры кремния в различных приближениях [25 28]. Наиболее информативный из экспериментальных методов исследования зонной структуры - спектроскопическая эллипеометрия - позволяет получить спектры действительной и мнимой части линейной восприимчивости в широком диапазоне энергий благодаря использованию в качестве источника излучения галогеновых ламп |2!)~32|. Результаты эллипсометрических измерении зависят от процедуры приготовления образца. Дефекты на поверхности, пані «шероховатости приводят к погрешности измерения, поэтому данные но дисперсии кремния различаются у различных авторов. Типичные данные но дисперсии кремния, взятые из работы |3()|, изображены на. рис. (І. Для «равнения на рисунке (І приведена зонная структура объёма кремния, рассчитанная в работе |28|, а также помечены основные основные критические гонки комбинированной плотности состояний. Большие греческие и латинские «буквы означают направления в обратной решётке (закон дисперсии анизотропен). Г: к (0,0,0), X: к ^(1,0,0). I,: к |(|, Г 0« ГД° к - квазиимпульс, а - постоянная решётки. Ширина запрещённой зоны составляет 1,12 эВ при комнатной температуре. Край поглощения при этой энергии возникает при непрямых переходах между точкой 1' валентной зоны и точкой X зоны проводимости. Первые (нижние но энергии) прямые переходы - это пара почти вырожденных и неразрешимых (при комнатной температуре) спектроскопически критических точек Е(, (вдоль направления Г) и Е (вдоль направления А) с энергией 3,4-3.15 эН. Этим обусловлен ярко выраженный максимум в мнимой части диэлектрической проницаемости є" в районе энергии ,'1,4 эВ. Энергия перехода в области критической точки Ез (направления X и Е) колеблется от 4,3 до 4,45 эВ у разных авторов. При этой энергии наблюдается наиболее сильный максимум в данных