Оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках, страница 5

2) Пропускание электромагнитных волн.

Одним из простых методов исследования оптических свойств полупроводников является измерение спектров пропускания. Для измерения спектров пропускания электромагнитных волн обычно применяется двух- лучевая схема, то есть интенсивность волны, прошедший через исследуемый образец, нормируется к интенсивности волны, прошедшей через канал сравнения. Блок-схема типичной установки показана на рисунке 7.4. Призменный, либо решёточный монохроматор разлагает излучение источника (лампы накаливания, либо дейтериевой лампы) в спектр. Монохроматическое излучение с выходной щели монохроматора попадает в зеркальное делительное устройство, состоящее из диска с прорезями, модулирующего световой поток с заданной частотой n₁ (для синхронного детектирования, увеличивающего соотношение сигнал/шум), двух неподвижных и двух вращающихся зеркал. Зеркала расположены таким образом, что при их вращении монохроматическое излучение направляется попеременно с другой заданной частотой n₂ в канал 1 (канал сравнения) и в канал 2 (канал с исследуемым образцом). Таким образом, на приемник излучения (фотоэлектронный умножитель либо фотосопротивление) попеременно поступает то поток излучения Ф1, проходящего через канал сравнения, то поток излучения Ф2, проходящего через канал с образцом. С приемника на вход основного усилителя подается напряжение несущей частоты n₁, модулированное с частотой n₂. Глубина модуляции зависит от соотношения между потоками Ф1 и Ф2, и меняется от 0 до 100% в зависимости от пропускания света образцом.

Рис. 7.4. Блок-схема установки для регистрации спектров пропускания электромагнитных волн.

Более современными приборами для измерения спектров пропускания являются Фурье-спектрометры. В них, прошедшее через образец излучение (в широком спектральном диапазоне), прежде чем попасть на фотоприёмник, проходит через интерферометр (обычно типа Майкельсона) с качающимися зеркалами. Коэффициент пропускания интерферометра зависит от длины волны излучения и меняется от 0 до 100%. С использованием преобразования Фурье, сигнал с фотоприёмника (за один цикл качания зеркал) U(t) преобразуется в спектральную зависимость U(w). Преимущества Фурье-спектрометров перед дифракционными спектрометрами (в которых излучение, проходящее через образец предварительно монохроматизировано, обычно с помощью дифракционных решёток) заключается в быстроте измерений. Но их существенный недостаток – это, как правило, более плохое спектральное разрешение. Достоинством дифракционных спектрометров является также возможность работы с крайне малыми сигналами, правда ценой увеличения времени накопления сигнала, что улучшает соотношение сигнал/шум.

В целом, недостатком спектроскопии пропускания является относительно небольшой «динамический диапазон». При точности обычно в ±1%, для того, чтобы исследовать коэффициент поглощения в той области спектра, где поглощается уже достаточно много излучения, нужно брать более тонкую плёнку исследуемого материала. Так, к примеру, для исследования коэффициента поглощения кремния, который может меняться от 780 (1.5 эВ) до 2383230 см^-1 (4.4 эВ) необходимо иметь набор пластин с толщиной от 10 микрометров до 10 нанометров соответственно. Для анализа спектров пропускания необходимо также учитывать отражение (в том числе многократное отражение и интерференцию), что затрудняет интерпретацию экспериментальных данных. Тем не менее, методика спектроскопии пропускания света имеет и свои преимущества, и, можно сказать, дополняет методику рефлектометрии. С применением некоторых подходов (например, нарушенное полное внутреннее отражение), она позволяет исследовать очень слабое поглощение электромагнитного излучения, скажем на фононах, локализованных на примесных атомах.

3) Эллипсометрия.