На правах рукописи

Круткова Елена Юрьевна

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АНИЗОТРОПНЫХ

КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР

Специальность 01.04.10 физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Москва – 2007 1

Работа выполнена на физическом факультете Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор физико-математических наук Тимошенко Виктор Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Белогорохов Александр Иванович кандидат физико-математических наук Федянин Андрей Анатольевич

Ведущая организация: Центр Естественно-Научных Исследований Института Общей Физики РАН им.А.М. Прохорова

Защита состоится “ 24 ” мая 2007 года в часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.70 в Московском Государственном Университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992 ГСП-2 Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, аудитория 2–05А криогенного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан “” апреля 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.001. доктор физико-математических наук профессор Плотников Г.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы представленных исследований обусловлена широкими возможностями использования кремниевых структур в современных оптоэлектронных технологиях. Учитывая, что кристаллический кремний (c-Si) является базовым материалом современной микроэлектроники и компьютерной техники, то на повестку дня встает задача совмещения кремниевых электрических и оптических элементов в рамках одной интегральной схемы.

Однако высокая изотропия линейных оптических свойств c-Si ограничивает возможности его применения как для решения данной задачи, так и в фотонике в целом. Выходом из ситуации может быть формирование на основе c-Si анизотропных микро- и наноструктур, которые обладают оптическими характеристиками, необходимыми для управления светом. При этом, варьируя условия формирования, можно было бы создавать анизотропные кремниевые структуры с желаемыми значениями показателей преломления и величиной двулучепреломления. Кроме того, поскольку кремний является полупроводником, открывается перспектива управления оптическими свойствами образцов посредством контролируемого изменения концентрации свободных носителей заряда в их микро- и наноструктурах. Все это обуславливает актуальность задачи по исследованию оптических свойств анизотропных кремниевых структур.

Анизотропные кремниевые структуры можно формировать, используя преимущественное травление c-Si вдоль кристаллографических направлений, что достигается в определенных электрохимических или химических процессах. Важными примерами таких анизотропно-структурированных кремниевых систем являются так называемые пористый кремний (ПК) и щелевые кремниевые структуры (ЩКС). В частности, недавно было обнаружено, что ПК, получаемый при электрохимическом травлении сильно легированных бором монокристаллов c-Si c ориентацией поверхности (110), при определенных режимах формирования обладает значительным двулучепреломлением, обусловленным анизотропией формы составляющих его кремниевых остатков (нанокристаллов) и пор [1]. Причем, величина двулучепреломления в слоях ПК оказывается много больше, чем для известных природных двулучепреломляющих кристаллов, таких, например, как исландский шпат [2]. Еще большим двулучепреломлением могут обладать ЩКС, состоящие из чередующихся кремниевых слоев и пустот (щелей) с характерными толщинами порядка нескольких микрометров [3]. В последнем случае двулучепреломление проявляется в средней и дальней инфракрасной (ИК) области спектра. Отметим, что анизотропия оптических свойств ПК и ЩКС связана с так называемым явлением двулучепреломления формы, обусловленным присутствием в среде анизотропных по форме структурных элементов с характерными размерами много меньше длины волны света [4].

Важной особенностью двулучепреломления в ПК является то, что ее величиной можно управлять как в процессе формирования материала, так и при последующих его обработках. Фактически двулучепреломляющие слои ПК представляют собой яркий пример создания новых наноструктурированных материалов с уникальными оптическими и электронными свойствами.

Поскольку при определенных условиях формирования ПК представляет собой ансамбль кремниевых нанокристаллов с чрезвычайно большой удельной поверхностью, то открывается возможность управления его свойствами, в частности, концентрацией свободных носителей заряда, посредством адсорбции различных молекул. До последнего времени считалось, что в силу различных причин в ПК происходит практически полное обеднение равновесными носителями заряда. Такое обеднение хорошо объяснимо для микропористого кремния (микро-ПК) с характерными размерами нанокристаллов и пор порядка нескольких нанометров [5]. В этом случае необходимо учитывать квантовый размерный эффект, приводящий к сильной локализации носителей заряда и росту энергии связи примесных центров.

Однако, в мезопористом кремнии (мезо-ПК), для которого характерные размеры кремниевых нанокристаллов обычно составляют более 5-10 нм, концентрация свободных носителей заряда может достигать значительных величин (более 1017 см-3) [6]. Концентрация свободных носителей заряда при этом сильно зависит от диэлектрического окружения и поверхностного состояния нанокристаллов [6,7]. Свободные носители заряда в случае их высокой концентрации вносят существенный вклад в полную диэлектрическую проницаемость ПК. Поэтому, управляя концентрацией свободных носителей заряда с помощью адсорбции молекул, можно существенным образом влиять на оптические свойства ПК, особенно в ИК области спектра [8].

К моменту постановки данного диссертационного исследования в научной литературе отсутствовали надежные данные о дисперсии показателей преломления двулучепреломляющего мезо-ПК. Не было также исследовано влияние пористости данного материала и концентрации свободных носителей заряда в нем на спектры показателей преломления и двулучепреломление.

Оптические свойства ЩКС были исследованы только в узком спектральном диапазоне, а полученные результаты не имели количественного согласия с предсказаниями теории.

Целью работы являлось исследование в широком спектральном диапазоне оптических свойств анизотропных слоев мезо-ПК, полученных на сильно легированных бором подложках c-Si, а также микроструктур ЩКС, для выяснения влияний их структурных характеристик и концентрации свободных носителей заряда на двулучепреломление и дихроизм.

В работе были поставлены следующие задачи:

двулучепреломления в анизотропных слоях мезо-ПК и анализ полученных результатов в рамках модели эффективной среды.

2. Изучение зависимости величины двулучепреломления слоев мезо-ПК от их пористости и определение количественных характеристик анизотропии формы кремниевых нанокристаллов и пор в исследуемых слоях.

3. Исследование в широком спектральном диапазоне оптического пропускания образцов ЩКС и анализ полученных результатов с целью нахождения значений основных компонентов тензоров эффективной диэлектрической проницаемости и эффективного показателя преломления таких структур.

4. Изучение особенностей комбинационного рассеяния света в мезо-ПК и ЩКС для выявления роли анизотропии формы кремниевых структур и свободных носителей заряда в данном явлении.

5. Экспериментальное и теоретическое исследование влияния свободных носителей заряда на эффективные показатели преломления и коэффициенты поглощения мезо-ПК и ЩКС в ИК диапазоне спектра.

Для решения поставленных задач был применен комплекс различных методов исследования, включающий методы поляризационно-чувствительной ИК и субмиллиметровой спектроскопии тонких слоев, растровую электронную микроскопию, спектроскопию комбинационного рассеяния света (КРС).

Достоверность полученных результатов обеспечена применением набора взаимно-дополняющих экспериментальных методик, детальным анализом физических явлений и процессов, определяющих оптические свойства исследуемых структур. В значительной степени достоверность полученных результатов подтверждается хорошим согласием между экспериментально полученными данными и значениями, рассчитанными в рамках общепринятых физических моделей.

Автор защищает:

двулучепреломления мезо-ПК в спектральном диапазоне 0.6-6 мкм и вывод о возможности их описания в рамках обобщенной модели эффективной среды Бруггемана.

2. Найденные зависимости эффективных показателей преломления, величины нанокристаллов и пор от величины пористости слоев мезо-ПК, изменяемой в диапазоне от 55 до 85%.

3. Утверждение о возможности многократного изменения величины двулучепреломления и ее знака в ИК диапазоне спектра в слоях мезо-ПК при увеличении в них концентрации свободных носителей заряда выше 4. Вывод о возможности описания в дальнем ИК диапазоне спектра оптических свойств ЩКС с периодом структур 4-7 мкм в рамках модели эффективной среды с учетом эффектов двулучепреломления формы.

5. Утверждение о возможности использования метода комбинационного рассеяния света для определения концентрации свободных носителей заряда в мезо-ПК.

комбинационного рассеяния света в ЩКС при возбуждении их светом с длиной волны ~1 мкм, близкой к толщине кремниевых стенок в таких структурах.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации:

1) Экспериментально найдены законы дисперсии показателей преломления и величины двулучепреломления в анизотропных слоях мезо-ПК в видимом и ИК диапазонах спектра.

2) Установлено, что оптические свойства мезо-ПК в видимом и ИК диапазонах спектра могут быть удовлетворительно описаны в рамках модели эффективной среды Бруггемана с учетом анизотропии формы кремниевых нанокристаллов и пор.

3) Впервые экспериментально и теоретически изучено влияние свободных двулучепреломление и дихроизм в слоях мезо-ПК.

4) Впервые исследованы оптические свойства ЩКС в спектральном диапазоне 1-1250 мкм и найдены законы дисперсии эффективных показателей преломления и двулучепреломления таких структур.

5) Предложен и реализован оптический метод определения концентрации свободных носителей заряда в диапазоне 1017-1019 см-3 в слоях мезо-ПК по изменению эффективности КРС.

интенсивности стоксовой компоненты КРС в образцах ЩКС при возбуждении их светом с длиной волны ~1 мкм, близкой к толщине кремниевых стенок в таких структурах.

Научная и практическая значимость работы состоит в получении новых результатов, которые являются важными как для понимания фундаментальных электронных и оптических свойств анизотропных кремниевых нано- и микроструктур, так и для создания новых элементов на основе кремния для управления светом.

Личный вклад. Роль диссертанта в экспериментальных исследованиях и теоретическом анализе оптических свойств мезо-ПК и ЩКС является определяющей.

Апробация результатов работы.

Материалы, вошедшие в диссертацию, опубликованы в 18 работах, из которых 6 статей и 11 тезисов в сборниках докладов и трудов конференций (см.

список публикаций). Апробация проходила на следующих конференциях:

Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам, секция Физика (Ломоносов-2003), Москва, Россия 2003; IV Национальная конференция по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, Нейтронов и Электронов для исследования материалов (РСНЭ-2003), ИК РАН, Москва, Россия 2003; Х Международная конференция “Физика диэлектриков” (“Диэлектрики-2004”), Санкт-Петербург, Россия, 2004; 10th International Conference on Nonlinear Optics of Liquid and Photorefractive Crystals, Alushta, Crimea, Ukraine 2004; 10th International Conference on Extended Defects in Semiconductors (EDS-2004), Chernogolovka, Russia 2004; 2nd International Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics (MSCMP 2004), Chisinau, Moldova 2004; 10th Conference on Complex Media and Materials (Bianisotropics 2004), Ghent, Belgium 2004; VI Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, Россия, 2004;

Ломоносовские Чтения–2006, секция Физика, Москва, Россия 2006; 3d International Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics (MSCMP 2006), Chisinau, Moldova 2006; VIII Всероссийская Молодежная Конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, Россия 2006.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и основных выводов, и списка цитируемой литературы из наименования. Общий объем работы составляет 106 страниц машинописного текста, включая 75 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, поставлены задачи исследований, дан анализ научной новизны полученных результатов и их практической ценности, приведены положения, выносимые на защиту, а также представлен перечень конференций, в рамках которых происходила апробация работы, и список публикаций.

Первая глава является обзором литературы и посвящена изложению основных подходов к описанию оптических свойств гетерогенных систем, а также имеющихся в научной литературе сведений по анизотропии оптических свойств ПК и ЩКС. В разделе 1.1 обсуждаются основные модели эффективной среды, и рассматривается явление двулучепреломление формы. В разделе 1. содержится информация об оптических свойствах слоев ПК, связанных с анизотропией формы составляющих его структурных элементов. Делается вывод о том, что слои мезо-ПК, сформированные на сильнолегированных пластинах монокристаллического кремния р++-Si:B с ориентацией поверхности (110), обладают сильным двулучепреломлением формы. Также обсуждается анизотропия фотолюминесценции и КРС в ПК. Раздел 1.3 посвящен описанию оптических свойств ЩКС. Показано, что данные структуры могут обладать значительной величиной двулучепреломления в дальнем ИК диапазоне спектра.

В разделе 1.4 рассматривается влияние свободных носителей заряда на диэлектрическую функцию кремниевых нано- и микроструктур, что приводит к изменению их оптических свойств. В разделе 1.5 изложены основные особенности явления КРС в кремниевых структурах, а также рассмотрено влияние свободных носителей заряда на спектры КРС – так называемый эффект Фано [9]. В конце главы в разделе 1.6 сформулированы выводы из обзора литературы и поставлены задачи исследования.

Во второй главе представлен теоретический анализ линейных оптических свойств анизотропных кремниевых структур в рамках модели эффективной среды Бруггемана и модели проводимости Друде. В разделе 2. сформулированы основные подходы для расчета оптических характеристик анизотропных слоев мезо-ПК и ЩКС и дано обоснование использования моделей эффективной среды Бруггемана и модели проводимости Друде. В разделе 2.2 представлены результаты расчета эффективных показателей преломления и коэффициентов поглощения ЩКС в дальнем ИК диапазоне с учетов влияния свободных носителей заряда. Также рассмотрено изменение величины двулучепреломления ЩКС с изменением пористости структуры и диэлектрической проницаемости среды, заполняющей щели. Были найдены оптимальные структурные параметры ЩКС, при которых величина двулучепреломления максимальна. Расчеты свидетельствуют, что для ЩКС в дальнем ИК диапазоне может наблюдаться область аномальной дисперсии, связанная с влиянием свободных носителей заряда, что может привести к существенному увеличению двулучепреломления. В разделе 2.3 представлен расчет дисперсии эффективных показателей преломления мезо-ПК в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра в предположении, что кремниевые нанокристаллы и поры имеют форму эллипсоидов вращения. В дальнем ИК диапазоне было рассмотрено влияние свободных носителей заряда на двулучепреломление и дихроизм в мезо-ПК как с учетом рассеяния носителей заряда на стенках кремниевых нанокристаллов, так и без него. Показано, что в дальнем ИК диапазоне спектра слои мезо-ПК могут обладать аномальной дисперсией и величина двулучепреломления многократно возрастает по сравнению с ее значением в среднем ИК диапазоне спектра.

экспериментальных методов. В разделе 3.1 данной главы изложена методика изготовления и основные параметры анизотропных слоев мезо-ПК. Для их приготовления в работе использовался метод электрохимического травления пластин сильно легированного бором монокристаллического кремния р++-Si:B с ориентацией поверхности (110) в растворе плавиковой кислоты в этиловом спирте. Преимущественный рост пор в кристаллографических направлениях в процессе электрохимического травления обуславливает вытянутость плоскости слоя в направлении [1 1 0 ] (см.

рис.1). В этом случае, как установлено в работах [1,2], оптическая ось системы совпадает с кристаллографическим направлением [001] в плоскости слоя.

Размер кремниевых нанокристаллов и пор составляет 10 – 50 нм, что позволяет ПК как мезопористые [5]. В разделе 3. приведена методика формирования ЩКС растворе КОН. В качестве подложек в работе использовались низколегированные пластины c-Si с ориентацией поверхности последовательно чередующихся слоев кремниевых стенок и пустот (щелей) (см.

рис.2). В работе исследовались ЩКС с разных образцов. Оптическая ось в ЩКС кристаллографическим направлением [001]. В разделе 3.3 описана методика субмиллиметровом диапазонах спектра. Расчет коэффициентов преломления осуществлялся как путем анализа интерференционной картины спектров пропускания с учетом порядка интерференционного максимума по формуле:

2d n = m, где m – целое число, d – толщина щелевого слоя, так и путем зависимостями, полученными с использованием формул Френеля. В разделе 3.4 показана схема измерения двулучепреломления и дихроизма в слоях мезоПК в видимом диапазоне спектра. Также изложена методика расчета концентрации свободных носителей заряда в мезо-ПК и ЩКС по спектрам пропускания в среднем и дальнем ИК диапазонах спектра и описаны способы увеличения их концентрации путем адсорбции молекул и фотовозбуждения. В разделе 3.5 приведены условия измерений спектров КРС мезо-ПК и ЩКС при возбуждении их длинами волн 0.514, 0.633 и 1.06 мкм.

дисперсионные зависимости показателей преломления для обыкновенной и необыкновенной волны в мезо-ПК Бруггемана и Друде. В разделе 4. двулучепреломлению и дихроизму в мезо-ПК в видимом, ближнем и показателей преломления обыкновенной no и среднем ИК диапазонах спектра.

На рис. 3 представлены типичные рассчитанные по формуле (1) спектры.

дисперсионные кривые для обыкновенной no и необыкновенной ne волн.

Экспериментальные данные хорошо согласуются с расчетами, выполненными в работе в рамках электростатического приближения модели эффективной среды, когда форма нанокристаллов и пор аппроксимировалась эллипсоидами вращения. Использовалась обобщенная формула Бруггемана [10] :

||, – компоненты тензора эффективной диэлектрической проницаемости где мезо-ПК, соответствующие направлению электрического поля вдоль (||) и перпендикулярно () к оптической оси;

проницаемости кремниевых нанокристаллов и пор; f1 =1 – p и f2 = p – факторы заполнения для кремниевых нанокристаллов и пор (p – пористость); L||, – факторы деполяризации для направлений вдоль и перпендикулярно к оптической оси, которые связаны друг с другом соотношением 2 L + L|| = 1 и зависят от формы нанокристаллов и пор согласно соотношению [11]:

Рис.4. Зависимости показателей преломления для обыкновенной и необыкновенной волн (а), величина двулучепреломления (б) и степени анизотропии формы (с) от пористости мезо-ПК.

Кривые проведены для наглядности.

законом нормальной дисперсии для нелегированного с-Si [12].

В области минимальной дисперсии (=3–5 мкм) были измерены зависимости показателей преломления и двулучепреломления мезо-ПК от степени его пористости (рис. 4 а,б). Из этих данных по формулам (1) и (2) были возрастает (рис. 4 б). Последнее обусловлено ростом степени анизотропии формы нанокристаллов кремния и пор (рис. 4 в).

В разделе 4.2 представлены результаты исследования влияния свободных носителей заряда (дырок) на оптические свойства мезо-ПК в среднем и дальнем ИК диапазонах спектра. Учитывая, что характерные размеры кремниевых нанокристаллов в изучаемых слоях мезо-ПК превышают 10 нм, для рассмотрения такого влияния была использована классическая модель Друде, согласно которой диэлектрическая проницаемость нанокристаллов может быть записана в виде:

Рис.5. Спектры показателей преломления обыкновенной no и необыкновенной ne волны в мезо-ПК с пористостью 70% при разной рассчитанные по формулам (1)-(3) зависимости.

концентрацией свободных дырок изложенной в работе [7]. Для характерна область аномальной дисперсии, которая обусловлена компоненты КРС в мезо-ПК от конуцентрации поглощением света свободными дырками, а также область, в которой показатель преломления необыкновенной волны больше, чем обыкновенной. То есть, может иметь место изменение знака величины двулучепреломления. Как видно из рис. 5, экспериментальные спектры хорошо описываются расчетными кривыми, полученными с использованием моделей Бруггемана и Друде.

В разделе 4.3 представлены результаты измерения КРС в слоях мезо-ПК.

Показано, что в мезо-ПК происходит модификация тензора комбинационного рассеяния света. Влияние свободных носителей заряда на КРС в мезо-ПК интенсивности стоксовой компоненты КРС с увеличением концентрации дырок с 1018 до 1019 см-3 (см. рис.6). Это позволяет использовать метод КРС в качестве оптического метода для определения концентрации свободных носителей заряда в мезо-ПК.

В пятой главе рассмотрены линейные оптические свойства ЩКС в широком спектральном диапазоне 1 – 1250 мкм, а также приведены результаты исследования их методом КРС.

В разделе 5.1 представлены поляризационные измерения спектров пропускания ЩКС, измеренные в диапазоне 1 – 1250 мкм. Дано объяснение изменения оптических свойств ЩКС в разных спектральных диапазонах. Из Рис.7. Спектры показателей преломления для обыкновенной и необыкновенной волн и величины двулучепреломления в ЩКС (период мкм) в диапазоне 20 – 600 см-1. Линиями показаны показателей преломления. На расчетные значения.

двулучепреломления в ЩКС. Видно, что ЩКС характеризуются значительным экспериментальных данных позволяет заключить, что оптические свойства ЩКС в дальнем ИК диапазоне спектра могут быть хорошо описаны в рамках электростатического приближения эффективной среды Бруггемана. Отклонение модели от экспериментальных данных на низких частотах могут быть связаны как с ростом влияния свободных носителей заряда, так и с особенностями структуры реальных образцов ЩКС.

В разделе 5.2 анализируется влияние фотовозбужденных носителей заряда на оптическое пропускание ЩКС в субмиллиметровом диапазоне спектра (1–20 см-1). Показано, что при возбуждении образцов лазерным излучением с длиной волны 532 нм и интенсивностью порядка 0.1 Вт/см2 для обыкновенной волны наблюдается уменьшение пропускания на 1 – 2%, в то время как для необыкновенной волны изменений пропускания не наблюдалось.

Полученные результаты хорошо объясняются формулами (1)–(3), расчет по которым подтверждает, что рост концентрации свободных носителей заряда с 1014 см-3 до 1017 см-3 может приводить к наблюдаемым изменениям пропускания. Результаты расчетов также показывают, что данное уменьшение пропускания ЩКС обусловлено именно ростом поглощения, а не плазменным отражением.

В разделе 5.3 представлены результаты исследования ЩКС методом КРС. Показано, что при длине волны возбуждающего света 1.06 мкм возбуждении циркулярно поляризованным светом с длиной волны 1.06 мкм.

деполяризацией излучения в процессе его многократного отражения в кремниевых стенках. Проведенные измерения КРС в ЩКС при возбуждении излучением с длинами волн 0.514 и 0.633 мкм не обнаруживают заметного усиления сигнала КРС. В то же время, поляризационные измерения КРС в ЩКС на данных длинах волн показывают заметную анизотропию рассеяния в направлении вдоль кремниевых стенок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

травления сильно легированного бором пластин c-Si, и щелевых кремниевых травления нелегированных кремниевых подложек, и выявлены основные закономерности влияния анизотропии формы составляющих исследуемые образцы структурных элементов и концентрации свободных носителей заряда на эффективные показатели преломления, двулучепреломление и дихроизм в таких системах. Были получены следующие основные результаты.

1. Измерены спектры показателей преломления пленок анизотропных мезопористого кремния и выполнен их теоретический анализ, показывающий, что экспериментальные результаты для спектрального диапазона 0.6 – 6 мкм могут быть описаны в рамках электростатического приближения в модели эффективной среды, учитывающей анизотропию формы кремниевых нанокристаллов и пор, составляющих исследуемые образцы, а также материальную дисперсию кремниевых нанокристаллов.

2. Установлено, что при увеличении степени пористости пленок мезопористого кремния с 55 % до 85 % величина двулучепреломления, определяемая как разность значений показателей преломления для обыкновенной и необыкновенных волн, в среднем ИК диапазоне спектра при нормальном падении увеличивается с 0.08 до 0.2, что объясняется ростом анизотропии формы нанокристаллов и пор.

3. В ИК диапазоне спектра 5 – 50 мкм обнаружена аномальная дисперсия показателей преломления мезопористого кремния и дано объяснение полученных экспериментальных результатов в рамках приближения эффективной среды с учетом влияния свободных равновесных носителей заряда (дырок) с концентрацией более 1019 см-3. Установлено, что при таких концентрациях свободных носителей заряда также существенно изменяется величина двулучепреломления, включая изменение ее знака.

4. Предложен и реализован новый бесконтактный метод определения концентрации свободных носителей заряда в пленках мезопористого кремния в диапазоне 1017–1019 см-3, основанный на влиянии свободных носителей заряда на интенсивность комбинационного рассеяния света – эффекте Фано.

5. Исследованы оптические свойства щелевых кремниевых структур в широкой спектральной области 1–1250 мкм и обнаружено, что данные структуры обладают значительной величиной двулучепреломления, которая может достигать значений 0.77 в дальнем ИК диапазоне спектра, что находится в хорошем согласии с расчетами, выполненными в рамках приближения эффективной среды.

6. Обнаружено многократное увеличение интенсивности стоксовой компоненты комбинационного рассеяния света в щелевых кремниевых структурах по сравнению с подложкой c-Si при возбуждении светом с длиной волны 1.06 мкм, близкой к толщинам кремниевых стенок, и дано объяснение данного эффекта на основе представлений о частичной локализации света в кремниевых стенках, выполняющих роль волноводов для падающего и рассеянного оптического излучения.

Цитируемая литература 1. D. Kovalev, G. Polisski, J. Diener, H. Heckler, N. Knzner, V.Yu.

Timoshenko, F. Koch // Appl. Phys. Lett., 2001, v. 78, № 24, pp. 916–918.

2. N. Knzner, D. Kovalev, J. Diener, E. Gross, V.Yu. Timoshenko, G. Polisski, F. Koch, M. Fujii // Opt. Lett., 2001, v. 26, pp. 1265–1268.

3. E.В. Астрова, T.S. Perova, В.А. Толмачев, А.Д. Ременюк, J. Vij, A. Moore // ФТП, 2003, т. 37, с. 417–421.

4. М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики, 1973, М.: Наука, 651 с.

5. A.G. Cullis, L.T. Canham, P.D.G. Calcott // J. Appl. Phys, 1997, v. 82, 6. V.Yu. Timoshenko, Th. Dittrich, F. Koch // Phys. Stat. Solidi (b), 2000, v. 222, 7. V.Yu. Timoshenko, Th. Dittrich, V. Lysenko, M.G. Lisachenko, F. Koch. // Phys. Rev. B, 2001, v. 64, pp.085314(1-10).

8. Л.А. Осминкина, Е.В. Курепина, А.В. Павликов, В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров // ФТП, 2004, т. 38, в. 5, с. 603-609.

9. П. Ю, М. Кардона. Введение в физику полупроводников, 2002, М.:

10. J.E. Spanier, I.P. Herman // Phys. Rev. B., 2000, v. 61, № 15, pp. 10437– 11. J.A. Osborn // Phys. Rev., 1945, v. 67, pp. 351.

12. В.И. Гавриленко, А.М. Грехов, Д.В. Корбутяк, В.Г. Литовченко.

Оптические свойства полупроводников (справочник), 1987, Киев:

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

A1. Л.А. Головань, А.Ф. Константинова, К.Б. Имангазиева, Е.Ю. Круткова, В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров “Дисперсия оптической анизотропии в пленках наноструктурированного кремния” // Кристаллография, 2004, т.

49, № 1, стр. 151–156.

A2. L.A. Golovan, G.I. Petrov, V. Sheslavskiy, E.Yu. Krutkova, A.B. Fedotov, A.M.

Zheltikov, P.K. Kashkarov, V.Y. Timoshenko, V.V. Yakovlev “Nonlinear optical conversion in anisotropic 1D photonic crystal structures” // Proceedings of SPIE – International Society for Optical Engineering, 2004, v. 5360, pp. 427– A3. П.К. Кашкаров, Л.А.Головань, С.В. Заботнов, В.А. Мельников, В.В. Яковлев “Увеличение эффективности нелинейно – оптических взаимодействий в наноструктурированных полупроводниках” // ФТТ, 2005, т. 47, вып. 1, стр. 153–159.

A4. E.Y. Krutkova, V.Y. Timoshenko, L.A. Golovan, P.K. Kashkarov, E.V. Astrova, T.S. Perova, B.P. Gorshunov, A.A. Volkov “Broad band infrared spectroscopy of grooved silicon” // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering, 2005, v. 5825, pp. 670–676.

A5. Е.Ю. Круткова, В.Ю. Тимошенко, Л.А. Головань, П.К. Кашкаров, Е.В. Астрова, Т.С. Перова, Б.П. Горшунов, А.А. Волков «Инфракрасная и субмиллиметровая спектроскопия щелевых кремниевых структур» // ФТП, 2006, т. 40, № 7, cтр. 855–860.

A6. G.I. Petrov, V.I. Shcheslavskiy, V.V. Yakovlev, L.A. Golovan, E.Yu. Krutkova, A.B. Fedotov, A.M. Zheltikov, V.Yu. Timoshenko, P.K. Kashkarov, E.M.

Stepovich “Effect of photonic crystal structure on the nonlinear optical anisotropy of birefringent porous silicon” // Opt. Lett., 2006, v. 31, № 21, pp.

3152–3154.