spektroskopia007

14

Jeżeli absorpcja a lub grubość próbki d jest odpowiednio duża, tzn. a-d > 1,4, wtedy otrzymujemy

a =

T

(I-*)²’

(2.23)

Dla cienkich warstw, w których obserwujemy efekty interferencyjne

« = -l_h,-(^ + 2r_iri)+[K2r,_i)^,+4rMrn-^

d    2TR

gdy brak interferencji, tzn. kiedy absorpcja jest odpowiednio duża

(2.25)

l₁_-A+(A+4T²r?r²2)¹'²

a = —_;m--,

d    2 TR

_ »o-”i

n₀ + ⁿi’

gdzie: r₁ =

16nin₂

K + "i)²(”₁ + ”2)²’

n₀, n₁, n₂ — odpowiednio współczynniki załamania dla powietrza, badanego ośrodka i podłoża.

W ośrodkach przezroczystych współczynnik załamania n przyjmuje wartości od 1 do 4. Jeżeli n = 1 i współczynnik ekstynkcji x = 1, to dla 2=1 pm współczynnik absorpcji osiąga wartość a « 10⁵ cm^-1. Wtedy na grubości ośrodka d = 0,1 pm większość promieniowania zostanie zaabsorbowana — materiał o takich stałych optycznych jest nieprzezroczysty.

W zakresie fal widzialnych głębokość wnikania fali 1/a jest rzędu 0,1 — 1 pm. W obszarze podczerwieni wartość ta przekracza zazwyczaj 1 pm.

Jeżeli ośrodek jest przezroczysty, tzn. a< 1 cm^-1, co odpowiada k < 10~⁵ dla 2=1 pm, to współczynnik załamania można wyznaczyć klasyczną metodą, np. przez pomiar najmniejszego odchylenia promienia przechodzącego przez próbkę ośrodka w kształcie klina. Musimy dysponować jednak odpowiednio dużą próbką. Gdy próbka jest odpowiednio cienka i płasko-równoległa, wówczas pomiar interferencji światła przechodzącego lub odbitego pozwala określić współczynnik załamania, a oba te pomiary — również współczynnik absorpcji.

Dla półprzewodników o małej koncentraqi nośników zakres energii między przejściami fononowymi a krawędzią absorpcji podstawowej odpowiada dobrej przezroczystości a ^1 cm^-1. Dla mniejszych energii — w obszarze absorpcji fononowej, oraz dla większych — krawędź absorpcji podstawowej, w celu wykonania pomiaru należy dysponować odpowiednio cienkimi próbkami. Absorpcję wyznaczamy mierząc transmisję i odbicie światła.

W obszarze występowania bardzo dużych wartości współczynnika absorpcji, gdy a ^ 10⁴cm^-1, wyznaczenie go z pomiaru transmisji jest niezwykle trudne lub niemożliwe, dysponować bowiem musimy próbkami o grubości mniejszej niż 1 pm. W takich przypadkach w celu wyznaczenia wartości n i x (cj,£₂X a więc i a, posługujemy się relacjami Kramersa —Kroniga dla współczynnika odbicia R. Należy jednak pamiętać, że pomiar współczynnika odbicia jest niezwykle czuły na przygotowanie powierzchni próbki. Na przebieg funkcji optycznych ma wpływ zanieczyszczenie oraz stan warstwy przypowierzchniowej. Gdy a > 10⁴ cm^-1, wówczas światło wnika na głębokości znacznie mniejsze niż 1 pm. Utlenienie powierzchni GaAs na głębokości tylko 10 A zmienia wysokoenergetyczną część funkcji optycznych do 10% [1].

Układ do pomiarów transmisji lub odbicia składa się zawsze ze źródła promieniowania, monochromora, systemu prowadzenia światła do i od badanej próbki oraz detektora. Jako źródła promieniowania stosowane są w kolejności od najdłuższych do najkrótszych fal:

—    ciśnieniowe lampy rtęciowe — daleka podczerwień,

—    ogrzewane do żarzenia pręty globarowe wykonane z węglika krzemu — podczerwień,

—    lampy halogenowe — bliska podczerwień i zakres widzialny,

—    lampy deuterowe — bliski ultrafiolet,

—    próżniowe lampy wodorowe 3,5 — 15 eV,

—    próżniowe lampy argonowe i helowe — 13—28 eV.

W dalekiej podczerwieni jako detektory stosuje się termopary, np. Bi—Sb, Bi—Te oraz bolometry (oporniki cienkowarstwowe) i komórki Golaya (wykorzystujące rozszerzanie gazu). W obszarze bliskiej podczerwieni najlepsze są detektory półprzewodnikowe wykonane z domieszkowanego Ge oraz InSb, HgCdTe, PbS, PbSe, InAs, InGaAs. W obszarze widzialnym i ultrafiolecie optymalne są detektory pół-