The 28 reference contexts in paper O. Poklonskaya N., О. Поклонская Н. (2015) “МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В БОРСОДЕРЖАЩИХ АЛМАЗАХ ПО ИНТЕНСИВНОСТИ ЕГО КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ // TECHNIQUE OF ESTIMATE OF ABSORPTION COEFFICIENT LASER RADIATION IN BORON DOPED DIAMONDS BY INTENSITY OF RAMAN SCATTERING” / spz:neicon:pimi:y:2013:i:2:p:73-79

  1. Start
    1541
    Prefix
    (E-mail: olga.poklonskaya@tut.by) Ключевые слова: монокристаллы синтетического алмаза, легирование атомами бора, комбинационное рассеяние света, коэффициент поглощения излучения лазера. Введение Синтетические алмазы перспективны для применения в высоковольтной и силовой электронике
    Exact
    [1, 2]
    Suffix
    , радиационно стойких детекторах заряженных частиц [3], в качестве подложек для эпитаксиальных технологий [4], а также электродов для электрохимии [5, 6]. Атомы бора относительно равномерно «растворяются» в алмазах до концентраций NB ≈ 1022 см3 (см., например, [7]), придавая им электропроводность pтипа.
    (check this in PDF content)

  2. Start
    1598
    Prefix
    (E-mail: olga.poklonskaya@tut.by) Ключевые слова: монокристаллы синтетического алмаза, легирование атомами бора, комбинационное рассеяние света, коэффициент поглощения излучения лазера. Введение Синтетические алмазы перспективны для применения в высоковольтной и силовой электронике [1, 2], радиационно стойких детекторах заряженных частиц
    Exact
    [3]
    Suffix
    , в качестве подложек для эпитаксиальных технологий [4], а также электродов для электрохимии [5, 6]. Атомы бора относительно равномерно «растворяются» в алмазах до концентраций NB ≈ 1022 см3 (см., например, [7]), придавая им электропроводность pтипа.
    (check this in PDF content)

  3. Start
    1654
    Prefix
    Введение Синтетические алмазы перспективны для применения в высоковольтной и силовой электронике [1, 2], радиационно стойких детекторах заряженных частиц [3], в качестве подложек для эпитаксиальных технологий
    Exact
    [4]
    Suffix
    , а также электродов для электрохимии [5, 6]. Атомы бора относительно равномерно «растворяются» в алмазах до концентраций NB ≈ 1022 см3 (см., например, [7]), придавая им электропроводность pтипа.
    (check this in PDF content)

  4. Start
    1699
    Prefix
    Введение Синтетические алмазы перспективны для применения в высоковольтной и силовой электронике [1, 2], радиационно стойких детекторах заряженных частиц [3], в качестве подложек для эпитаксиальных технологий [4], а также электродов для электрохимии
    Exact
    [5, 6]
    Suffix
    . Атомы бора относительно равномерно «растворяются» в алмазах до концентраций NB ≈ 1022 см3 (см., например, [7]), придавая им электропроводность pтипа. Такие легированные алмазы используются для исследования и в практических разработках.
    (check this in PDF content)

  5. Start
    1815
    Prefix
    Введение Синтетические алмазы перспективны для применения в высоковольтной и силовой электронике [1, 2], радиационно стойких детекторах заряженных частиц [3], в качестве подложек для эпитаксиальных технологий [4], а также электродов для электрохимии [5, 6]. Атомы бора относительно равномерно «растворяются» в алмазах до концентраций NB ≈ 1022 см3 (см., например,
    Exact
    [7]
    Suffix
    ), придавая им электропроводность pтипа. Такие легированные алмазы используются для исследования и в практических разработках. В работе [8] предложен метод генерации терагерцевого электромагнитного излучения, основанный на создании спектрально ограниченной инверсии населенностей между подзонами легких и тяжелых дырок в валентной зоне высококачественных кристаллов алмаза p-типа.
    (check this in PDF content)

  6. Start
    1958
    Prefix
    Атомы бора относительно равномерно «растворяются» в алмазах до концентраций NB ≈ 1022 см3 (см., например, [7]), придавая им электропроводность pтипа. Такие легированные алмазы используются для исследования и в практических разработках. В работе
    Exact
    [8]
    Suffix
    предложен метод генерации терагерцевого электромагнитного излучения, основанный на создании спектрально ограниченной инверсии населенностей между подзонами легких и тяжелых дырок в валентной зоне высококачественных кристаллов алмаза p-типа.
    (check this in PDF content)

  7. Start
    2588
    Prefix
    Использование синтетических монокристаллов алмаза в приборостроении предполагает отбор пригодных образцов из алмазного сырья. Для этого предложено достаточно много оптических методов исследования свойств алмазов
    Exact
    [9]
    Suffix
    . Например, в работе [10] предложено использовать полуширину Г1332 линии 1332 см1 в спектре КРС в качестве критерия совершенства кристаллической структуры алмаза. В работе [11] наблюдалась ясная зависимость положения максимума линии 1332 см1 (сдвиг в область низких частот) при увеличении концентрации бора NB в нанокристаллических алмазных пленках.
    (check this in PDF content)

  8. Start
    2615
    Prefix
    Использование синтетических монокристаллов алмаза в приборостроении предполагает отбор пригодных образцов из алмазного сырья. Для этого предложено достаточно много оптических методов исследования свойств алмазов [9]. Например, в работе
    Exact
    [10]
    Suffix
    предложено использовать полуширину Г1332 линии 1332 см1 в спектре КРС в качестве критерия совершенства кристаллической структуры алмаза. В работе [11] наблюдалась ясная зависимость положения максимума линии 1332 см1 (сдвиг в область низких частот) при увеличении концентрации бора NB в нанокристаллических алмазных пленках.
    (check this in PDF content)

  9. Start
    2769
    Prefix
    Для этого предложено достаточно много оптических методов исследования свойств алмазов [9]. Например, в работе [10] предложено использовать полуширину Г1332 линии 1332 см1 в спектре КРС в качестве критерия совершенства кристаллической структуры алмаза. В работе
    Exact
    [11]
    Suffix
    наблюдалась ясная зависимость положения максимума линии 1332 см1 (сдвиг в область низких частот) при увеличении концентрации бора NB в нанокристаллических алмазных пленках. В работе [12] найдена корреляция между Г1332 и энергией термической ионизации атомов бора (как водородоподобных акцепторов).
    (check this in PDF content)

  10. Start
    2962
    Prefix
    В работе [11] наблюдалась ясная зависимость положения максимума линии 1332 см1 (сдвиг в область низких частот) при увеличении концентрации бора NB в нанокристаллических алмазных пленках. В работе
    Exact
    [12]
    Suffix
    найдена корреляция между Г1332 и энергией термической ионизации атомов бора (как водородоподобных акцепторов). Цель работы – оценить величину коэффициента поглощения излучения лазера в легированных атомами бора синтетических монокристаллах алмаза по интегральной интенсивности линии 1332 см1 КРС кристаллической решеткой.
    (check this in PDF content)

  11. Start
    3623
    Prefix
    Образцы, методика и результаты измерений Исследовались образцы монокристаллов алмаза, синтезированные в РУП «Адамас-БГУ» методом температурного градиента в системе Fe–Ni–C (элементы этой технологии обсуждаются в работах
    Exact
    [10, 13]
    Suffix
    ). Бор вводился в алмазы в процессе их синтеза из шихты. Концентрация атомов бора NB в образцах (см. таблицу) определялась на вторично-ионном масс-спектрометре IMS-4F Cameca (Франция); ГЦ «Белмикроанализ» ОАО «Интеграл».
    (check this in PDF content)

  12. Start
    5241
    Prefix
    Измерения проводились при комнатной температуре на воздухе. Спектры КРС регистрировались из пяти точек в центральной части поверхности (100) алмаза на расстоянии приблизительно 5 мкм одна от другой. Согласно
    Exact
    [14, 15]
    Suffix
    , показатель преломления алмаза n  2,426 для   532 нм. Заметим, что если фокусировка лазерного излучения происходит в глубине алмаза на расстоянии f от его поверхности, то в приближении геометрической оптики [16] имеем соотношение: f  nf0[cosβ/cosα]  nf0, где f0 – расстояние до фокальной плоскости микроскопа КРСспектрометра без учета преломления излучения на границе возду
    (check this in PDF content)

  13. Start
    5468
    Prefix
    Согласно [14, 15], показатель преломления алмаза n  2,426 для   532 нм. Заметим, что если фокусировка лазерного излучения происходит в глубине алмаза на расстоянии f от его поверхности, то в приближении геометрической оптики
    Exact
    [16]
    Suffix
    имеем соотношение: f  nf0[cosβ/cosα]  nf0, где f0 – расстояние до фокальной плоскости микроскопа КРСспектрометра без учета преломления излучения на границе воздух-алмаз; α, β – углы между нормалью к плоской поверхности алмаза и образующей зондирующего светового пучка в воздухе (α) и внутри алмаза (β).
    (check this in PDF content)

  14. Start
    6444
    Prefix
    В легированном кристалле, если δs  dex, рассеянный свет выходит из приповерхностного слоя алмаза толщиной примерно δs  1/αs, где αs – коэффициент поглощения излучения на длине волны   532 нм. Рисунок 1 – Схема регистрации рассеянного света при фокусировке конфокальным микроскопом КРС-спектрометра пучка лазерного излучения на поверхности алмаза Согласно
    Exact
    [14, 17]
    Suffix
    коэффициент отражения лазерного излучения (  532 нм) от поверхности алмаза составляет  0,1732. Оценим возможное влияние свободных дырок, появляющихся в v-зоне алмаза вследствие легирования его бором, на изменение коэффициента отражения в нашем эксперименте.
    (check this in PDF content)

  15. Start
    6806
    Prefix
    Оценим возможное влияние свободных дырок, появляющихся в v-зоне алмаза вследствие легирования его бором, на изменение коэффициента отражения в нашем эксперименте. Плазменная угловая частота ωpl для дырок vзоны исследуемых монокристаллов
    Exact
    [18, 19]
    Suffix
    : ωpl  pp p pm e m ep     22 , (1) где e – элементарный заряд; p – концентрация дырок; mp  m0 – оптическая эффективная масса дырки, иначе – эффективная масса электропроводности дырки [20]; m0 – масса электрона в вакууме; ε  5,7ε0 – статическая диэлектрическая проницаемость алмаза; ε0  8,85 пФ/м – электрическая постоянная; σp – удельная электропроводность алмаза на постоянно
    (check this in PDF content)

  16. Start
    7064
    Prefix
    Плазменная угловая частота ωpl для дырок vзоны исследуемых монокристаллов [18, 19]: ωpl  pp p pm e m ep     22 , (1) где e – элементарный заряд; p – концентрация дырок; mp  m0 – оптическая эффективная масса дырки, иначе – эффективная масса электропроводности дырки
    Exact
    [20]
    Suffix
    ; m0 – масса электрона в вакууме; ε  5,7ε0 – статическая диэлектрическая проницаемость алмаза; ε0  8,85 пФ/м – электрическая постоянная; σp – удельная электропроводность алмаза на постоянном токе; μp – подвижность «свободных» дырок, 1 i 11 lp [21]; μi – подвижность дырок, ограниченная их рассеянием на ионизированных примесях, μl   2100 см2/(В·с) – подвижность дырок,
    (check this in PDF content)

  17. Start
    7316
    Prefix
    заряд; p – концентрация дырок; mp  m0 – оптическая эффективная масса дырки, иначе – эффективная масса электропроводности дырки [20]; m0 – масса электрона в вакууме; ε  5,7ε0 – статическая диэлектрическая проницаемость алмаза; ε0  8,85 пФ/м – электрическая постоянная; σp – удельная электропроводность алмаза на постоянном токе; μp – подвижность «свободных» дырок, 1 i 11 lp
    Exact
    [21]
    Suffix
    ; μi – подвижность дырок, ограниченная их рассеянием на ионизированных примесях, μl   2100 см2/(В·с) – подвижность дырок, ограниченная их рассеянием дырок на колебаниях кристаллической решетки алмаза при комнатной температуре [22, 23].
    (check this in PDF content)

  18. Start
    7553
    Prefix
    м – электрическая постоянная; σp – удельная электропроводность алмаза на постоянном токе; μp – подвижность «свободных» дырок, 1 i 11 lp [21]; μi – подвижность дырок, ограниченная их рассеянием на ионизированных примесях, μl   2100 см2/(В·с) – подвижность дырок, ограниченная их рассеянием дырок на колебаниях кристаллической решетки алмаза при комнатной температуре
    Exact
    [22, 23]
    Suffix
    . Для оценки величины ωpl примем линейную аппроксимацию в двойном логарифмическом масштабе экспериментальных данных по электропроводности σp и подвижности μi монокристаллов алмаза [24–27]: lg(σp/(Ом1·см1))  24,0  1,19lg(NB/см3), lg(μi/(см 2 ·В 1 ·с 1 ))  20,1  0,958lg(NB/см 3 ), (2) в интервале концентраций атомов бора NB   1·1017–2·1020 см3 и степени их компе
    (check this in PDF content)

  19. Start
    7744
    Prefix
    рассеянием на ионизированных примесях, μl   2100 см2/(В·с) – подвижность дырок, ограниченная их рассеянием дырок на колебаниях кристаллической решетки алмаза при комнатной температуре [22, 23]. Для оценки величины ωpl примем линейную аппроксимацию в двойном логарифмическом масштабе экспериментальных данных по электропроводности σp и подвижности μi монокристаллов алмаза
    Exact
    [24–27]
    Suffix
    : lg(σp/(Ом1·см1))  24,0  1,19lg(NB/см3), lg(μi/(см 2 ·В 1 ·с 1 ))  20,1  0,958lg(NB/см 3 ), (2) в интервале концентраций атомов бора NB   1·1017–2·1020 см3 и степени их компенсации ≈ 0,1 атомами азота.
    (check this in PDF content)

  20. Start
    8357
    Prefix
    Так как частота излучения лазера ω/2π  563 ТГц (где ω   2πc/λ; c  299792458 м/с – скорость света в вакууме) гораздо больше плазменной частоты (ω  ωpl) для всех кристаллов, то изменением коэффициента отражения света за счет плазменного отражения дырками v-зоны можно пренебречь
    Exact
    [28, 29]
    Suffix
    . Считаем в соответствии с экспериментом, что контур линии (распределение интенсивности IR комбинационно рассеянного света по частоте νR; рисунок 2) имеет форму линии Лоренца [30]: IR(νR)  Ibg(νR)  IR(max)Г2/(4(νR  νR(с))2  Г2)   (2AR/π)Г/(4(νR  νR(с))2  Г2), (3) где Ibg(νR) – фон, на котором «размещается» алмазная линия νR(с)  1332 см1; IR(max)  I1332 – пиковая интенсив
    (check this in PDF content)

  21. Start
    8542
    Prefix
    скорость света в вакууме) гораздо больше плазменной частоты (ω  ωpl) для всех кристаллов, то изменением коэффициента отражения света за счет плазменного отражения дырками v-зоны можно пренебречь [28, 29]. Считаем в соответствии с экспериментом, что контур линии (распределение интенсивности IR комбинационно рассеянного света по частоте νR; рисунок 2) имеет форму линии Лоренца
    Exact
    [30]
    Suffix
    : IR(νR)  Ibg(νR)  IR(max)Г2/(4(νR  νR(с))2  Г2)   (2AR/π)Г/(4(νR  νR(с))2  Г2), (3) где Ibg(νR) – фон, на котором «размещается» алмазная линия νR(с)  1332 см1; IR(max)  I1332 – пиковая интенсивность (при νR  νR(с)); Г – ширина линии (в единицах частоты νR) на полувысоте; AR   (π/2)IR(max)Г – площадь под лоренцевой кривой (интегральная интенсивность алмазной линии νR(с)
    (check this in PDF content)

  22. Start
    10322
    Prefix
    3 – Экспериментальные зависимости интегральной интенсивности (A1332) и полуширины (Г1332) линии комбинационного рассеяния света (νR(с)   1332 см1) в монокристаллах синтетического алмаза p-типа от концентрации атомов бора; штриховые линии проведены для удобства восприятия; ud – специально нелегированный бором образец Обсуждение результатов Опираясь на практику КРС (см., например,
    Exact
    [31–33]
    Suffix
    ), дадим элементарную интерпретацию полученных нами результатов (рисунок 3) в рамках классической электродинамики световых пучков. Считаем, что электрическая Eex и магнитная Hex компоненты излучения лазера в алмазе изменяются как [19, 34]: Eex  exp[i(kz  ωt)], Hex  exp[i(kz  ωt)], (4) где i – мнимая единица; k  k1  ik2 – комплексное волновое число; z – координата вдоль эл
    (check this in PDF content)

  23. Start
    10567
    Prefix
    для удобства восприятия; ud – специально нелегированный бором образец Обсуждение результатов Опираясь на практику КРС (см., например, [31–33]), дадим элементарную интерпретацию полученных нами результатов (рисунок 3) в рамках классической электродинамики световых пучков. Считаем, что электрическая Eex и магнитная Hex компоненты излучения лазера в алмазе изменяются как
    Exact
    [19, 34]
    Suffix
    : Eex  exp[i(kz  ωt)], Hex  exp[i(kz  ωt)], (4) где i – мнимая единица; k  k1  ik2 – комплексное волновое число; z – координата вдоль электрической компоненты светового поля внутри образца алмаза; ω – угловая частота излучения лазера; t – время.
    (check this in PDF content)

  24. Start
    11322
    Prefix
    Плоская однородная и линейно поляризованная световая волна (излучение лазера), распространяющаяся в материале с магнитной μ  μ1  iμ2 и диэлектрической ε  ε1  iε2 проницаемостями, характеризуется комплексным волновым числом k   ωεμ  k1  ik2; постоянная распространения k1 и коэффициент затухания k2 определяются соотношениями
    Exact
    [34, 35]
    Suffix
    : 11122|||| 2   k, 21122|||| 2   k, (5) где |ε|  2221, |μ|  2221. Электрическая компонента Eex обусловливает как КСР, так и нерезонансное поглощение мощности излучения лазера образцом.
    (check this in PDF content)

  25. Start
    12232
    Prefix
    В области оптических длин электромагнитных волн сложно вычислить величину k2 для синтетического алмаза из-за проявления в величинах ε и μ микронеоднородностей в распределении примесей и собственных дефектов. (В работах
    Exact
    [36, 37]
    Suffix
    теоретически показано, что микронеоднородности среды существенно влияют на ее макроскопические диэлектрическую и магнитную проницаемости.) Далее будем оперировать величиной 2k2  1/αs, где αs – коэффициент поглощения лазерного излучения в алмазе.
    (check this in PDF content)

  26. Start
    12657
    Prefix
    микронеоднородности среды существенно влияют на ее макроскопические диэлектрическую и магнитную проницаемости.) Далее будем оперировать величиной 2k2  1/αs, где αs – коэффициент поглощения лазерного излучения в алмазе. Это частично оправдано тем, что атомы бора в алмазе образуют с другими примесями и собственными дефектами глубокие уровни в запрещенной энергетической зоне алмаза
    Exact
    [38]
    Suffix
    . Известно [30–33], что интегральная интенсивность AR сигнала КРС пропорциональна Eex2 в исследуемом образце, т.е. |exp[2i(kz  ωt)]|. Точнее, интегральная интенсивность КРС на кристаллической решетке алмаза на расстоянии z от его поверхности есть: AR(z)  Jex(z), (6) где Jex(z)  [Eex(z)]2 – интенсивность возбуждающего алмаз света на глубине z.
    (check this in PDF content)

  27. Start
    12672
    Prefix
    среды существенно влияют на ее макроскопические диэлектрическую и магнитную проницаемости.) Далее будем оперировать величиной 2k2  1/αs, где αs – коэффициент поглощения лазерного излучения в алмазе. Это частично оправдано тем, что атомы бора в алмазе образуют с другими примесями и собственными дефектами глубокие уровни в запрещенной энергетической зоне алмаза [38]. Известно
    Exact
    [30–33]
    Suffix
    , что интегральная интенсивность AR сигнала КРС пропорциональна Eex2 в исследуемом образце, т.е. |exp[2i(kz  ωt)]|. Точнее, интегральная интенсивность КРС на кристаллической решетке алмаза на расстоянии z от его поверхности есть: AR(z)  Jex(z), (6) где Jex(z)  [Eex(z)]2 – интенсивность возбуждающего алмаз света на глубине z.
    (check this in PDF content)

  28. Start
    13616
    Prefix
    d) и нелегированного (символ ud) образцов алмаза: AR(d)  S   dex 0 AR(z)Jex(z)dz   S[Jex(0)]2                   s sexd2exp1 2 , AR(ud)  AR(d)(δs  2dex)  S[Jex(0)]2dex. Так что отношение интегральной интенсивности линии КРС легированного бором кристалла алмаза AR(d) к интегральной интенсивности линии КРС нелегированного кристалла AR(ud) есть:
    Exact
    [1exp(2)]
    Suffix
    2 1 () () sex sex ud R d Rd Ad A   . (8) Рассчитанные по формуле (8) значения коэффициента поглощения света (αs  1/δs) с учетом экспериментальных данных на рисунке 3 представлены на рисунке 4. 1017101810191020 0 0,01 0,1 1 #4 #5 #3 #2 #1 NB , см3 Рисунок 4 – Зависимость среднего значения коэффициента поглощения света (αs  1/δs) с длиной волны 532 нм в монокристаллах синтети
    (check this in PDF content)