Файл: Панков Ж. Оптические процессы в полупроводниках пер. с англ.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 168
Скачиваний: 3
0,1 |
|
0,5 |
1,0 |
|
T T |
5,0 |
10 |
50 |
100мим |
\0.125 |
~Т Т |
I 111 |
~TT) |
|
|
|
“ПТ |
||
ADP |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
\azso |
|
HD |
|
|
|
|
|
|
|
Wi йоросилиттноестеклоТ^ |
|
|
|
||||
|
|
|
|
i,8 |
3.5 MmuMOHud галлия\ |
|
|
||
\0,/2 |
Коисталлический. |
квапиI |
4,51 |
|
|
|
|||
10,/É |
|
Плавленый, кваои |
«..fl |
|
|
|
|||
|
|
\<Х6ФосФиё галлия”4,5\ |
|
|
|
||||
|
|
Кальций алюминат стекло S,5\ |
|
|
|
||||
|
\ö.s |
|
Кальцит |
|
S.5\ |
|
|
|
|
|
|
I < 0,6 |
Шпинель |
в,Ol |
|
|
|
||
|
0.16 |
\ОАЗ |
|
Рити л |
|
f.*l |
|
|
|
|
|
Сапфир |
|
£51 |
|
|
|
||
|
|
Х0.39 Титанam стоониия |
ЛЯ |
|
|
|
|||
ШГ 7,0\Сернистый свинец (пленка)' 5,0 7.0\ Pb Se (пленка)*
|
|
<■М. І'итанат бария |
|
|
Ій77 |
Фтористый м а гни й |
S,o> Те |
||
|
|
|
13,5 |
|
|
10,35 |
tZâü |
5,5\ |
|
|
|
l.o |
IR VRAKI-I |
6,5 1 |
Ій /г |
|
LLF |
|
9,0\ |
Іаіз |
|
ia F , |
|
П1 |
|
|
10.6 МышьяковосильФидное стекло J3\ |
||
|
|
t.a |
inp |
1451 |
|
|
1.0 |
IRTRAN- г |
|
|
|
J.ü |
6aAs |
ISI |
|
|
11.1 |
Sl |
J5J> |
|
10.25 |
|
BaF, |
HD |
<0,19 |
|
NaP |
151 |
|
|
|
ots |
1 |
|7,f Ts> In Sb |
|
(Ö25 |
CdS |
Ifl |
|
|
Ш1 |
РЬР, |
ЖЗ |
|
|
|
СІТе |
JB |
|
\Q8Модифицирован. мышьяком селеновое стекло l8>
1.0Аморфный. 5ё~
ЩГ
іш |
1OÂ |
|
Aa CI |
|
|
Ж> |
|
|
|
|
|
|
|
Z8\ |
|
|
|
||
IO.Z1 |
|
|
KCl |
|
|
30 1 |
|
|
|
WTi |
|
|
KRS-6 |
|
|
351 |
|
|
Резкийкрай |
|
10.42 |
|
TICl |
|
|
SS ( |
|
|
|
10.25 |
|
|
KBr |
|
|
401 |
|
|
П риблизит ельное |
|
1 ІО.6 |
K3S-5 |
|
40> |
|
|
|||
|
|
|
|
полож ение к р а я |
|||||
|
І0.42 |
|
TLBr |
|
401 |
|
|
Пропускание по крайней |
|
\0.2S |
|
|
KJ |
|
___________ Ш |
|
|
||
|
|
|
|
|
мере до указанной длины |
||||
Ш |
|
|
CsBr |
|
55/ |
Sffl |
|
волны |
|
10.25 |
|
|
CSJ |
|
|
|
Может быть прозрачным |
||
ѴоМ |
|
А лм аз |
Г7Т |
1 1 1 I |
Ж> |
|
в области коротких д ли н |
||
1 ' f |
1 1 1 I 111 |
I 1 |
) і і |
1i 11 |
|
волн |
|||
0,1 |
0,5 |
1,0 |
|
5,0 |
10 |
50 |
100мкм |
||
Ф и г . |
5.2. |
Области |
пропускания .различных |
материалов [1]. |
|||||
Длинноволновая и коротковолновая границы соответствуют 10%-ному пропусканию образца толщиной 2 мм. У материалов, отмеченных звездочкой '(*), максимальное про пускание менее 10%.
Ф и г. 5.3. Зависимость показателя преломления от длины волны для неко торых оптических материалов [1].
Ф и г. 5.4. Зависимость дисперсии от длины волны для некоторых оптиче ских материалов [1].
Глава 5. Абсорбционная спектроскопия |
113 |
работать в области до 5 мкм, CaF3 — до 8 мкм и NaCl — до 15 мкм;
спомощью КВг можно проводить измерения вплоть до 35 мкм,
ас помощью Csl — до 50 мкм. Для длин воли, больших 50 мкм, применяются решетки; спектральные измерения проводились вплоть до длин волн, превышающих 300 мкм.
Источник излучения также должен быть тщательно выбран в соответствии с исследуемой областью спектра. Для работы в ин фракрасной области используется накаливаемый «глобар», изготов ленный из спеченного карбида кремния. Для видимой и ближней
Ф и г. 5.5. Характеристики спектральной чувствительности фотоэмпссионных устройств [3].
инфракрасной областей спектра (до 2,5 мкм) применяется ленточ ная вольфрамовая лампа. Излучение в ультрафиолетовой области спектра получают с помощью газоразрядных (например, водород ных) ламп. Спектр излучения газоразрядной лампы состоит из мно жества узких линий, наложенных на широкий непрерывный спектр. Длины волн этих линий часто известны с точностью по крайней мере до пятого знака и табулированы в различных справочниках
8 -0 1 0 8 5
Дл и н а волны, мкм
Фи г. 5.6. Сравнение спектральных кривых нескольких типичных фото
детекторов при комнатной и низкой температурах [4].
а —■температура детектора 25° С; б — температура детектора —195° С, за исключением Ge-ZIP, для которого она рапна —269° С. Данные были получены при ширине полосы і Гц на частоте (в Гц), указанной в скобках.
Глава 5. Абсорбционная спектроскопия |
115 |
[2]. Поэтому для калибровки прибора часто используют линии излучения газоразрядных ламп или дугового разряда.
Детектор также должен соответствовать исследуемой спект ральной области. Область чувствительности различных детекторов
Ф и г . 5. 7. Сравнение спектральной чувствительности охлажденных полу проводниковых детекторов в далекой инфракрасной области (по Стиллману, частное сообщение).
показана на фиг. 5.5—5.7. В далекой инфракраснойоблаетииспользуются термопары и болометры. Часто жертвуют чувствительно-
Ф и г. 5.8. Схема аппаратуры, используемой для работы в вакуумном ультрафиолете (монохроматор и камера образца) [6]:
А — вогнутая решетка (внеосевая); |
В — регулировка |
расстояния щель — решетка; |
С — регулировка ширины щели; D — крепление фильтра; Р ,, р . — фотоумножители; |
||
L — лампа; |
S — держатель |
образца. |
стыо, чтобы получить малую инерционность. При большом стара нии можно получить чувствительность ІО“12 Вт.
При работе в глубоком ультрафиолете (hv > 6 эв) вся система — источник, монохроматор, образец и детектор — должна находить ся в вакууме, чтобы предотвратить поглощение ультрафиолетового излучения воздухом. Вакуумный монохроматор показан на фиг. 5.8. Этот прибор был построен для измерений отражения.
8*
116 |
Глава 5. Абсорбционная спектроскопия |
Когда образец S находится в положении; указанном на фигуре, детектор Р х измеряет интенсивность отраженного излучения (источник света показан на фиг. 5.9). Для измерения интеисивно-
Вход газа |
Катод |
Анод |
|||
X |
|
|
(заземленный.) |
||
|
|
Переход |
t |
||
|
|
|
|
стекло-ковар р 1 |
|
$ |
|
|
|
|
Входная |
|
|
|
|
щель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
---- |
у |
і |
|
|
Кольцевое |
Кварцевый |
|||
|
уплотнение |
капилляр |
Кольцевое |
||
|
|
|
|
1 к 0,3 см г |
|
|
|
|
|
уплотнение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф п г. 5.9. Источник света. |
|
||
Параметры |
газового |
разряда: |
|
||
|
г |
2000 ыкм |
Непрерывный спектр 3,5 ч- 7,5 оВ |
||
Водород |
< |
140 В |
|
|
|
|
L |
І А |
|
Линейчатый спектр 7,5 ч- 15 В |
|
|
^ |
150 ык |
|
|
|
Аргон |
I |
75 В |
|
Линейчатый спектр |
13 ч- 28 эВ |
|
I |
3 А |
|
|
|
сти падающего излучения при помощи детектора P z образец отодви гают в сторону.
Приведем пример эксперимента по измерению поглощения; этот пример взят из работы автора [7]. Полированный образец GaAs закреплен на медной пластинке с двумя идентичными отвер стиями, одно из нпх закрыто образцом (фиг. 5.10). Эта медпая пла стинка соприкасается с холодным концом криостата и окружена тепловым экраном, находящимся при той же температуре. Пластин ку можно перемещать при помощи магнита, при этом измеряется либо интенсивность падающего излучения (проходящего через неперекрытое отверстие), либо интенсивность излучения, прошед шего через образец.
Температура холодного конца криостата измеряется либо при помощи угольного резистора, либо при помощи термометрического диода из GaAs. Угольный резистор дает падежные результаты ниже 50 К, тогда как диод из GaAs чувствителен при температуре выше 20 К. Таким образом, область перекрытия достаточна для сравнения двух термометров.
Пропускание образца толщиной t, обладающего коэффициентом отражения R, выражается формулой
г/о (1 -Д )2«-а( 1_Д2е-2а(
Глава 5. Абсорбционная спектроскопия |
117 |
Охлаждаемый, (78 К)
фильтры
Ф и г. 5.10. Схема экспериментальной установки н устройство держателя образца.
которая учитывает многократные внутренние отражения. В нашем случае при R — 0,30 знаменатель можно считать равным 1 для at ^ 1,2 (это приводит к ошибке, меньшей 1%); тогда
а£ = ] п /0 —Ін / + 21и(1 — R).
Можно воспользоваться схемой, которая позволяет решить это уравнение и дает на выходе зависимость a t от h v . Эта схема пока-
Ф и г. 5.11. Схема аппаратуры, позволяющей непосредственно получить зависимость at от hv.
118 |
Глава 5. Абсорбционная спектроскопия |
зана на фиг. 5.11. Логарифм интенсивности падающего излучения «вырабатывается» фигурным кулачком, с которым кинематически связан монохроматор. Кулачок в свою очередь связан с потенцио метром, который дает сигнал, пропорциональный In І 0. Сигнал, соответствующий пропущенному излучению I (hv), проходит через
-I.______L-.
Ь50 hv, э&
Ф и г . 5.12. Типичная запись зависимости at от hv.
логарифмический преобразователь, на выходе которого получает ся сигнал, пропорциональный ln I. Эта величина вычитается из In І 0 на входе двухкоординатного самописца, который также кинематически связан со спектрометром. Несколько типичных кривых показаны на фиг. 5.12. Три калибровочные линии при at = = 1,23, 3,18 и 5,12 получены с помощью соответствующих ней тральных фильтров, поставленных на пути пучка света, прохо дящего через открытое отверстие в медной пластинке. Легкость получения этих калибровочных кривых позволяет в любое время проводить проверку всей системы.
Глава 5. Абсорбционная спектроскопия |
119 |
Задача 1. В некоторых ранних спектроскопических исследованиях для улучшеиия отпошеипя сигнал — шум использовались образцы в форме сферы Вейерштрасса, позволяющие увеличить долю излучения, попадающего в оптическую систему. Сфера Вейерштрасса представляет собой сферу радиу са г, у которой удалей сегмент таким образом, что образовавшаяся плоскость, «плоскость Вейерштрасса», находится иа расстоянии г/п от центра сферы,
как это показано на фиг. 5.13 (/?. — показатель преломления). Основное свойство сферы Вейерштрасса состопт в том, что лучи, выходящие из центра S
плоскости Вейерштрасса, после преломления иа сферической поверхности
имеют такое направление, как если бы опп выходили из мнимого источника S', расположенного иа расстоянии пг от центра сферы, как это показано на фигу
ре.
а) Докажите упомянутое свойство, рассматривая ход лучей. Восполь зуйтесь теоремами о подобии треугольников и законом Снеллиуса (sin Ѳе = = п sin Ѳг).
б) Вычислите для Ge, где п = 4, во сколько раз улучшается собирание
света оптикой, расположенной справа от образца, для случая изотропного точечного источника света, расположенного в «точке Вейерштрасса» S (центр
плоскости Вейрштрасса), по сравнению с идентичным источником, находя щимся на левой стороне плоско-параллельной пластинки германия, парал лельной плоскости Вейерштрасса.
в) Укажите один пли два недостатка, связанных с использованием сферы
Вейерштрасса. |
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА |
|
1. |
Ballard S. S., McCarthy К. А ., |
Wolfe W. L., Amer. Inst, of Phys. Handbook, |
2. |
2 nd ed., McGraw-Hill, New |
York, 1963, Sec. 6, p. 11. |
«The American Institute of Physics Handbook». |
||
3. |
«RCA Photo and Image Tubes», Booklet lCe-269. |
|
4. |
Jones R. C., Proc. IRE, 47, |
1495 (1959). |
5.Philipp H. R., Ehrenreich //., Ultraviolet Optical Properties, в книге:
«Semiconductors and Semimetals», eds. Willardson R. K. and Beer A. C., Academic Press, Vol. 3, 1967, p. 96
6.Pankove J. I., Phys. Rev., 140. A2059 (1965).
