ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Спектры рассеяния света и фотолюминесценции из "Лазерная термометрия твердых тел " На рис. 2.26 приведена схема спектроэллипсометра, состоящая из источника света, монохроматора, поляризатора, компенсатора, анализатора и фотоприемника. Поляризатор, компенсатор и анализатор можно поворачивать вокруг оси. [c.49] В схемах с фиксированной длиной волны применяется обычно газовый лазер с линейной поляризацией излучения. В этом случае монохроматор и поляризатор в левом плече отсутствуют. [c.49] ЖТФ и T. Д.) применяется в диагностике материалов почти так же часто, как и традиционная спектрофотометрия пропускания-отражения. Серийно выпускаются более 10 типов эллипсометров. [c.49] Молекулярное рассеяние света и фотолюминесценция относятся, в отличие от теплового излучения твердых тел, к неравновесным типам свечения. Это означает, что заселение возбужденных уровней определяется не тепловыми процессами, и свечение объекта в видимом диапазоне спектра может быть получено при низких температурах (вплоть до криогенных). [c.49] Рассеяние заключается в изменении пространственного распределения, частоты или поляризации света при его взаимодействии с веществом. Исследованию спектров рассеяния в твердом теле посвящено огромное число публикаций. Упругое (без изменения частоты) рассеяние обусловлено локальными изменениями показателя преломления (статическими или динамическими). Такое рассеяние возникает из-за структурного несовершенства твердых тел (шероховатость поверхности, скопления примесных атомов в объеме, дислокации и т. д.), а также флуктуаций плотности. [c.49] Тонкая структура линии рэлеевского рассеяния содержит дискретные линии, обусловленные рассеянием на тепловых волнах (рассеяние Мандельштама-Бриллюэна), расположенные симметрично относительно несмещенной компоненты. Рассеяние с изменением частоты связано с тем, что диэлектрическая восприимчивость х (э. также диэлектрическая проницаемость в = 1 + х) изменяется во времени вследствие тепловых акустических волн в веществе, характерная частота этих изменений равна г/д = и/2а, где и и а — скорость звука и постоянная решетки. Модуляция свойств среды приводит к появлению суммарной и разностной частот рассеянного света г/ г/д. Рассеяние с появлением спектральных компонент, смещенных по частоте относительно исходного излучения, является параметрическим процессом. Вероятность появления одного рассеянного фотона при облучении одной частицы (молекулы или атома) пропорциональна плотности потока квантов в пучке падающего света, но коэффициент пропорциональности (сечение рассеяния а) составляет по порядку величины всего лишь 10 ° см /ср. Отсюда получаем, что отношение интенсивности рассеянного света к интенсивности падающего /о составляет /5 / /о = = Аттапк, где п 10 см — концентрация атомов, к — толщина слоя. При прохождении светом расстояния 1 см в однородном прозрачном твердом теле рассеивается в полный телесный угол (4тг стерадиан) примерно 1з/1о 10 падающей интенсивности. [c.50] С увеличением массы атомов кристаллической решетки энергия оптических фононов и сдвиг частоты при КР уменьшается. Элементарные полупроводники с ковалентной связью между атомами имеют одну активную линию первого порядка. По мере усложнения кристаллической структуры увеличивается количество линий. [c.51] Схема (2.34) означает, что квант hv поглощается, и за счет энергии hv — hvi происходит возбуждение фонона (акустического или оптического). Схема (2.35) показывает, что за счет уменьшения числа фононов в твердом теле энергия фотонов сдвигается в антистоксову область, т. е. увеличивается. [c.52] Спонтанное комбинационное рассеяние характеризуется низкой эффективностью. Если длины волн возбуждающего и рассеянного света лежат вдали от полос поглощения материала, интенсивность КР в 10 4-10 раз меньше интенсивности релеевского рассеяния [2.23]. Например, пленку поликристаллического кремния облучали пучком Аг+-лазера (Л = 514,5 нм) при мощности излучения 100 мВт [2.24]. Стоксову компоненту рассеянного света выделяли с помощью двойного монохроматора и регистрировали счетчиком фотонов. При этом скорость счета не превышала 10 фотонов/с. Таким образом, отношение потока регистрируемых рассеянных стоксовых фотонов к потоку первичных фотонов составляет в данном эксперименте примерно 4 10 . [c.52] При приближении частоты падающего света к максимуму полосы поглощения интенсивность комбинационного рассеяния резонансно растет (в сотни и более раз) [2.25, 2.26]. Резонансное КР широко применяется для исследования непрозрачных материалов (графита и т.д.). Для резонансной спектроскопии полупроводников методом КР необходим лазер, перестраиваемый по частоте. Величина стоксова сдвига при резонансном КР зависит от энергии кванта падающего света для монокристалла германия сдвиг увеличивается от i opt 1490 см до opt 1550 см при увеличении энергии кванта от 1,5 эВ (Л 830 нм) до 1,65 эВ (Л 750 нм) [2.27]. При фиксированной энергии кванта падающего света hv = 1,65 эВ) величина стоксова сдвига в области резонанса изменяется, как показали эксперименты с твердым раствором Gei aSix в диапазоне х = 04-0,14, от i/opt 1550 см до i opt 1000 см вследствие изменения ширины запрещенной зоны кристалла Eg = 0,805 - - 3,38ж. Поскольку ширина запрещенной зоны изменяется не только при изменении состава кристалла, но и при изменении температуры, возможно применение резонансного КР для термометрии. [c.52] В таблице 2.2 приведены качественные характеристики нерезонансного и резонансного КР [2.23. [c.52] Большая концентрация свободных носителей заряда в металлах приводит к сильному отражению зондирующего пучка. Доля мощности пучка, поглощаемой металлом, мала. Вследствие этого очень мала вероятность неупругого рассеяния при взаимодействии света с металлической поверхностью. Для металлов с высокой отражающей способностью измерения спектров КР требуют очень длительных экспозиций. По этой причине спектроскопия металлов методом КР проводится значительно реже по сравнению с другими материалами. [c.52] Интенсивность основных полос КР мала по сравнению с интенсивностью релеевского рассеяния. [c.53] Интенсивность основных полос КР сравнима с интенсивностью релеевского рассеяния. [c.53] Полосы обертонов имеют низкую интенсивность по сравнению с основными полосами. [c.53] Интенсивность обертонов равна или больше интенсивности основных полос. [c.53] Интенсивность рассеянного не описывается соотношением и и трудно прогнозируется. [c.53] Рассеяние происходит практически мгновенно (запаздывание 10 ). [c.53] Запаздывание испускания рассеянного света велико ( с). [c.53] Вернуться к основной статье