TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNKHOA 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 Giám sát các thông số quan trọng ngay trong

quá trình xử lý/ tạo vật liệu như xác định nhiệt độ đế và thành phần của hợp kim.

Nghiên cứu sự ghim (pinning) của các mức Fermi

Nghiên cứu các màng trên các đế cách điện, các cấu trúc đa lớp

Nghiên cứu các vi cấu trúc như các chuyển tiếp 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

hợp chất bán dẫn Cd1-xZnxTe Năng lượng vùng cấm của các hợp chất bán

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

Người ta đã chứng minh rằng ở nhiệt độ phòng NL vùng cấm của hợp chất Cd1-xZnxTe có thể 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

hợp chất bán dẫn Cd1-xZnxTe

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 xmean 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