Kĩ thuật phân tích vật liệu rắn - Phương pháp quang phản xạ 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG QUANG PHỔ HỌC BIẾN ĐIỆU GVTH: GVTH: GS.TS LÊ KHẮC BÌNH GS.TS LÊ KHẮC BÌNH HVTH: HVTH: LÊ DUY NHẬT LÊ DUY NHẬT • Học liệu mở tiếng Việt: http://mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_li.html Phương pháp phổ học biến điệu quang phản xạ Phổ học biến điệu (Modulation Spectroscopy) Những phép đo quang với cùng tính chất giống nhau là ,R∆ ∆Τ ,R Τ Biến điệu Biến điệu trongBiến điệu ngoài _Điện phản xạ (Electroreflectance - ER) _Quang phản xạ (Photoreflectance - PL) _Từ phản xạ (Magnetoreflectance - MR) _Pizo phản xạ (Piezoreflectance) _Nhiệt phản xạ (Thermoreflectance -) _Biến điệu độ dài bước sóng tia tới _Biến điệu sự phân cực ánh sáng tới _Thay đổi vị trí trên mẫu … Quang biến điệu I o I o R + I o ∆R I o T + I o ∆T Phương pháp quang phản xạ Biến điệu tia laser kích thích Biến điệu yếu tố tác động Biến điệu với chu kì Không có laser Có laser 0 S F = 0 S F ≠ off R on R > Hiệu ứng Frank - Keldysh ( ) ( ) ( ) ( )                     1 3 2 2 g g off on 3 3 off 2 2 -2 E - E E - E R - R ΔR 4 = = exp × cos . +χ R R 3 hΩ hΩ Nguồn laser làm giảm điện trường bề mặt do sản sinh các cặp /eh trung hòa bớt các ion donor và các tâm bắt ở bề mặt. Phương pháp quang phản xạ ( ) ( ) ( ) ( )                     1 3 2 2 g g off on 3 3 off 2 2 -2 E - E E - E R - R ΔR 4 = = exp × cos . +χ R R 3 hΩ hΩ So sánh giữa 3 loại phổ từ 0-6eV của GaAs . Ở trên: phổ phản xạ R (Philip and Ehrenreich 1963); Ở giữa: đạo hàm theo năng lượng của R (Sell and Owski 1970); Ở dưới: Phổ điện phản xạ (Aspnes and Studna 1973). Sự biến đổi của hệ số phản xạ R có liên hệ với sự nhiễu loạn của hàm điện môi ε = ε 1 + iε 2 ( ) ( ) ( ) 1 2 1 1 2 2 , , , S S R E F R α ε ε ε β ε ε ε ∆ = ∆ + ∆ , S S α β Các hệ số Seraphin ( ) 2 2 2 3 1 S n n k c α − − = ( ) 2 2 2 3 1 S k n k c β − − = ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1c n k n k k n   = + + + − +     Hằng số điện môi dưới tác động của điện trường F: ( ) 2 2 2 3 1 S n n k c α − − = ( ) 2 2 2 3 1 S k n k c β − − = ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1c n k n k k n   = + + + − +     GaAs:α>β trong khoảng năng lượng từ 0-2.8 eV α<β ứng với năng lượng phôton lớn hơn 2.8 eV. InP: α>β trong khoảng năng lượng từ 0-3 eV α<β ứng với năng lượng phôton lớn hơn 3 eV. Tại năng lượng vùng cấm (1.42eV đối với GaAs và 1.36 eV đối với InP) α >> β. 1,4 eV 1,36 eV ( ) ( ) 1 2 1 1 2 2 , , S S α ε ε ε β ε ε ε ∆ >> ∆ ( ) ( ) ( ) 1 2 1 1 2 2 , , , S S R E F R α ε ε ε β ε ε ε ∆ = ∆ + ∆ ( ) 1 2 1 , S R R α ε ε ε ∆ ⇒ ≈ ∆ ( ) , i x F ε Hệ số α, βcủa GaAs (a) và InP (b) phụ thuộc vào năng lượng phôton. Sự biến thiên hằng số điện môi: Phương pháp quang phản xạ Với: F(x) và G(x) được gọi là các hàm quang điện không mở rộng Với A i , B i A’ I , B’ i là các hàm Airy và các đạo hàm của chúng được tính từ biểu thức ( ) ( ) ( ) 0 khi 0 1 khi 0 U x x U x U x x  = <  =  = ≥   Dạng của hàm quang điện F(x) và G(x). Các thông số mô phỏng: E g =1.344eV , F s =4×10 6 V/m, μ = 0.0655m o Sự biến thiên hằng số điện môi: Phương pháp quang phản xạ Với: F(x) và G(x) được gọi là các hàm quang điện không mở rộng Với A i , B i A’ I , B’ i là các hàm Airy và các đạo hàm của chúng được tính từ biểu thức ( ) ( ) ( ) 0 khi 0 1 khi 0 U x x U x U x x  = <  =  = ≥   Dạng của hàm điện môi ε 2 ứng với khi có (đường liền nét) và không có điện trường (đường đứt nét) của GaAs và InP. Sự biến thiên hằng số điện môi: Phương pháp quang phản xạ Với: F(x) và G(x) được gọi là các hàm quang điện không mở rộng Với A i , B i A’ I , B’ i là các hàm Airy và các đạo hàm của chúng được tính từ biểu thức ( ) ( ) ( ) 0 khi 0 1 khi 0 U x x U x U x x  = <  =  = ≥   Sự biến thiên của hàm điện môi ∆ε 1 , ∆ε 2 CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE Tài liệu tham khảo: [1] MÔ PHỎNG VÀ PHÂN GIẢI PHA PHỔ QUANG – PHẢN XẠ CỦA BÁN DẪN InP VÀ CẤU TRÚC ĐA LỚP DỊ THỂ Al X Ga 1-X ánh sáng/GaAs/GaAs – Phạm Thanh Tâm – Khóa luận tốt nghiệp. [2] TÀI LIỆU VẬT LÝ BỀ MẶT – PGS.TS Trương Kim Hiếu. . ) 2 2 2 3 1 S k n k c β − − = ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1c n k n k k n   = + + + − +     Hằng số điện môi dưới tác động của điện trường F: ( ) 2 2 2 3 1 S n n k c α − − = ( ) 2 2 2 3. ngoài _Điện phản xạ (Electroreflectance - ER) _Quang phản xạ (Photoreflectance - PL) _Từ phản xạ (Magnetoreflectance - MR) _Pizo phản xạ (Piezoreflectance) _Nhiệt phản xạ (Thermoreflectance -) _Biến. donor và các tâm bắt ở bề mặt. Phương pháp quang phản xạ ( ) ( ) ( ) ( )                     1 3 2 2 g g off on 3 3 off 2 2 -2 E - E E - E R - R ΔR 4 = = exp × cos . +χ R R