WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Во второй главе приведены данные об исследуемых образцах, Рис. 1. Изображение в сканирующем электронном микроскопе образца ЩКС, описаны методики экспериментов, а полученного методом глубокого реактивного также изложены модели, в рамках ионного травления.

которых проводился анализ полученных экспериментальных данных. В разделе 2.1 рассмотрена методика формирования ЩКС методами анизотропного химического травления в растворе КОН и глубокого реактивного ионного травления в плазме SF6 (см. рис. 1). Параметры подложек, используемых для формирования ЩКС, а также структурные характеристики исследованных образцов, приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Структурные параметры образцов ЩКС.

Толщина Период Толщина Глубина кремниевой Пористость Подложка структуры щели dair, щелей h, стенки dSi, p, % А, мкм мкм мкм мкм Анизотропное жидкостное химическое травление c-Si:B 4 – 7 1 – 4.7 1.3 – 5.4 32 – 77 15 – (=1-10 Ом·см) c-Si:B 4 – 7 2 – 4.7 1.3 – 4.4 32 – 63 65 – (=25-45 мОм·см) c-Si:As 4 – 7 2 – 2.6 2 – 4.4 50 – 63 (=1-10 мОм·см) Глубокое реактивное ионное травление c-Si:As 8 – 24 2.3 – 7 5.7 – 17 66 – 72 (=10 Ом·см) В разделе 2.2 изложена методика изготовления многослойных кремниевых структур на основе ПК, которые формировались посредством электрохимического травления подложки c-Si:B c удельным сопротивлением 10–20 мОм·см в электролите на основе плавиковой кислоты (HF 48 %) с этанолом (C2H5OH), взятых в соотношении 1:1. При этом в процессе травления происходило периодическое изменение плотности тока травления для формирования многослойной структуры с периодическим чередованием слоев различной пористости. Структурные параметры и обозначения исследованных многослойных структур на основе ПК приведены в Таблице 2. В разделе 2.рассматривается процесс наноструктурирования ЩКС. Для изготовления образцов было использовано химическое травление, которое происходило в смеси азотной (HNO3 70%), плавиковой (HF 48%) и уксусной Таблица 2. Параметры образцов многослойных структур на основе ПК.

Плотности Геометрия Показатели Количетоков Толщины Центр ФЗЗ, Образец эксперимен- преломления ство пар травления, слоев, нм см-1 (мкм) та слоёв слоев мА/см j1=10 n1 = 2.53 d1 = 100 ФК-1 отражение j2=40 n2 = 2.32 d2 = 110 (1.177) j1=10 n1 = 2.53 d1 = ФК-2 отражение 15 10000 (1) j2=40 n2 = 2.32 d2 = j1=20 n1 = 2.49 d1 = 96 ФК-3 пропускание j2=30 n2 = 2.39 d2 = 114 (1.022) (СH3COOH 99.8%) кислот. Перед травлением образцы предварительно окислялись в течение 15 минут в растворе серной кислоты (H2SO4 95%) и дистиллированной воды (H2O), взятых в соотношении 1:1. Время травления составляло от 0.5 до 3 минут. В результате получались структуры с пористым слоем на поверхности, который имел толщину 40 – 120 нм. В разделе 2.изложена методика измерений спектров КРС при возбуждении образцов лазерным излучением с длинами волн 0.488, 0.633 и 1.064 мкм. В разделе 2.описана методика измерения спектров пропускания (отражения) исследуемых образцов методами поляризационно-чувствительной ИК спектроскопии. Расчет показателей преломления образцов осуществлялся путем анализа интерференционной картины спектров пропускания (отражения) с учетом порядка интерференционного максимума по формуле: 2d n m, где m – целое число, d – толщина щелевого слоя. В разделе 2.6 рассмотрена методика измерения спектров ФЛ для исследуемых образцов. В качестве источников возбуждающего излучения использовались: 1) импульсный N2-лазер (энергия квантов h = 3.7 эВ); 2) непрерывный Ar+ лазер (энергия квантов h = 2.55 эВ);

3) непрерывный Nd:YAG лазер (энергия квантов h = 1.17 эВ). В разделе 2.описан метод измерения спектров ЭПР для образцов ЩКС. Измерения проводились на ЭПР–спектрометре BRUKER ELEXSYS 500 (рабочая частота 9.5 ГГц - X-диапазон, чувствительность 51010 спин/Гс). В разделе 2.8 приведен метод характеристических матриц, используемый для расчета спектров пропускания (отражения) многослойных структур на основе ПК. Дано обоснование использования данного метода, а также приведены рамки его применимости. В разделе 2.9 изложены основные подходы для расчета оптических характеристик ЩКС и показана обоснованность применения модели эффективной среды и модели Друде-Лоренца, описывающей взаимодействие свободных носителей заряда со светом. Также представлены результаты расчета дисперсии эффективных показателей преломления и коэффициентов поглощения ЩКС в дальнем ИК диапазоне спектра с учетом влияния СНЗ. Помимо этого, рассмотрено изменение величины двулучепреломления ЩКС при изменении пористости структуры для ЩКС с различной концентрацией СНЗ.

Третья глава посвящена исследованию КРС в кремниевых микроструктурах. В разделе 3.1 представлены экспериментальные данные и их теоретический анализ для КРС в многослойных структурах на основе ПК. В рамках квазистатического приближения, когда потери на поглощение невелики, величина интенсивности КРС определяется дисперсией линейных оптических характеристик структуры [6]:

eff I ( ) ~ R, (1) где eff = (n2 -1)/4 – эффективная диэлектрическая проницаемость структуры, eff neff – эффективный показатель преломления структуры.

Величина эффективного показателя преломления многослойной структуры на основе ПК является в общем случае комплексной величиной и претерпевает сильные изменения на краю ФЗЗ. Действительная часть neff определяется следующим выражением [12]:

Re neff, (2) 2 L где – разность фаз падающей на структуру и прошедшей через нее волн, – длина волны света, L – толщина многослойной структуры.

В работе установлено, что полученные образцы многослойных структур на основе ПК обладали свойствами ФК, спектр отражения которых хорошо описывается теоретической 1.зависимостью, рассчитанной 0. посредством метода характеристических матриц.

0.Поскольку эффективная 0.диэлектрическая проницаемость ФК резко 0.изменяется на границах ФЗЗ, 0 5 10 15 Угол падения, градус то зависимость eff()/ Рис. 2. Зависимость интенсивности стоксовой имеет ярко выраженные компоненты КРС для образца ФК-1 от угла падения излучения накачки. На вставке изображена максимумы, соответствующие геометрия эксперимента.

границам ФЗЗ. Посредством изменения угла падения излучения на образец в работе осуществлялось плавное изменение функции eff(), что приводило к изменению эффективности КРС на частоте 520.5 см-1, соответствующей рассеянию на TO-фононах в c-Si (см. рис.

2). Установлено, что максимум интенсивности КРС достигался при угле падения, соответствующем максимальному значению величины |eff()/|, что в соответствии с соотношением 1.(1) приводило к росту - ЩКС 0.8 - c-Si интенсивности сигнала КРС.

В разделе 3.0.представлены результаты 0.исследования КРС в ЩКС, полученных различными 0.xметодами. Обнаружено, что в 0.образцах ЩКС наблюдается -530 -520 -510 510 520 многократное увеличение, см-интенсивности сигнала КРС по Рис. 3. Спектры КРС ЩКС, полученной методом анизотропного жидкостного химического сравнению с подложкой c-Si травления, и подложки c-Si при возбуждении излучением с = 1.064 мкм.

(см. рис. 3). Было проведено S I, отн. ед.

Интенсивность, отн. ед.

исследование КРС в ЩКС при возбуждении как видимым светом ( = 0.мкм, 0.632 мкм), так и при возбуждении ИК излучением ( = 1.064 мкм). Для ЩКС, полученных методом жидкостного химического травления, при возбуждении видимым светом, наблюдался относительно слабый (~ 25 %) рост интенсивности сигнала КРС по сравнению с подложкой c-Si. Тогда как для образцов, полученных методом реактивного ионного травления, имело место увеличение интенсивности сигнала КРС примерно в 4 раза. Такое различие можно объяснить наличием в ЩКС, полученных методом жидкостного химического травления, периодически расположенных широких (~20 мкм) непротравленных полос c-Si. Для ЩКС, полученных методом ионного травления, при возбуждении видимым светом наблюдается линейный рост интенсивности стоксовой компоненты КРС с уменьшением толщины кремниевой стенки. Такое изменение интенсивности стоксовой компоненты можно объяснить увеличением эффективного объема среды, взаимодействующего с излучением, при уменьшении толщины кремниевой стенки.

При возбуждении ИК излучением усиление сигнала КРС в ЩКС по сравнению с подложкой c-Si оказывается практически одинаковым для образцов, изготовленных различными методами. Для исследуемых структур наблюдается многократный (~ 8 раз) рост интенсивности линий КРС по сравнению с подложкой c-Si, который обусловлен эффектами слабой локализации излучения в кремниевых стенках, в результате чего происходит увеличение объема вещества, взаимодействующего с излучением накачки.

Помимо этого, в ЩКС наблюдается анизотропия сигнала КРС при возбуждении излучением с поляризацией параллельной и перпендикулярной кремниевым слоям в образцах. Данная анизотропия может быть объяснена как различием коэффициентов поглощения, так и разными коэффициентами отражения для возбуждающего излучения с различной поляризацией.

В разделе 3.3 приведены экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что в ЩКС при возбуждении излучением с = 1.064 мкм имеет место слабая локализация излучения в кремниевых слоях, которые играют роль плоских волноводов для возбуждающего, отраженного и рассеянного света. Установлено, что отношение интенсивностей стоксовой и антистоксовой компонент КРС значительно возрастает при увеличении длины волны возбуждающего света с 0.488 до 1.064 мкм. Рост данного отношения для ЩКС трудно объяснить лишь разностью коэффициентов поглощения стоксовой и антистоксовой компонент, что подтверждает гипотезу о слабой локализации излучения в ЩКС. Также данная гипотеза подтверждается поляризационными зависимостями интенсивности сигнала стоксовой компоненты КРС от угла поворота поляризации возбуждающего излучения. В отличие от подложки c-Si, для которой имеет место определенная поляризационная зависимость, для ЩКС наблюдается полная изотропизация поляризационной зависимости интенсивности стоксовой компоненты КРС.

Экспериментально измеренная зависимость интенсивности стоксовой компоненты КРС от глубины ЩКС имеет вид прямой пропорциональности, что подтверждает предположение о слабой локализации излучения в кремниевых слоях. Действительно, при увеличении глубины ЩКС происходит увеличение эффективного пути, который проходит излучение. Еще одним доказательством, подтверждающим эффект слабой локализации излучения в кремниевых стенках, является обнаруженное в работе монотонное уменьшение интенсивности стоксовой компоненты КРС с ростом показателя преломления вещества, заполняющего щели.

В разделе 3.4 представлены данные по КРС веществ, внедренных в щели ЩКС. Исследование КРС веществ, конденсированных в щели ЩКС, обнаружило многократное (10 - 20 раз) увеличение интенсивности сигнала рамановского рассеяния света на локальных колебаниях молекул, помещенных в образцы ЩКС, как при возбуждении видимым излучением, так и при возбуждении ИК излучением (см. рис. 4). Такое увеличение интенсивности линий КРС для веществ, размещенных в ЩКС, обусловлено многократным увеличением эффективного объема вещества, взаимодействующего с излучением. Данный эффект 1.992 см-C6Hувеличения эффективности 0.8 КРС на колебательных модах 0.молекул, помещенных в щели 3060 см-щелевой микроструктуры, 0.открывает возможность 0.использования таких структур x x 0.для построения 980 1000 3000 3040 высокочувствительных, см-сенсоров на молекулы с Рис. 4. Спектры КРС бензола, конденсированного в ЩКС (1), и его объемной фазы (2) при оптическим методом возбуждении светом с длиной волны 1.064 мкм.

Стрелками указаны положения основных линий считывания информации.

КРС бензола.

В разделе 3.5 произведен анализ данных по КРС в ЩКС с различной концентрацией СНЗ в кремниевых слоях при возбуждении излучением с = 1.064 мкм. В работе обнаружена практически линейная зависимость интенсивности сигнала КРС от логарифма концентрации СНЗ (NСНЗ) в кремниевых слоях в диапазоне 1.от 1015 до 1019 см-3 (см. рис. 5).

0.Наблюдаемое уменьшение интенсивности сигнала 0.рамановского рассеяния света 0.с ростом NСНЗ может быть 0.обусловлено как увеличением коэффициента поглощения 0.света на СНЗ, так и эффектом 1015 1016 1017 1018 NСНЗ, см-Фано (при NСНЗ > 1018 см-3).

Рис. 5. Зависимость интенсивности стоксовой Это позволяет использовать компоненты КРС в ЩКС от логарифма концентрации свободных носителей заряда в КРС в качестве бесконтактного щелевой структуре при возбуждении излучением с длиной волны 1.064 мкм.

метода для определения Интенсивность, отн. ед.

S I, отн. ед.

концентрации СНЗ в щелевых кремниевых микроструктурах.

В разделе 3.6 обсуждается зависимость интенсивности КРС в кремниевых микроструктурах от интенсивности излучения накачки.

Обнаружено, что как для многослойных структур на основе ПК, так и для ЩКС имеет место линейная зависимость интенсивности стоксовой компоненты КРС от интенсивности излучения накачки. Это говорит о том, что в этих структурах режим вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) не достигается, а реализуется режим спонтанного КРС. Возможно, это связано с тем, что в исследуемых структурах рост величины компонент тензора рамановского рассеяния был недостаточным для компенсации потерь и реализации режима ВКР.

В четвертой главе представлены результаты исследования межзонной ФЛ и ее поляризационных характеристик для ЩКС, а также влияния обработки поверхности на скорость поверхностной рекомбинации в таких структурах.

Кроме этого, проведено исследование влияния равновесных и неравновесных СНЗ на величину эффективных показателей преломления и двулучепреломления в ЩКС.

В разделе 4.1 приведены экспериментальные данные по межзонной ФЛ и ее поляризационным зависимостям для ЩКС при возбуждении излучением с = 1.064 мкм. Было обнаружено, 1. - ЩКС что для ЩКС интенсивность - c-Si 0.сигнала ФЛ приблизительно в 0.10 раз выше, чем для подложки c-Si (см. рис. 6). Такой рост 0.интенсивности сигнала ФЛ для 0.ЩКС можно объяснить как 0.уменьшением скорости 1.0 1.1 1.Е, эВ поверхностной рекомбинации, Рис. 6. Спектры межзонной ФЛ для ЩКС (A = так и многократным мкм, h = 30 мкм) и подложки c-Si при возбуждении излучением с длиной волны 1.064 мкм.

возрастанием объема вещества, ФЛ I, отн. ед.

взаимодействующего с излучением накачки, вследствие эффекта слабой локализации излучения в кремниевых слоях. Эксперименты показали, что межзонная ФЛ в ЩКС имеет преимущественную поляризацию вдоль направления, определяемого ориентацией кремниевых слоев в структуре, что объясняется эффектом анизотропии формы.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»