Введение к работе
Актуальность проблеми.
Нелинейно - оптические явления на поверхности твердых тел
в в тонких пленках представляют, значительный интерес в связи с интенсивно развивающимся в последнее время изучением поверхностных процессов и двумерных структур. Это относительно молодая область исследований н поэтому многие явления, протекающие на поверхности, изучеш недостаточно и нэ имеют полного физическоі'О описания. Среди таких явлений могло отметить нелинейное электроотразконие (НЭО) на поверхности твердого тела, усиление нелинейных процессов вблизи шероховатой поверхности металла, анизотропный характер генерации второй, гармоники при отражении от различных объектов - монокристаллов металлов и полупроводников, тонких пленок и др. Шесте с тем, изучение нелинейно - оптических явлений и поверхностных процессов имеет существенное практическое значение для развития микроэлектроники. Действительно, миниатюризация различных электронных элементов приводит к тому, что решающее влияние на их функционирование окаэцвеот поверхностные явления. Важной задачей является такиэ разработка новых - дистанционных, скоростных, неразрушавдиг -методов диагностики поверхности. . Такие возмоїшости предоставляет нелинейная оптика поверхности.
Перспективным методом исследования "поверхностей металлов и полупроводников является нелинейное злектроотрахение, которое заключается в изменении интенсивности ВГ при наложении электростатического поля на границу твердого тела. НЭО чувствительно ко многим важным параметрам поверхности, таким как зарядовое состояние, шероховатость, наличие оксидной пленки и адсорбированных молекул и др. Существует достаточно полное феноменологическое описание НЭО для повзрхпости
центросимметричных полупроводников, однако в случае металлов механизм-этого явления вплоть до настоящего времени вд.Сыл ясен.
Информативность НЭО' как метода диагностики поверхности можно существенно увеличить, если сочетать его с анализом анизотропии интенсивности отраженной ВГ, т.е. при реализации анизотропного нелинейного электроотражения.. Для этого наряду, с экспериментальным изучением явления анизотропного ИЗО необходимо осуществить его феноменологической описание. .Такое описание в случае полупроврдшпсов получено в настоящей работе.
Нелинейное элекгроотражение 'является сравнительно новым оптическим методом диагностики поверхности, поэтому 'при ёгй использовании возникает вопрос о степени возмущения, вносимого в среду. Так, необходимо определить, какие" изменения*-в состояние поверхности полупроводников '.вносит,' 'во-первых, электростатическое поле и, во-вторых, лазерное излучение, генерирующее ВГ.
Интересным объектом исследований с' точки зрения нелинейной, оптики являются такие фактически 'двумерные структуры, как -ленгмюровские плевки (ЛП).. Традиционные'методы изучения тонких пленок - електронографія і рен'тгеноструктурный анализ-, ИК-спектроскопия - оказываются.малоэффективным;!,'если число монослоев молекул в пленке мало. В этом случае-больйими преимуществами обладают нелинейно- оптические методы, которые чувствительны к малым количествам вещества S ЛП. Помимо определения основных параметров ЛП (например, ;направления преимущественной -ориентации микрокристаллитов), важна возможность изменять эти параметры заданным ооразом с помощь»
внешних воздействий, в том числе с помощью поляризованного излучения, частота которого попадает в полосу поглощения молекул, образующих пленку. Такие исследования могут привести в дальнейшем к разработке оптических ячеек памяти. ... Цель диссертации состояла в экспериментальном исследовании процесса генерации отракенной второй гармоники в монокристаллах металлов, центросимметричных полупроводников и в ленгмюровских пленках. Основное внимание Снло уделено изучению азимутальной анизотропии интенсивности, отраженной ВГ. Одна из главных задач работы заключалась в выяснении механизмов нелинейного электроотраяения на границах раздела металл - электролит и полупроводник - электролит и развитии на этой основе новых нелинейно - оптических методов исследования и контроля свойств поверхности твердого тела. .
другой важной задачей являлось изучение фотоиидуцированных изменений анизотропных нелинейно оптических свойств ленгмюровских пленок на основе анализа азимутальных угловых зависимостей интенсивности ВГ.
Научная новизна.
В диссертации впервые проведено последовательное экспериментальное . исследование анизотропии интенсивности отраженной ВГ для различных физических объектов - металлов, полупроводников и тонких пленок, что привело к дальнейшему развитию представлений о механизмах поверхностных нелинейно -оптических явлений.
1. Экспериментально исследована анизотропия нелинейного . алектроотражения для граней (111) и (001) монокристалла
серебра и 'впервые установлено, что НЭО имеет резонансный характер, обусловленный, по-видимому, адсорбционными поверхностными состояниями.
2. Впервые экспериментально исследовано анизотропное НЭО
в полупроводниках и предложено его феноменологическое
описание.
3. Впервые экспериментально исследован эффект
фотогенерации свободных носителей в полупроводнике и определен
их вклад в интенсивность отраженной ВГ.
-
Впервые исследовано влияние зарядового состояния границы раздела полупроводник - электролит на уровень оптического пробоя поверхности полупроводника.
-
Впервые обнаружена и экспериментально исследована фотоипдуцированная анизотропия нелинейно - оптических свойств ленгмюровских пленок.
практическая ценность.
Развитие в диссертации нелинейно - оптические методы исследования поверхности твердого тела - анизотропия интенсивности отраженной ВГ и анизотропное нелинейное элекгроогражение - могут найти применение как при фундаментальных физико-химических исследованйх поверхностных процессов, так я в качестве бесконтактных неразрушапднх методов диагностики поверхности твердого тела и тонких пленок.
Генерация анизотропной ВГ является эффективным методом исследования пленок Лепгмюра. Этот метод позволяет измерять величину нелинейной восприимчивости, определять тип упакЬвки пленок, а также изучать анизотропии их кристаллической
структуры, т.е. выделять направление преимущественной ориентации микрокрйстадлнтов. Обнаруженное в работе фотоиндуцироаанное изменение анизотропных характеристик ЛП tenet служить основой для создания на базе ЛП оптических ячеек памяти.
' Метод анизотропного ВЭО позволяет определять многие важнейшие параметры границы раздела полупроводник. -электролит: потенциал плоских зон, гаряд и толщину окисной, пленки, плотность поверхностных состояний.
Исследование возмущении, вносимых в полупроводник, излучением накачки, дало возможность определить поправку к абсолютной величине . нелинейного отклика поверхности; обнаруженное влияние электростатического поля, приложенного к .юлупроводнику,. на уровень оптического пробоя поверхности устанавливает ограничение на мощность излучения накачки в зависимости от величины напряженности алектического поля.
Апробация работы.
Материалы диссертационной работы докладывались на Всесоюзных конференциях та когерентной и нелинейной оптике (XIII, г.Минск, 1988 г.; XTV, г.Ленинград, 1991 г.). Международной конференции по пленкам Ленгмюра - Блоджетт (Париж, 199.1 г.).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 6 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Сруктура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глави заключения. Общий объем работы, включая список литературы из наименований, составляет 130 страниц, из них 30 рисунков и 3 таблицы.
