WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Ширина минимума + больше в образцах 1 и 3 и меньше в образце 2, что обусловлено различным числом смешанных фононных мод, участвующих в формировадолжны быть активными в RS-спектрах и не участвовать нии ±. Необходимо отметить, что в пористых слоях в процессах поглощения квантов света инфракрасного формально должны существовать несколько мод типа диапазона длин волн [7]. Это справедливо в случае +, что объясняется фактом участия в их образовании полной пассивации всех „оборванных“ поверхностных целого ряда смешанных LO-TO-колебаний. Здесь слесвязей — например, если все поверхностные атомы дует оговориться, что все сказанное справедливо в том теллура участвуют в образовании химических связей случае, если при переходе от объемного полупроводника с атомами кислорода. На практике не всегда удается к его пористой модификации остается неизменным знасформировать НК, поверхность которых идеальна в этом чение плазменной частоты p, что не вполне очевидно.

смысле. Вероятно, этим можно объяснить ИК активПри увеличении частоты комбинированных колебаний ность указанных мод, хотя, строго говоря, речь идет со стороны TO минимум -, также обусловленный уже о поверхностных фононах. Они должны проявляться смешанными плазмон-фононными колебаниями, должен на частотах F 74-76 см-1. В экспериментальных сместиться в область меньших длин волн. В спектрах оптических спектрах наблюдаются дополнительные осоR() образцов пористого PbTe хорошо видно появлебенности в этом частотном диапазоне.

ние подобных глубоких длинноволновых минимумов в На рис. 3, a представлены спектральные зависимости субмиллиметровой области ( 30-36 см-1), которые мнимой части () эффективной диэлектрической просоответствуют модам колебаний -. Положение - в ницаемости () = () +i () и функции Im(-1/) случае образца 2 сдвинуто влево на 4.5 см-1 по сравобразца 2 пористого PbTe, а на рис. 3, b — аналонению с образцами 1 и 3, что согласуется с величиной гичные спектры для образца 3. Частоты, на которых спектрального сдвига +.

располагаются экстремумы спектральных зависимостей, В оптических FTIR-спектрах могут частично прояв- соответствуют частотам основных оптических фононов, ляться моды фрелиховского типа с угловым моментом, участвующих в формировании спектра отражения обравным нулю. Они не относятся к модам смешанного ти- разца por-PbTe. Следует иметь в виду, что в пределе па, состоят из ограниченных объемом кристаллита про- размерного квантования разделить вклад в указанные дольных колебаний. Подобные колебания в чистом виде зависимости от продольных и поперечных оптических Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Смешанные оптические моды колебаний в нанокристаллитах PbTe Спектральное положение основных экстремумов экспериментальных зависимостей () и Im(-1/) образцов 2, 3 por-PbTe и теоретические значения частот смешанных фононных колебаний для нанокристаллитов PbTe с R0 = 2.6 и 4.1 нм Образец 2 Образец Im(-1/) () Расчет, R0 = 2.6нм Im(-1/) () Расчет, R0 = 4.1нм 31.0 32.8 32.7-33.0 33.4 32.7 31.6-34.40.1 41.9 37.4-39.7 42.3 40.7 41.4-42.45.0 47.4 47.9 59.1 54.6 52.2-54.57.6 56.1 53.4-57.8 76.6 58.5 65.64.1 60.3 65.8 87.5 63.8 82.– 65.7 68.5 91.0 – 93.1-93.86.5 88.7 84.0-86.6 99.3 – 100.6-100.92.9 – 97.8-100.6 – – – Примечание. Значения частот даны в см-1.

фононов не представляется возможным, так как (это ца 2 удовлетворительное согласие можно получить, если уже отмечалось ранее) необходимо принимать во вни- предположить, что средний радиус НК, формирующих мание решеточные колебания смешанного типа. Подоб- наномасштабный рельеф пористого слоя, составляет ные фононные моды располагаются в основном при R0 2.6 нм, в случае образца 3 — R0 4.1нм.

длинах волн, отмеченных на рис. 3 цифрами 1–4. Из Применяя к спектру R() комбинированный подход, приведенного рисунка можно видеть появление дополвключающий в себя соотношения Крамерса–Кронига и нительных экстремумов в спектральных зависимостях метода дисперсионных осцилляторов, можно получить () и Im(-1/), которые не наблюдаются в случае формальные значения параметров затухания j и сил объемного монокристаллического PbTe (рис. 4), когда осцилляторов смешанных фононных колебаний. В реимеет место лишь один пик, обусловленный смешанной зультате проведенного расчета для образцов 2 и плазмон-фононной модой +. Первый пик в Im(-1/) por-PbTe было установлено, что j принимают значе(рис. 3, a, b) обязан своим появлением ограниченному ния, лежащие в пределах от 5 до 11 для решеточных LO-фонону в por-PbTe. В свою очередь со стороны мод. В области частот, где форма зависимости R() меньших энергий, на частотах 30-32 см-1, имеется обусловлена модами типа + j ( 180 см-1), т. е. смемаксимум на зависимости (), происхождение которошанными плазмон-фононными колебаниями, параметр го связано с TO-фононными модами. Частичное сохранеj = 22-47, что может указывать на значительное проние формы спектральной зависимости R() обусловлено структурой слоя por-PbTe: нанокристаллиты расположе- явление ангармонизма (сильного электрон-фононного ны на фоне микрокристаллического (крупномасштабно- взаимодействия). В то же время такие параметры, как го) рельефа. Как правило, в слоях пористых полупровод- силы осцилляторов указанных колебаний, оказываются ников дисперсия в значениях среднего радиуса НК (R0) близкими по величине практически для всех смешанных весьма существенна. Этот факт является следствием LO-TO-мод.

отрицательного градиента пористости по глубине слоя.

Подобная картина наблюдается и в случае пористого кремния. Дисперсию можно уменьшить, определенным образом изменяя кинетику процесса ионного обмена непосредственно на границе протекания реакции электрохимического травления [13], либо используя иные технологические приемы для получения нанокристаллических полупроводниковых структур [14]. В нашем случае затянутость в сторону меньших длин волн пика на экспериментальной зависимости Im(-1/) образца можно объяснить вкладом в R() от НК большего размера.

В таблице приведено спектральное положение основных экстремумов зависимостей () и Im(-1/) для образцов 2 и 3 por-PbTe. Сравнивая эти данные с результатами расчета, представленными на рис. 1, можно попытаться оценить средний радиус НК, формирующих Рис. 4. Спектральная зависимость Im(-1/) исходной пластимелкомасштабный рельеф пористого слоя. Для образ- ны объемного монокристаллического PbTe (подложка).

5 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 706 А.И. Белогорохов, Л.И. Белогорохова, Д.Р. Хохлов, С.В. Лемешко упоминалось о глубоком минимуме на зависимости R() объемного PbTe, который, как и в случае RS, обязан своим происхождением смешанным плазмонфононным модам. Следует обратить внимание на тот факт, что в RS-спектрах por-PbTe интенсивность пика на частоте 183 см-1 уменьшается по сравнению с аналогичным пиком в исходном объемном PbTe, что может быть связано с уменьшением силы осцилляторов чисто продольных LO-колебаний в пористом слое.

Из рис. 6 можно видеть появление целого ряда пиков, обозначенных стрелками, которые отсутствуют в RS-спектрах исходного объемного PbTe. Тот факт, что они стали активными модами в процессах рассеяния Рис. 5. Экспериментальный и восстановленный с помощью света, можно объяснить, если принять во внимание, что дисперсионного подхода спектр R() образца 2 por-PbTe.

в случае por-PbTe они представляют собой смешанные LO-TO-фононные колебания в объеме нанокристаллита, что в свою очередь приводит к изменению для них правил отбора. Спектральное положение указанных Корректность полученных значений можно оценить пиков оказалось близким к значениям частот FTIR-акпо данным, приведенным на рис. 5, где показаны как тивных мод, приведенным в таблице. Подобное совэкспериментальная, так и рассчитанная зависимости падение можно рассматривать как доказательство того R() для образца 2 por-PbTe. Наблюдается удовлетвофакта, что природа обсуждаемых колебательных мод рительное согласие между ними.

действительно изменилась. Из чисто продольных или поперечных они стали в той или иной мере смешан5. Комбинационное рассеяние света ными, что и предопределило их активность и в RS-, и в FTIR-спектрах.

Рамановские моды 1-го порядка в материалах, имеющих кристаллическую структуру типа NaCl (относящуюся к пространственной группе симметрии Oh), не активны, т. е. не проявляются в спектрах комбинационного рассеяния света. Тем не менее при наличии или под влиянием определенных условий (ян-теллеровская неустойчивость кристаллической решетки, локальные нарушения симметрии, рассеяние квантов света на продольных оптических фононах с отличным от нуля квазиволновым вектором, q = 0, наличие в кристалле вну тренних электрических полей, связанных с встроенными полупроводниковыми переходами, и др.) в RS-спектрах PbTe могут появиться активные резонансные моды, в том числе отвечающие и оптическим фононам.

В неполяризованных спектрах комбинационного рассеяния света в образцах пористого PbTe, полученных при комнатной температуре, в числе прочих наблюдаются пики на частотах 68, 126 и 143 см-1, которые имеют место и в RS-спектрах монокристаллических образцов и относятся к колебательным модам тонкого слоя TeO2, присутствующего на поверхности PbTe [15].

На рис. 6 приведены RS-спектры образцов 2 и 3, а также обозначено положение мод, соответствующих основным резонансным колебаниям. На вставке к рисунку помещен участок спектра объемного PbTe. Наряду с двумя пиками ( = 120-145 см-1), появление которых связано с рассеянием квантов света в поверхностном слое TeO2, хорошо виден интенсивный пик, расположенный Рис. 6. Спектры комбинационного рассеяния света в образцах на частоте 183 см-1, обусловленный плазменными por-PbTe. 2 — образец 2, 3 — образец 3. На вставке — участок колебаниями. Ранее, при обсуждении FTIR-спектров, RS-спектра объемного кристалла PbTe.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Смешанные оптические моды колебаний в нанокристаллитах PbTe кристаллиты, значения среднего радиуса которых колеблются в пределах 2.0-3.0 нм. Анализ двумерного изображения поверхности образца 2 por-PbTe, результаты которого представлены на рис. 8, позволяют сделать похожие выводы относительно значений среднего размера НК: R0 2.1-2.2 нм. Сравнивая данные FTIR(см. таблицу) и AFM-измерений, можно видеть их удовлетворительное согласие.

7. Заключение Обнаружено, что в спектрах отражения в дальней инфракрасной области (20-700 см-1) и комбинационного Рис. 7. Трехмерное AFM-изображение участка поверхности рассеяния света в образцах пористого теллурида свинца образца 2 por-PbTe.

присутствуют дополнительные моды колебаний, не наблюдающиеся в оптических спектрах объемного PbTe.

Форма полученных спектральных зависимостей значительно отличается от наблюдаемой в случае объемного монокристаллического PbTe. Количество и спектральное положение дополнительных колебательных мод удовлетворительно согласуется с теоретическими расчетами, выполненными в рамках макроскопической модели диэлектрической среды с учетом граничных условий на поверхности нанокристаллитов. Использование данной модели предоставляет возможность провести расчет значений частот смешанных фононных мод в квантовых точках при взаимном рассмотрении амплитуды смещений атомов и вызванного этим изменения электростатического потенциала [6]. Полученные экспериментальные результаты позволяют сделать вывод о смешанном LO-TO-характере обнаруженных дополнительных мод колебаний. Это следует, в частности, из того факта, что они активны и в FTIR-спектрах, и в спектрах комбинационного рассеяния света. С помощью методов атомно-силовой микроскопии проведена оценка значения среднего радиуса квантовых точек, формирующих нанорельеф пленки пористого PbTe. Получено удовлеРис. 8. Двумерное изображение рельефа поверхности образца 2 por-PbTe. творительное согласие между данными FTIR-, RS- и AFM-экспериментов.

Учитывая, что модельные расчеты были проведены авторами работы [6] в рамках определенных приближе6. Атомно-силовая микроскопия ний макроскопической модели, а также то, что форма реальных кристаллитов, составляющих слой пористого С помощью методов атомно-силовой микроскопии теллурида свинца, не является строго сферической, можно говорить о хорошем согласии расчетных и экспе(AFM) были получены данные о структуре поверхности образцов пористого PbTe. Результаты подобных исследо- риментальных данных.

ваний для образца 2 por-PbTe показаны на рис. 7 и 8.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 01На первом из них, в правой его части, представлена 02-16356).

шкала, позволяющая провести оценку среднего размера НК, составляющих тот или иной участок поверхности.

Из рис. 7 можно видеть, что на фоне микрокристалСписок литературы литов достаточного большого размера (большого — по меркам проявления эффектов размерного квантования), [1] А.И. Белогорохов, В.А. Караванский, А.Н. Образцов, образующих поверхностный микрорельеф, выделяются В.Ю. Тимошенко. Письма ЖЭТФ, 60, 262 (1994).

пространные области, нанорельеф которых формируют [2] H. Fu, V. Ozoli, A. Zunger. Phys. Rev. B, 59, 2881 (1999).

5 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 708 А.И. Белогорохов, Л.И. Белогорохова, Д.Р. Хохлов, С.В. Лемешко [3] В.В. Мамутин, В.П. Улин, В.В. Третьяков, С.В. Иванов, Coupled vibrational modes of PbTe С.Г. Конников, П.С. Копьев. Письма ЖТФ, 25 (1), 3 (1999).

nanocrystallites [4] А.Д. Ахсахалян, Ю.Н. Бузынин, Н.В. Востоков, Д.Н. ГапоA.I. Belogorokhov, L.I. Belogorokhova, нова, С.А. Гусев, Ю.Н. Дроздов, Б.Н. Звонков, В.И. ШашD.R. Khokhlov, S.V. Lemeshko† кин. Матер. IX Нац. конф. по росту кристаллов (М., ИК РАН, 2000).

Institute of Rare Metals, [5] S. Nomura, T. Kobayashi. Phys. Rev. B, 49, 13 704 (1992).

109017 Moscow, Russia [6] E. Roca, C. Trallero-Giner, M. Cardona. Phys. Rev. B, 51, Physics Departament, Moscow State University, 1680 (1995).

119899 Moscow, Russia [7] T.D. Krauss, F.W. Wise, D.B. Tanner. Phys. Rev. Lett., 75, † State F.V. Lukin’s Institute of Physical Problems (1996).

(NT-MDT Co.), [8] M.K. Norr. J. Electrochem. Soc., 109, 433 (1962).

[9] Е.А. Виноградов, И.И. Хаммадов. Спектроскопия объем- Zelenograd, Russia ных и поверхностных фононов кристаллов (Ташкент, Фан, 1989).

Abstract

Far-infrared reflectivity spectra (20-700 cm-1) and [10] Ю.И. Равич, Б.А. Ефимова, И.А. Смирнов. Методы исRaman scattering spectra of porous PbTe have been investigated.

следования полупроводников в применении к халькогеThe shape of spectral dependencies obtained drastically differs нидам свинца PbTe, PbSe, PbS (М., Наука, 1968).

from those in the case of bulk PbTe. Additional vibrational [11] N. Romcevic, M. Romcevic, D.R. Khokhlov, A.I. Belogomodes to transverse (TO) and longitudinal (LO) phonons of the rokhov, I.I. Ivanchik, W. Konig. Infr. Phys. Technol., 40, bulk PbTe were found. Their number as well as frequencies (1999).

Pages:     | 1 || 3 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.