Kĩ thuật phân tích vật liệu rắn - Phương pháp quang phản xạ 1

Tia laser được hấp thụ trong vật liệu bán dẫn, tạo ra cặp electron – lỗ trống và làm thay đổi hàm điện môi.. Cái điều khiển chopper điều biến hiệu ứng này, và do đó điều biến luôn hệ số

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ

PHỔ BIẾN ĐIỆU BẰNG CHÙM SÁNG (QUANG PHẢN XẠ)

GVHD: GS.TS LÊ KHẮC BÌNH HV: LÊ NGUYỄN BẢO THƯ

 Học liệu mở tiếng Việt:

http://mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_li.html

Sơ đồ thực nghiệm

Tia laser được chiếu vào mẫu

Tia laser được hấp thụ trong vật liệu bán dẫn, tạo ra cặp electron – lỗ trống và làm thay đổi hàm điện môi.

Cái điều khiển chopper điều biến hiệu ứng này, và do

đó điều biến luôn hệ số phản xạ R của vật liệu.

Tia sáng đơn sắc được hội tụ vào vùng điều biến trên mẫu và tia phản xạ được ghi lại bởi detector

Một máy khuếch đại lock-in kết nối với chopper laser được dùng để tách tín hiệu được điều biến Sau khi được thu nhận, tỉ số được tính toán và vẽ đồ thị theo bước sóng phản xạ.

/

R R

∆

Lock –in amplifier

Ưu điểm của PR

 Là kĩ thuật không tiếp xúc, không phá hủy mẫu

 Cho kết quả tốt ở nhiệt độ phòng.

 Có những ưu điểm của phương pháp điều biến.

Ứng dụng của PR

quá trình xử lý/ tạo vật liệu như xác định nhiệt

độ đế và thành phần của hợp kim

Fermi

cấu trúc đa lớp

dị thể với sự pha tạp biến đổi, các cấu trúc bán dẫn thấp chiều

Ứng dụng phổ PR xác định thành phần Zn trong

dẫn 3, 4 thành phần phụ thuộc vào sự tập trung tương đối của các thành phần cấu tạo

được ước lượng bằng PR chính xác tới 0.4 meV với lượng Zn nhỏ (x<0.2), dẫn tới sự chính xác trong xác định thành phần lên tới 0.001 bằng

cách xác định dựa vào độ rộng vùng cầm

 TN sử dụng một diode laser Phillips với

bước sóng 675 nm, công suất 30mW,

tần số điều biến được giữ ở 200 Hz

 Trên mỗi mẫu 5 chấm được dùng để

xác định sự thay đổi thành phần nằm ở

4 góc và 1 ở tâm

 Vùng bước sóng quét tương ứng với

vùng có dịch chuyển vùng cấm hay dịch

chuyển exciton

Ứng dụng phổ PR xác định thành phần Zn trong

Sơ đồ thí nghiệm đo phổ bằng kĩ thuật SPR

Giá trị Eg như một hàm tập trung rút ra từ việc làm khớp với lý thuyết.

- Các kết quả thu được được fit theo giá trị năng lượng

vùng cấm (band gap fit, m= 2.5) và eciton fit (m =2)

(1)

(2)

Ứng dụng phổ PR xác định thành phần Zn trong hợp chất bán dẫn Cd1-xZnxTe

- Công thức tính độ rộng vùng cấm chất bán dẫn theo

thành phần

Đầu tiên người ta sẽ đo

hai mẫu CdTe không pha

tạp Zn, năng lượng vùng

cấm đo được bằng cách

lấy giá trị trung bình của

hai mẫu.

Giá trị Eg của mẫu ứng

với x=0 được thay vào

giá trị Eg(CdTe) trong pt

trên, từ đó ta có:

(3)

Kết quả

Các giá trị x thu được từ các mẫu khác nhau

Phổ PR của mẫu

Cd1-xZnxTe với x<0.1 có fit theo dịch chuyển exciton (mẫu 9478-C3-18c với x=0.046)

Kết quả

Kết quả

Phổ PR của mẫu chứa 10% Zn được fit theo hai loại dịch chuyển (mẫu A57-18c)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 V.A.Stoica, Optical characterization of compound semiconductor

using of photoconductivity and photoreflectance, M.Thesis, West

Virginia, 2000.

 J.Misiewicz, Electromodulation- absorption type spectroscopy of

semiconductor structure, Wroclaw University of Technology,2009