WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Микрозондовая методика КРС хорошо подходит для исследования композитов на основе щелевого кремния, так как позволяет сфокусировать падающий свет лазера в нужной области, и полученные значения интенсивности рассеянного света не искажены прохождением через окна, как в случае с объемными ячейками. В отличие от ИК-спектроскопии в проходящем свете, где измерения могут оказаться невозможны из-за поглощения в сильно Рис. 9. Спектр оптического поглощения образца D1 при легированном слое и рассеяния на шероховатой поверхизмерении между двумя диагонально ориентированными поляности подложки, спектры КРС записывают в геометрии ризаторами P и A (см. схему на рис. 5, b): сплошная линия — обратного рассеяния, для которых прозрачность подложP A, штрих-пунктир — P A.

ки не имеет значения.

Поляризационные спектры ИК-поглощения и КРС для образца D1 приведены на рис. 8. Обычно при исследовавектору поляризации падающего света. Различить, в каком из этих двух напралений располагается оптическая Таблица 1. Геометрические параметры и дихроичное отноось ЖК, удалось с помощью ИК-измерений из поляризашение NA в полосе поглощения 1 = 2226 см-1 для жидкого ционной зависимости высоты пика поглощения 1. Из кристалла E7 в образцах щелевого кремния и ячейки с окнами рис. 8, b видно, что интенсивность поглощения света из BaFс поляризацией, параллельной D и перпендикулярной D щелям, неодинакова. Дихроичное отношение Период Ширина D NA = = 1.21, что свидетельствует о наличии преD Образец структуры A, щели w, NA = D /D имущественной ориентации директора ЖК вдоль щелей.

мкм мкм Степень порядка невелика и может быть оценена с D5 8 4 1.помощью выражения [10] Fe03 - 50 1.D4-2 - 50 1.NA - SA = = 0.065. (1) D1 64 48 1.NA + (сквозные щели) Дихроичное отношение для ЖК в щелях, имеющих Ячейка BaF2 8 5.дно, также невелико по сравнению с объемной ячейкой (толщина зазора) (см. табл. 1).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 798 Е.В. Астрова, Т.С. Перова, С.А. Грудинкин, В.А. Толмачев, Ю.А. Пилюгина, В.Б. Воронков, J.K. Vij Таблица 2. Поляризационные компоненты КРС от жидкого кристалла E7 в композитах на основе щелевого кремния (полоса 2 = 1606 см-1), отн.ед.

Период Ширина Образец структуры A, щели w, Ixx Iyy NR = Ixx /Iyy RH = Iyx /Ixx RV = Ixy/Iyy мкм мкм D2 8 4 5980 1319 4.53 0.453 1.D8 16 8 2787 1947 1.43 0.513 0.K2 32 16 2319 1412 1.64 0.324 1.D1 64 48 4620 2520 1.83 0.425 1.Ячейка 8 14605 931 15.68 0.116 1.BaF2 (толщина зазора) нии ориентации ЖК на основе цианбифенилов с помо- двух взаимно перпендикулярных положений образца H щью КРС используют полосу 2 = 1606 см-1, обуслов- и V : NR(1) =Ixx/Iyy = 1.62. Это заметно больше, чем ленную C-C деформационными колебаниями фениль- найденное из ИК-измерений отношение интенсивностей ного кольца, направление которых также параллельно NA(1) =1.21. Для колебания при 2 = 1606 см-1 чувдлинной оси молекулы [13,14]. КРС является эффек- ствительность комбинационного рассеяния к поляризативным методом исследований, позволяющим получить ции получается еще выше NR(2) =1.83, в то время как информацию о тензоре поляризуемости молекулы ЖК. NA(2) =1.29. Таким образом, методика КРС позволяет С его помощью находят параметры ориентационного получить более высокую чувствительность при исслепорядка, включая более высокие степени разложения довании ориентации ЖК в плоскости xy, параллельной функции распределения. Однако точное количествен- подложке. Для нахождения z -компоненты директора, ное определение вышеуказанных величин базируется на перпендикулярной к подложке, необходимо, чтобы свет довольно сложных расчетах, исходными данными для падал сбоку, по нормали к плоскости кремниевых ребер.

которых служат экспериментально измеренные депо- Поскольку Si непрозрачен в видимой области, испольляризационные отношения RH и RV [11,13]. Поэтому, зуемой для исследования комбинационного рассеяния не углубляясь в решение уравнений, необходимых для света, в такой геометрии использовать спектроскопию получения точных значений параметров ориентацион- КРС невозможно.

ного порядка, мы использовали методику КРС для Влияние дна на ориентацию ЖК было удобно прополучения поляризационных компонент интенсивности следить на образце без p-n-перехода Fe03. Общий рассеянного света, с помощью которых можно судить об вид спектра ИК поглощения этого образца приведен ориентации директора ЖК. На рис. 8, a приведен спектр на рис. 10. Видно, что для обеих поляризаций ампликомбинационного рассеяния света для ЖК, находящетуды пиков для параллельных полос 1 = 2226 см-1 и гося в сквозных щелях шириной 48 мкм образца D1.

2 = 1606 см-1 малы по сравнению с пиком, соответСравнение его с ИК-спектром поглощения, приведенном ствующим поперечным колебаниям (3 = 817 см-1). Из на том же рисунке, показывает, что не все колебания сравнения их со спектрами E7 в объемных ячейках одинаково активны в ИК-поглощении и в КРС. Хорошо видны пики 1 и 2, обусловленные колебаниями связей, параллельных оси молекулы. Из деполяризационных отношений RH и RV для колебания C-C (2 = 1606 см-1), приведенных в табл. 2, следует, что RV > 1. Как было показано в работах [11,13] и следует из наших измерений на ячейке BaF2 с однородной планарной ориентацией, RV > 1 в том случае, когда вектор E падающего света перпендикулярен директору ЖК. Отсюда можно сделать вывод о том, что при вертикальной ориентации щелей (положение образца V ) директор ЖК располагается вдоль длинной стороны щелей. Этот вывод хорошо согласуется с результатом, полученным из ИКизмерений. Сравним чувствительность поляризационных методов ИК- и КРС-спектроскопии для одного и того же колебания при 1 = 2226 см-1. Возьмем отношение интенсивностей рассеянного света с той же поляри- Рис. 10. ИК-спектр поглощения ЖК в образце Fe03 с зацией, что и падающего лазерного излучения, для несквозными щелями и без p-n-перехода.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Исследование ориентации молекул жидкого кристалла E7 в композитах на основе щелевого... с планарной и гомеотропной ориентацией, а также образцах приводили к появлению больших токов утечки со спектром в образце D1 со сквозными каналами (до 5 мА) и обусловливали нагрев структуры до 70С. В можно сделать вывод о том, что имеется вертикальная этом случае ЖК переходил в изотропное состояние. Посоставляющая директора, нормальная к поверхности этому при исследовании влияния электрического поля подложки. Что касается анизотропии в плоскости, па- приходилось тщательно следить за током, протекающим раллельной подложке, то она менее выражена, чем в через структуру.

случае сквозных щелей и зависит от ширины щелей (при На рис. 11 показано, как изменяется амплитуда полопостоянной их глубине). Так, в образце D5 с узкими сы ИК-поглощения 1 при приложении 30 В к одиночной щели шириной 50 мкм. Наиболее сильно изменяется щелями (шириной 4 мкм), где дихроичное отношение поглощение для поляризации света, перпендикулярной для CN колебаний наиболее высокое (см. табл. 1), с щелям. В образцах со встречно-штыревой структурой, уверенностью регистрировалось и двулучепреломление где приходилось работать с меньшей апертурой, распо n = 0.1. Его величина оказалась практически такой же, ложенной в области перекрытия электродов, зарегистрикак и для образца D1 со сквозными широкими щелями, в ровать изменение высоты пика или n на ИК-спектрах то время как для образца K2 со щелями шириной 16 мкм не удавалось. Они были в пределах ошибки. Измерения n составило всего лишь 0.025.

КРС, напротив, позволяли видеть значительные изменеДанные по комбинационному рассеянию сведены в ния в амплитуде рассеянного света.

табл. 2. Из них видно, во-первых, качественное согласие На рис. 12 приведены спектры комбинационного с данными ИК-спектометрии (табл. 1), а во-вторых, также прослеживается зависимость NR и деполяризаци- рассеяния для образца K2, из которых видно, что при онных отношений RH и RV от ширины щели. Наиболее выражена ориентация директора вдоль щелей для образца D2 со щелями шириной 4 мкм, а для щелей 8 и 16 мкм она существенно меньше. Сравнение с образцом Dбез дна с еще большей шириной щели, но сохранящим ориентацию директора вдоль щелей, позволяет утверждать, что шероховатое дно вносит искажения в ориентацию директора. Влияние дна тем больше, чем меньше отношение глубины щели к ее ширине l/w.

4. Электрооптический эффект Электрооптический эффект можно было наблюдать визуально в отраженном поляризованном свете под микроскопом. При подаче постоянного, пилообразного или импульсного напряжения в условиях скрещенных поляризаторов было видно изменение яркости ЖК, Рис. 11. Изменение высоты пиков ИК-поглощения света находящегося в области сильного поля между элекразной поляризации в образце D4-2 при подаче на электроды тродами. Пороговое напряжение перехода Фредерикса переменного напряжения V = 30 В.

под действием электрического поля для образца с w = 16 мкм составляло 14 В, а не 2 В, как в ЖК ячейке, что обусловлено, по-видимому, падением напряжения на контактах щелевой структуры. Дальнейшее увеличение напряжения приводило к усилению эффекта. При V = 90-110 В (в зависимости от частоты сигнала в диапазоне 2-400 Гц) ЖК в щелях по всей длине структуры становился темным. Это относилось и к исходно светлым областям в горизонтальной части дна. При этом в лучших образцах ток утечки через p-n-переход был не более 200 мкА. Наблюдавшийся эффект при напряжениях < 30 В мы считаем возможным интерпретировать как переход Фредерикса: сначала кулоновские силы поворачивают вдоль поля молекулы, изначально расположенные вдоль щелей в горизонтальной плоскости, параллельной подложке, а при больших напряжениях поле переводит в горизонтальную плоскость и придонные Рис. 12. Влияние электрического поля на поляризационные молекулы, ориентированные вертикально (гомеотропно составляющие комбинационно-рассеянного света для образк подложке). Высокие напряжения 100 В в некоторых ца K-2 (V = 110 В.) Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 800 Е.В. Астрова, Т.С. Перова, С.А. Грудинкин, В.А. Толмачев, Ю.А. Пилюгина, В.Б. Воронков, J.K. Vij Из табл. 4 видно, как изменяются амплитуды рассеянного света по мере увеличения напряжения постоянного смещения между электродами образца D8. Наиболее чувствительна к электрическому полю, как и в предыдущем случае, амплитуда Iyy. Однако ее изменение не превышает двукратного. На рис. 13 построены зависимости деполяризационных отношений от напряжения.

Отношение RV уменьшается, а RH, наоборот, возрастает с ростом поля, что свидетельствует об увеличении доли молекул, ориентированных вдоль поля (перпендикулярно щелям).

Таблица 4. Зависимость поляризационных компонент КРС от постоянного напряжения, приложенного к образцу DV, В Ixx Iyy Iyx Ixy RH = Iyx /Ixx RV = Ixy /Iyy 0 2787 1947 1429 1767 0.513 0.10 2895 1639 1479 1468 0.511 0.30 2984 1806 1558 1677 0.522 0.50 2915 2859 1635 2178 0.561 0.70 3711 3430 1986 2752 0.535 0.Рис. 13. Зависимость деполяризационных отношений RH и RV от приложенного постоянного напряжения для образца D8.

5. Заключение приложении к электродам прямоугольных импульсов амплитудой V = 110 В все поляризационные компонен- В заключение отметим, что нематик E7 имеет малые ты рассеянного света сильно возрастают (см. табл. 3).

силы сцепления с вертикальными стенками щелевоНаиболее сильно (в 14 раз) возрастает амплитуда Iyy, го кремния, но выстраивается преимущественно вдоль когда из рассеянного света выделяется y-составляющая с поляризацией, параллельной поляризации падающего света, а сам падающий свет поляризован перпендикулярно щелям (и исходной ориентации директора).

Таблица 3. Влияние переменного электричекого поля ( f = 50 Гц, прямоугольные импульсы) на поляризационные компоненты амплитуды КРС от жидкого кристалла в образце K2 (2 = 1606 см-1) V, В Ixx Iyy Iyx Ixy RH = Iyx /Ixx RV = Ixy /Iyy 0 2319 1412 752 1544 0.324 1.110 11051 19756 1861 5057 0.168 0.Внешнее электрическое поле направлено вдоль оси y, в направлении которой стремятся сориентироваться молекулы ЖК. Если оценивать степень ориентационного порядка с помощью отношений амплитуд при различных напряжениях: V = 0, NR = Ixx/Iyy и V = 110 В, NR(110) =Iyy/Ixx, то ориентация директора меняется от планарной относительно Si-ребер (NR(0) =1.64) до гомеотропной (NR(110) =1.79), что сказывается и на величинах деполяризационных отношений. Возрастание Рис. 14. Схема ориентации директора жидкого кристалла Eвсех компонент рассеянного света свидетельствует, пов щели кремния: a — исходная в сквозной щели без дна, b —в видимому, о развороте директора в плоскость, парал- щели с дном при приложении электрического поля (структура лельную подложке. с изолированными электродами).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Исследование ориентации молекул жидкого кристалла E7 в композитах на основе щелевого... длинной стороны щели (рис. 14, a). Наличие у щели Polarized infared and Raman дна приводит к более сложной конфигурации директоmicrospectrometry studies of nematic ра вследствие того, что часть молекул ориентируется liquid crystal alignment in composites гомеотропно по отношению к подложке. Внешнее элекbased on grooved silicon трическое поле способствует переходу молекул ЖК в одну плоскость и выстраиванию их вдоль силовых линий E.V. Astrova, T.S. Perova+, S.A. Grudinkin,+, поля (рис. 14, b). Проведенные поляризационные измере- V.A. Tolmachev, Yu.A. Pilyugina, V.B. Voronkov, ния показали, что наиболее подходящей методикой для J.K. Vij+ исследования ориентации ЖК в щелевом Si является миIoffe Physicotechnical Institute, крозондовая спектроскопия КРС. На специально разраRussian Academy of Sciences, ботанных приборных структурах был получен электро194021 St. Petersburg, Russia оптический эффект, который может быть использован + Department of Electronic and Electrical Engineering, для перестройки фотонной зоны композитов щелевой University of Dublin, Trinity College, кремний–жидкий кристалл.

Dublin 2, Ireland Авторы выражают благодарность В. Панову за помощь в проведении экспериментов, Р. Доджу за полезное

Abstract

Molecular alignment of liquid crystal filler and electroобсуждение и С. Антонову за подготовку иллюстраций.

optical effect in composite photonic crystals based on grooved silicon have been studied. It has been found that nematic liquid Работа поддержана грантом INTAS N 0642, Ирландcrystal molecules in the as filled grooves are primarily planar in ским грантом SFI (No. 04/BR/P0698) по Программе respect to silicon walls. Under the electric field the liquid crystal фундаментальных исследований, Российским грантом по molecules are reoriented homeotropicaly in respect to the groove программе „Оптика и лазерная физика“.

walls. The obtained effect can be used to tune photonic band gap of 1D photonic crystal.

Список литературы [1] K. Busch, S. John. Phys. Rev. Lett., 83, 967 (1999).

[2] S. Gottardo, D.S. Wiersma, W.L. Vos. Physica B, 338, (2003).

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.