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
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
,R
Biến điệu
Biến điệu ngoài
Biến điệu trong
IoR + Io∆R
_Biến điệu độ dài bước sóng tia tới _Biến điệu sự phân cực ánh sáng tới _Thay đổi vị trí trên mẫu …
_Điện phản xạ (Electroreflectance - ER) _Quang phản xạ (Photoreflectance - PL) _Từ phản xạ (Magnetoreflectance - MR) Io _Pizo phản xạ (Piezoreflectance) _Nhiệt phản xạ (Thermoreflectance -)
Quang biến điệu
IoT + Io∆T
Phương pháp quang phản xạ
Biến điệu yếu tố tác động
Biến điệu với chu kì
Biến điệu tia laser kích thích
Không có laser
0
0
Có laser SF onR
SF offR Hiệu ứng Frank - Keldysh
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.
1 2
3 2
E - E
R - R
g
g
on
=
= exp
× cos
.
+ χ
ΔR R
off R
4 3
off
3 2
hΩ
hΩ
-2 E - E 3 2
Phương pháp quang phản xạ
1 2
3 2
E - E
R - R
g
g
on
=
= exp
× cos
.
+ χ
ΔR R
off R
4 3
off
3 2
hΩ
hΩ
-2 E - E 3 2
Sự biến đổi của hệ số phản xạ R có liên hệ với sự nhiễu loạn của hàm điện môi ε = ε1 + iε2
E F ,
,
,
2
1
1
2
S
1
2
S
R R
S Các hệ số Seraphin
,S
2
2
2
2
2
k 3
2
k
n 3
k
n n
1
1
S
S
c
c
2
2
2
2
2
2
c
n
k
n
k
2
k
2
n
2
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).
1
E F ,
,
1 2
, 1
S
1
2
2
S
R R
2
2
2
k 3
n n
1
S
c
2
2
2
k
n 3
k
1
S
c
1,4 eV
1,36 eV
2
2
2
2
2
2
c
n
k
n
k
2
k
2
n
2
Hệ số α, βcủa GaAs (a) và InP (b) phụ thuộc vào năng lượng phôton.
1
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.
,
,
1
S
1
2
1
2
Tại năng lượng vùng cấm (1.42eV đối với GaAs và 1.36 eV đối với InP) α >> β.
, 1 1
2
S
S 2 Hằng số điện môi dưới tác động của điện trường F:
i x F ,
R R
Phương pháp quang phản xạ
Sự biến thiên hằng số điện môi:
Với:
F(x) và G(x) được gọi là các hàm quang điện không mở rộng
U x
0 khi x 0
U x U x
Với Ai, Bi A’I, B’i là các hàm Airy và các đạo hàm của chúng được tính từ biểu thức
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
1 khi x 0
Phương pháp quang phản xạ
Sự biến thiên hằng số điện môi:
Với:
F(x) và G(x) được gọi là các hàm quang điện không mở rộng
U x
0 khi x 0
U x U x
Với Ai, Bi A’I, B’i là các hàm Airy và các đạo hàm của chúng được tính từ biểu thức
Dạng của hàm điện môi ε2 ứng với khi có (đường liền nét) và không có điện trường (đường đứt nét) của GaAs và InP.
1 khi x 0
Phương pháp quang phản xạ
Sự biến thiên hằng số điện môi:
Sự biến thiên của hàm điện môi ∆ε1, ∆ε2
Với:
F(x) và G(x) được gọi là các hàm quang điện không mở rộng
U x
0 khi x 0
U x U x
Với Ai, Bi A’I, B’i là các hàm Airy và các đạo hàm của chúng được tính từ biểu thức
1 khi x 0
