WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 7 Оптические свойства дефектного селенида индия © В. Вал. Соболев¶, В.В. Соболев Удмуртский государственный университет, 426034 Ижевск, Россия (Получена 23 декабря 2002 г. Принята к печати 27 декабря 2002 г.) Получены спектры полных комплексов оптических функций - и -In2Se3 в области 0-20 эВ. Расчеты выполнены на основе экспериментальных спектров отражения при помощи метода Крамерса-Кронига. Дан анализ особенностей спектров оптических функций обеих фаз. На основе метода объединенных диаграмм Арганда спектры диэлектрической проницаемости и характеристических потерь электронов разложены на элементарные поперечные и продольные компоненты. Определены их основные параметры переходов.

Структура компонент сопоставлена со структурой ожидаемого спектра межзонных переходов.

1. Введение Задача определения параметров тонкой структуры спектров поперечных оптических переходов (энергии Ei В соединениях группы AIIIBVI треть катионных узлов максимума и полуширины Hi, высоты Ii и площади Si 2 3 вакантна. Это существенно отличает их по природе и полос, силы осцилляторов f ) обычно решается одним i величине межатомных сил связей от других бинарных из двух методов: 1) методом воспроизведения интеполупроводников. Для многих из них известно несколько гральной кривой спектра 2(E) набором лоренцовских модификаций с упорядочением вакансий или без него [1].

осцилляторов с большим количеством подгоночных паЭлементарная ячейка некоторых из них содержит боль- раметров 3N, доходящим до 30 при N = 10, 2) методом шое количество атомов: например, для гексагональных объединенных диаграмм Арганда также в классической фаз In2Se3 —32 () и 6 ().

модели лоренцовских осцилляторов, но без подгоночСобственная дефектность, возможные большие откло- ных параметров, благодаря одновременному анализу нения от стехиометрии, содержание значительных кон- спектров 2(E) и 1(E). Аналогично рассчитываются центраций посторонних примесей и всевозможных на- параметры продольных компонент переходов по спектрушений идеальности структуры решетки, политипия — рам -Im -1 и Re -1.

все это существенно усложняет энергетические уровни Использованные в работе методы расчетов полного и оптические спектры фаз группы AIIIBVI. Поэтому для комплекса оптических функций и разложения интеграль2 них особенно важны исследования оптических спектров ных спектров 2 и -Im -1 на элементарные поперечные в широкой области энергии собственного поглощения.

и продольные компоненты подробно изложены в [2,3] и Наиболее полную информацию об особенностях обсуждены в [4–7].

электронной структуры содержит обширный комплекс из большого количества фундаментальных оптических 3. Результаты расчетов функций [2]: коэффициенты отражения (R) и поглощеи их обсуждение ния (µ); показатели преломления (n) и поглощения (k);

действительная (1) и мнимая (2) части диэлектриДлинноволновое краевое поглощение монокристаллов ческой проницаемости; реальные и мнимые части объемIn2Se3 измерено в области 1-1.3эВ [8], ных (-Im -1, Re -1) и поверхностных (-Im (1 + )-1, 1.2-1.4эВ [9]. При 300 K значения Egd равны 1.22 () Re (1 + )-1) потерь электронов и др.

и 1.17 эВ () [8], 1.31 () и 1.35 эВ () [9]; E = Цель настоящего сообщения состоит в получении = Egd() - Egd() 0.05 эВ.

спектров полных комплексов фундаментальных оптиСпектры отражения сколов при 300 K изучены в ческих функций кристаллов - и -In2Se3, определении области 1-12.5эВ [10–14] и 1-5.7эВ [8]. Данные обеих полных наборов переходов и их параметров, а также серий работ в области 1-5.7 эВ в основном согласуются.

теоретическом анализе полученных данных.

Нами на основе экспериментальных спектров R(E) - и -In2Se3 работ [10–14] рассчитаны полные комп2. Методики расчетов лексы фундаментальных оптических функций в области 0-20 эВ; в области 12.5-20 эВ применена наибоНаиболее распространенный метод получения комплее принятая экстраполяция R(E) =R(12.5эВ) · (12.5)p, E лекса оптических функций состоит в расчетах по с подгоночным параметром p около 4. На рис. 1, специальным программам на основе известного экспеприведены спектры семи оптических функций.

риментального спектра отражения в широкой области Экспериментальный спектр отражения -In2Se3 соэнергии с помощью интегральных соотношений Крадержит пять максимумов и две ступеньки (рис. 1, мерса-Кронига и простых аналитических формул.

табл. 1). В расчетных спектрах n и 1 положения ¶ E-mail: sobolev@uni.udm.ru первых двух структур № 1 и 2 совпадают со структуОптические свойства дефектного селенида индия Рис. 1. Экспериментальный спектр R (1) и расчетные спектры n (2), 1 (3) (a); 2 (1), k (2), µ (3), E22 (4) (b) кристалла -In2Se3.

рами R, а последующие структуры смещены в область Максимумы очень широких и интенсивных поменьших энергий на 0.1 (№3, 7), 0.1-0.2 (№4), лос объемных и поверхностных плазмонов находятся 0.3-0.4эВ (№5, 6). При этом интенсивность n и 1 в при 12.6 и 11.5 эВ.

области E > 4.6 эВ сильно падает. Все структуры R(E) Экспериментальный спектр R(E) и рассчитанные с наблюдаются в спектрах k, µ, 2, E22, -Im -1, его помощью остальные оптические функции кристал-Im (1 + )-1, за исключением №4 для µ. По энергии ла -In2Se3 аналогичны спектрам оптических функций все структуры k, µ, 2 совпадают и смещены в область -In2Se3 (рис. 2, табл. 1). Структуры R(E) -In2Seбольших энергий относительно R(E) на E 0.1эВ.

смещены относительно R(E) -In2Se3 в область меньСмещение структур спектра потерь относительно 2(E) ших энергий на 0.3-0.4 эВтолько для трех основных очень мало (№1-5, 7) или 0.6 (№6), 1.5 эВ (№5).

компонент № 2, 3, 7. В спектрах k, µ, 2, -Im -1, -Im (1 + )-1 -In2Se3 наблюдается дополнительный В области прозрачности R 0.28, n 3.27 и очень слабый максимум при 1.22 эВ, т. е. на 0.05 эВ 1 10.7, а при 20 эВ 0.03, 1.4 и 1.99; их больше Egd.

наибольшие значения получены в максимумах № (R 0.47), № 3, 4 (n 4.7, 1 20). Максимальные Большое сходство между спектрами оптических функвеличины k, µ, 2 наблюдаются в максимуме № 5: ций обеих фаз In2Se3 объясняется слабыми различиями k 2.4, µ 1.4 · 106 см-1 и 2 17. в детальной структуре их гексагональных решеток. Оп2 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 786 В. Вал. Соболев, В.В. Соболев Рис. 2. Экспериментальный спектр R (1) и расчетные спектры n (2), 1 (3) (a); 2 (1), k (2), µ (3), E22 (4) (b) кристалла -In2Se3.

Таблица 1. Энергии (эВ) максимумов и ступенек (в скобках) спектров оптических функций, а также энергии (эВ) и локализация переходов в точках зоны Бриллюэна (, M, L, A, K, H) по [15,16] кристаллов - и -In2Se1 2 3 4 5 6 N R 2.53 2.55 (3.7) 3.35 4.32 3.90 4.90 4.90 5.55 5.50 7.4 (7.35) (10.3) (9.6) n 2.51 2.50 (3.7) 3.40 4.20 3.90 4.77 4.65 (5.2) (6.0) (7.15) (7.2) (10.3) (9.5) 1 2.51 2.50 (3.7) 3.35 4.25 3.85 4.72 4.55 (5.2) (5.3) 7.0 6.9 (10.2) (9.6) k 2.65 2.67 3.80 (3.5) (4.40) (4.10) (4.9) 5.2 5.6 5.8 7.48 7.45 (10.2) µ 2.65 2.67 3.80 (3.5) (4.40) (4.10) - 5.1 5.7 5.8 7.6 7.55 (10.2) (10.0) 2 2.65 2.67 3.80 (3.5) (4.40) (4.10) (4.9) 4.95 5.45 5.4 7.4 (7.3) (10.2) -Im -1 2.67 2.5 3.80 3.53 4.35 4.15 (5.0) (5.3) (6.9) (6.4) (8.0) - (10.2) [15], M, A M, L H, K, M, K, H K, L K, 3.0 3.8 4.3 4.9 5.6 7.5 10.[16], M, K, M, K, K, K, K, K 2.7 3.8 4.4 4.9 5.8 7.4 10.Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Оптические свойства дефектного селенида индия Таблица 2. Энергии максимумов полос Ei и полуширины Hi (эВ), высоты Ii и площади полос Si разложения 2 и -Im -1, энергии (эВ) и локализация полос в точках зоны Бриллюэна (, M, K) кристалла -In2Se3 по теории [15] и [16] Ei Hi Ii Si № [15] [16] 2 -Im (1/) 2 -Im (1/) 2 -Im (1/) 2 -Im (1/) 1 1.46 1.5 0.54 0.98 1.90 0.01 1.44 0.01 -, 1.2 2.66 2.74 0.89 0.35 3.46 0.01 4.37 0.01, 2.4, 2.8 M, 2.2 3.17 - 0.42 - 1.47 - 0.92 -, 3.0, 3.2, 3.3 3.54 3.58 0.35 0.28 4.08 0.01 2.15 0.01, 3.4, M, K, 3.3 3.8 - 0.40 - 1.85 - 1.12 -, M, L, 3.9, K, 4.4 4.28 4.44 0.54 0.47 7.06 0.02 5.77 0.01 M, 4.4, K, M, 4.5 4.84 5.04 0.87 0.61 13.51 0.02 17.38 0.02, M, K, 4.8, K, M, 4.6 5.42 5.6 0.60 0.36 7.07 0.02 6.39 0.01 K, 5.3;, 5.6, K, 5.7 6.2 6.4 0.83 1.24 6.57 0.08 8.19 0.15, 6.2, K, M, 6.8 7.18 7.04 0.75 0.35 4.75 0.02 5.43 0.01 M, L, 7.5, K, M, 7.9 7.7 8.06 0.41 1.66 1.35 0.15 0.85 0.36 M, L, 7.6, K, 7.10 8.26 8.66 0.74 0.47 3.12 0.04 3.53 0.03, L, 8.0 M, 8.11 - 9.2 - 0.50 - 0.06 - 0.04, M, K, 8.5, 9.11 9.32 9.44 0.91 0.96 2.52 0.01 3.49 0.02 M, L, 9.2 M, 9.12 - 9.66 - 0.66 - 0.03 - 0.02 M, 9.7 M, 9.12 - 9.9 - 0.20 - 0.01 - 0.01 K, 10.0, K, 10.13 10.4 10.44 0.72 1.42 1.76 0.13 1.96 0.29 K, L, 10.4, K, 10.14 11.44 11.36 0.65 0.75 1.44 0.05 1.45 0.05 K, M, 11.4, K, M, 11.14 - 12.56 - 3.15 - 0.24 - 1.09, M, 12.6 15 - 14.06 - 1.04 - 0.06 - 0.09, K, 13.7, 14.16 - 15.6 - 2.92 - 0.17 - 0.74, M, K, 15.5, 15.17 - 16.84 - 0.65 - 0.04 - 0.04 M, 16.8, 17.18 - 17.68 - 1.56 - 0.11 - 0.26, 17.5 Таблица 3. Энергии максимумов полос Ei и полуширины Hi (эВ), высоты Ii и площади полос Si разложения 2 и -Im -1, энергии (эВ) и локализация полос в точках зоны Бриллюэна (, M, L, K) кристалла -In2Se3 по теории [15] и [16] Ei Hi Ii Si № [15] [16] 2 -Im (1/) 2 -Im (1/) 2 -Im (1/) 2 -Im (1/) 1 2.66 2.74 0.82 0.43 2.23 0.02 2.63 0.01, 2.4, 2.8 M, 2.7;, 3.2 3.5 3.59 0.23 0.72 0.93 0.02 0.33 0.02, 3.4, M, K, 3.3 4.0 4.00 0.99 0.41 4.53 0.02 6.52 0.01, M, L, 3.8, K, 4.4 4.98 5.06 0.90 0.68 7.08 0.05 9.44 0.05, M, K, 4.8, K, M, 4.5 5.76 5.90 1.43 0.81 8.47 0.06 17.62 0.07 M, K, 5.8, K, M, 5.6 6.6 6.92 0.76 1.27 3.05 0.12 3.54 0.23 L, 6.6;, K, 6.9 M, 6.7 7.52 - 0.89 - 5.37 - 7.20 -, M, L, 7.5, K, 7.7 8.05 8.02 0.35 0.79 1.24 0.08 0.66 0.10, L, 8.0 M, 8.8 8.64 8.88 0.88 1.35 3.90 0.17 5.20 0.34, M, K, 8.5, K, 8.9 9.74 9.67 0.87 0.43 3.18 0.04 4.23 0.02 M, K, 9.8 M, 9.10 10.76 10.48 0.65 1.47 2.80 0.13 2.82 0.29, K, 10.7, K, 10.11 11.5 11.22 0.59 0.46 2.35 0.03 2.14 0.02, K, 11.6, K, M, 11.11 12.36 12.24 0.58 2.31 2.10 0.22 1.89 0.75, M, 12.6, 12.12 - 13.78 - 1.47 - 0.09 - 0.21, K, 13.7, 14.13 - 15.50 - 2.37 - 0.16 - 0.58, M, K, 15.5, 15.14 - 17.26 - 1.35 - 0.07 - 0.15, 17.5, 17.тическая ось C монокристаллов In2Se3 перпендикулярна обусловлены результатом суммирования всех отдельных плоскости сколов. Поэтому все спектры оптических многочисленных переходов из занятых состояний в функций - и -фаз получены для поляризации E c. свободные по всему объему зоны Бриллюэна.

Экспериментальная кривая отражения и рассчитанные На основе полученных нами спектров 2(E) и 1(E) по ней спектральные кривые других оптических функций обеих фаз In2Se3 было выполнено разложение 2(E) на 2 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 788 В. Вал. Соболев, В.В. Соболев элементарные компоненты и определены параметры Ei, димы теоретические расчеты спектров диэлектрической Hi, Ii и Si. Всего установлено 15 () и 13 () попе- проницаемости.

речных компонент полос переходов в области 1-13 эВ В настоящем сообщении впервые получены спектры (табл. 2, 3). Все компоненты сравнительно широкие: полных комплексов оптических фундаментальных функих полуширины находятся в интервале 0.4-0.9 () и ций кристаллов - и -In2Se3 в области 0-20 эВ; спект0.4-1.4эВ (). Самой интенсивной является компонен- ры диэлектрических проницаемостей и характеристита № 5. Компоненты № 7, 4, 8 () и № 4, 7, 3, 8 () ческих потерь электронов разложены на поперечные слабее в 2-3 раза. Самыми слабыми оказались полосы и продольные компоненты, определены их параметры №9, 2, 3 () и №2, 7 ().

и предложена схема их конкретной природы в модели Аналогично с помощью одновременного анализа прямых межзонных переходов. Эти результаты позвоспектров пар функций -Im -1 и Re -1 методом ляют существенно глубже и детальнее анализировать объединенных диаграмм Арганда были разложены спект- оптические свойства и электронную структуру двух ры -Im -1 обеих фаз In2Se3 на продольные компо- фаз дефектного соединения селенида индия в широкой ненты и определены их параметры Ei, Hi, Ii и Si области энергии, создают принципиально новую основу (табл. 2, 3). Всего установлено 21 () и 15 () ком- для дальнейших более точных теоретических расчетов понент. В разложении потерь не обнаружены только зон.

две (№2, 3, ) и одна (№7, ) полосы — аналоги Работа выполнена при финансовой поддержке Конпоперечных компонент. Среди них выделяются по самым курсного центра фундаментального естествознания большим значениям площади, полуширины и высоты (Санкт-Петербургский государственный университет).

компоненты № 14 () и №11 (), обусловленные объемными плазмонами. Энергии максимумов плазмонов обеих фаз In2Se3 различаются всего лишь на 0.3эВ, Список литературы т. е. на 0.1 полуширины их полос. Все остальные компоненты спектра потерь электронов связаны с прямыми [1] Н.Х. Абрикосов, В.Ф. Банкина, Л.В. Порецкая, Е.В. Скудмежзонными переходами. нова, С.Н. Чижевская. Полупроводниковые халькогениды и сплавы на их основе (М., Наука, 1975).

В согласии с общей теорией все продольные [2] В.В. Соболев, В.В. Немошкаленко. Методы вычисликомпоненты смещены в область больших энергий тельной физики в теории твердого тела. Электронная (или совпадают) относительно поперечных их анаструктура полупроводников (Киев, Наук. думка, 1988).

логов на энергию продольно-поперечного расщепле[3] В.В. Соболев. Журн. прикл. спектроскопии, 63, 143 (1996).

ния Elt компонент полос межзонных переходов:

[4] В.Вал. Соболев, О.А. Макаров, В.В. Соболев. Тр.

Elt 0.04 (№1, 3, 13), 0.08-0.17 (№2, 11, 4-7) III Межд. конф. Аморфные и микрокристаллические и 0.4 эВ (№9, 10) для -In2Se3. При этом тольполупроводники (СПб., Изд-во СПбГПУ, 2002) с. 162.

ко две компоненты имеют отрицательные значе[5] В.Вал. Соболев, О.А. Макаров, В.В. Соболев. Тр. Межд.

ния Elt: -0.08 (№14), -0.14 эВ (№8); они составляют конф. „Оптика, оптоэлектроника и технологии“ (Улья 0.1 (№14) и 0.2 (№8) значений их полуширин. Ана- новск, Изд-во УлГУ, 2002) с. 27.

логичные особенности Elt наблюдаются для второй фа- [6] В.В. Соболев, А.И. Калугин. ФТП, 36, 155 (2002).

[7] В.В. Соболев, А.П. Тимонов, В.Вал. Соболев. ФТП, 34, зы In2Se3. Максимум поперечной компоненты № 11 () (2000).

случайно по энергии оказался вблизи максимума интен[8] В.П. Мушинский, М.И. Караман. Оптические свойства сивной и очень широкой полосы плазмонов. Поэтому его халькогенидов галлия и индия (Кишинев, Штиинца, продольный аналог не установлен.

1973).

Площади Si многих продольных компонент полос пе[9] C. Julien, A. Chevy, D. Siapkas. Phys. St. Sol. (a), 118, реходов в сотни раз меньше Si их поперечных аналогов.

(1990).

Это свидетельствует о том, что вероятности возбужде[10] В.В. Соболев, Н.Н. Свербу. ФТТ, 6, 2539 (1964).

ния многих продольных компонент в сотни раз меньше, [11] В.В. Соболев, С.Г. Кроктору. Тр. конф. „Физические чем вероятности переходов их поперечных аналогов.

Pages:     || 2 |



© 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.