PL64936B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 23.X.1969 Wystawa: Osiagniecia polskiej nauki i techniki w zakresie aparatury naukowo-badawczej w Warszawie Opublikowano: 29.IV.1972 64936 KI. 21e,31/22 MKP GOlr 31/22 CZYTELNIA| Twórca wynalazku: Ryszard Chwalko Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Fizyki), Warszawa (Polska) Urzadzenie do badania struktury energetycznej pólprzewodników Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do ba¬ dania struktury energetycznej pólprzewodników poprzez analize zjawisk optyki nieliniowej w polu magnetycznym.Znane dotychczas sposoby okreslania struktury -energetycznej pólprzewodników metodami magne¬ tooptycznymi polegaly na analizie zjawisk linio¬ wych tzn. na analizie na przyklad zjawisk Fara¬ day^ i Vojgt'a. Badane próbki umieszczalo sie w stalym polu magnetycznym i przeswietlalo kon¬ wencjonalnymi zródlami promieniowania, przykla¬ dowo oswietlaczami silitowymi. Promieniowanie po przejsciu przez uklad optyczny (soczewki, zwier¬ ciadla, monochrornator i detektor) zostaje zareje¬ strowane w postaci szeregu maksimów na reje¬ stratorze lub oscylografie.Zastosowane zródla promieniowania nie dawaly swiatla monochromatycznego i charakteryzowaly sie szerokim widmem promieniowania i mala mo¬ ca wiazki promieniowania. Analizie podlegala wiazka promieniowania o dlugosci fali padajacej i z efektów, tzn. maksimów na rejestratorze wnio¬ skowano posrednio o strukturze energetycznej ba¬ danej próbki pólprzewodnikowej.Rozwój techniki laserowej pozwala na zastoso¬ wanie laserów do badania zjawisk magnetoopty¬ ki, a zwlaszcza magnetooptyki nieliniowej.'Na podstawie ostatnio prowadzonych prac teore¬ tycznych w dziedzinie magnetooptyki nieliniowej mozna przewidziec mozliwosc okreslania struktury 2 energetycznej pólprzewodników poprzez analize zjawisk nieliniowych wisikami tymi moga byc przykladowo:, generowa¬ nie trzeciej harmonicznej, mieszanie czestotliwosci 5 lub tym podobne. Powstanie tych zjawisk mozna zaobserwowac w przypadku poddania badanej próbki dzialaniu silnej fali elektromagnetycznej, której skladowa elektryczna ma wartosc przekra¬ czajaca 104 V/cm. io Celem wynalazku jest opracowanie urzadzenia do badania struktury energetycznej pólprzewodni¬ ków, które pozwoliloby na bezposrednie otrzyma¬ nie informacji o strukturze.Cel ten osiagnieto przez analize i wykorzystanie 15 zjawisk z elektroniki kwantowej zachodzacych w pólprzewodniku, a zwlaszcza zjawisk z optyki nieliniowej.Urzadzenie zawierajace laser jako .zródlo pro¬ mieniowania wywolujace zjawiska optyki nielinio¬ wo wej w pólprzewodniku,, .oraz ...zawiierajace..uklad optyczny i uklad rejestrujacy, jako istotna ceche ma to, ze na drodze promieniowania znajduja sie dwie ruchome soczewki pomiedzy którymi umiesz¬ czony jest badany pólprzewodnik. Soczewki te sa 25 okienkami termostatu. Miedzy zródlem promienio¬ wania i pierwsza soczewka znajduje sie plytka dzielaca, kierujaca jedna czesc promieniowania do ukladu przeznaczonego do obserwowania promienio¬ wania, zas druga czesc promieniowania poprzez 30 pierwsza soczewke do badanego pólprzewodnika. 64 936¦ ¦* "¦¦ " - .3 ¦ Za druga soczewka znajduje sie uklad spektrafato- metryczny jako uklad rejestrujacy wynik badania.Wynalazek zostanie szczególowo objasniony na przykladizie wykonania schematycznie przedstawio¬ nym na rypuaku.W przykladowo wykonanym urzadzeniu zastoso¬ wano laser molekularny na dwutlenek wegla.Rura laserowa 1 z plaszczem wodnym i wypel¬ niona mieszanina dwutlenku wegla, helu i azotu (OOa — He— Na) zakonczona jest z jednej strony oprawa z plytka z okienkiem umieszczonym pod kalem ©rewstera, zas z drugiej strony metalowym, wkleslym zwierciadlem, pokrytym warstwa zlota i odpowiednia dobranym otworkiem. Drugie, pla¬ skie zwierciadlo 3 rezonatora hemisiferycznego umieszczone jest na osi silnika elektrycznego, któ¬ ry umozliwia obrót (zwierciadla z regulowana szybkoscia. Bure laserowa 1 pobudza do swiece¬ nia zasilacz wysokiego napiecia 2. Trzecie zwier¬ ciadlo plaskie 4, ustawione dalej na osi, sluzy do ustawienia .pracy, lasera na prace ciagla.Laser molekularny na mieszaninie gazów wyko¬ nany jest w ten sposób, ze zwierciadlo wyjsciowe posiada otworek o odpowiedniej srednicy umozli¬ wiajacy wyladowanie promieniowania w krótkim czasie, rzedu dziesiatek i setek msek. Umieszczenie plyitki pod katem Brewstera powoduje liniowa po¬ laryzacje promieniowania. W ten sposób genera¬ cja promieniowania lasera nastepuje na przejsciu 02^0—00°1 molekuly C02 w postaci jednej podluz¬ nej mody q bardzo malej szerokosci linii. Laser pracuje impulsowo dajac krótkotrwale impulsy o mocy ponad 104 kW powtarzajace sie co kilka msek. Odjpowiedhfim doborem stosunków miesza¬ niny OOj —He—N8 udaje sie uzyskac równocze¬ snie generowanie na przejsciach 02°—00°1 i 10*0— 00°1 molekuly COs odpowiadajace promieniowaniu 10,6 mu i 9,6 mji, co jest niezbedne przy uzyskiwa¬ niu efektów mieszalnia czestotliwosci.Na drodze wiazki promieniowania znajduja sie dalej plytka dzielaca 6 oraz uklad soczewek 9 i 10 pomiedzy którymi umieszczona jest próbka 8 ba¬ danego pólprzewodnika. (Próbka ta znajduje sie w termostacie 18, którym w przykladzie wykona¬ nia jest kriostat; soczewki 9 i 10 sa ruchome i sa okienkami termostatu. Próbka 8 umieszczona jest w polu magnetycznym wytworzonym przez elektro¬ magnes 19.Dalej, na drodze wiazki promieniowania, za dru¬ ga soczewka, znajduje sie uklad spektrofotometry- czny. Uklad ten sklada sie z monochromatora 11, szczeliny 20, przerywacza 13, detektora 12, przed- wzmacniacza 14, mikrowoftomierza 15, woltomierza homodynowego 16 oraz rejestratora 17, Na' drodze promieniowania zalamanej przez plytke 5 znajdu- ¦ *": '¦ A je sie detektor 6 o malej bezwladnosci t oscylo¬ skop 7.Urzadzenie wedlug wynalazku pracuje w naste¬ pujacy sposób. 5 Promieniowanie z lasera, w postaci krótkotrwa¬ lych impulsów o duzej mocy pada na plytke dzie¬ laca 5. Rozdziela sie ono na dwie wiazki — prze¬ chodzaca przez plytke 5 i zalamujaca sie w kie¬ runku do detektora 6. Wiazka nie zalamana zostaje- 10 zogniskowana przez soczewke 9 na badanej prób-- ce 8, a nastepnie przy pomocy soczewki 10 skiero¬ wana do ukladu spektrofottametrycznego. W reje-- stratorze 17 ukladu spektrofotometrycznego otrzy¬ muje sie widmo w postaci impulsów. Obserwowa¬ li ny szereg minimów i maximów uzalezniony jesL; od wartosci pola magnetycznego i ich polozenia- na skali dlugosci fali zaleza od rodzaju materialu próbki. Na podstawie tego obserwowanego rozkla¬ du widmowego wnioskuje sie o poziomach ener- so getycznych w badanych materialach, o masie efek¬ tywnej elektronów w materiale itp.Dzieki temu, ze okienka termostatu, czyli so¬ czewki 9 i 10 sa ruchome, mozna zmieniajac ich polozenie zmieniac gestosc promieniowania pada- 25 jacego na próbke. W ten sposób uzyskuje sie kon¬ trolowana zmiane efektów nieliniowych.Zastosowanie wynalazku rozszerza mozliwosci uzyskania informacji o strukturze energetycznej pólprzewodników, w szczególnosci dla tych mate- 30 rialów, dla których nie mozna okreslic struktury energetycznej za pomoca tradycyjnych metod. Ma to swoje istotne znaczenie szczególnie dla mate¬ rialów pólprzewodnikowych typu AmBV, fctóre co¬ raz czesciej znajduja zastosowanie. 35 PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Urzadzenie do badania struktury energetycznej pólprzewodników, wykorzystujace zjawiska optyki 40 nieliniowej zachodzace w pólprzewodniku, zawie¬ rajace laser jako zródlo promieniowania wywolu¬ jacego zjawiska optyki nieliniowej w pólprzewod¬ niku, oraz zawierajace uklad optyczny i uklad re¬ jestrujacy, znamienne tym, ze na drodze wiazki 45 promieniowania znajduja sie dwie ruchome soczew¬ ki pomiedzy którymi umieszczony jest badany pól¬ przewodnik i soczewki te sa okienkami termosta¬ tu, a miedzy zródlem promieniowania i pierwsza soczewka znajduje sie plytka dzielaca, kierujaca 50 jedna czesc promieniowania do ukladu przeznaczo¬ nego do obserwowania promieniowania, zas druga czesc promieniowania poprzez pierwsza soczewke do badanego pólprzewodnika, przy czym za druga soczewka znajduje sie uklad spektrofotometryczny 55 rejestrujacy wynik badania.KI. 21e, 31/22 64 936 MKP GOlr 31/22 * 3 17 16 15 14 PL