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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNBỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG QUANG PHỔ HỌC BIẾN ĐIỆU GVTH: GS.TS LÊ KHẮC BÌNH HVTH: LÊ DUY NHẬT... • Học liệu mở tiếng Việt:http://mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_li

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG

QUANG PHỔ HỌC

BIẾN ĐIỆU

GVTH: GS.TS LÊ KHẮC BÌNH HVTH: 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 trong Biến 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

Io IoR + Io∆R

IoT + Io∆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 = FS ≠ 0

off

Hiệu ứng

Frank - Keldysh

( )

( )

off on

R - R

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

( )

( )

off on

R - R

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 = ε1 + iε2

( , ) S ( 1, 2) 1 S ( 1, 2) 2

R

E F

R α ε ε ε β ε ε ε

,

S S

α β Các hệ số Seraphin

S

c

S

c

Hằng số điện môi dưới tác động của điện trường F:

S

c

S

c

( 2 2) ( 2 2)2 2 2

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, 2) 1 ( 1, 2) 2

α ε ε ∆ >> ε β ε ε ∆ ε

( , ) S( 1, 2) 1 S ( 1, 2) 2

R

E F

( 1, 2) 1

S

R

∆

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



= 



Dạng của hàm quang điện F(x) và G(x) Các thông số

mô phỏng: Eg=1.344eV , Fs=4×106V/m, μ = 0.0655mo

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



= 



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



= 



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

luận tốt nghiệp.

[2] TÀI LIỆU VẬT LÝ BỀ MẶT – PGS.TS Trương Kim Hiếu.