• Nie Znaleziono Wyników

1 2 3 4 5 6 7 8 9

V 10"3 10“3 10“3 1 : 1

.

1 105 105 lO5

S2 10~3 1' 105 10“3 1 105

fO

1 o

H

' 1 105

79

-kęta padania promieniowania na próbkę, całkowita liczba fotonów padają- cych na próbkę w czaais jednej sekundy Jest niezależna od wartości kąta padania. Wobac tego, w warunkach punktowego oświetlenia próbki wielkość efektywnego natężenia promieniowania Iy , która występuje we wzorach (4.0.1) 1 (4.0.2), musi być zastąpiona wielkością

Niejednorodny rozkład natężenia oświetlenia po powierzchni badanej próbki może w istotny sposób wpłynie na kątowy zależność sygnałów wywołanych zja­

wiskiem FME (patrz rysunek 4.1.16). Przypadek ten odpowiada także wynikom doświadczalnym przedstawionym na rysunku 4.1.2. Fakt ten praktycznie unie­

możliwia wyznaczanie wartości parametrów badanego materiału na podstawie wyników badan zjawiska FME w funkcji wartości kąta padania promieniowania

na próbkę. Trzeba jednak w tym miejscu zauwazyc, iż wartość stosunku syg­

nałów FME otrzymanych przy różnej polaryzacji promieniowania padającego na próbkę jest niezależna od rozkładu natężenia oświetlenia po powierz­

chni badanej próbki (patrz rys. 4.1.16). Oeoynym warunkiem aby ten ostat­

ni wniosek był słuszny, jest na tyle małe natężenie promieniowania

pada->5

a>5

Rys. 4.1.16. Sygnały wywołane zjawiskiem FME przy różnej pola­

ryzacji promieniowania oraz sto­

sunek tych sygnałów jako funkcje kąta padania promieniowania na próbkę (W = 1 0 , K = 100, Sx »

>3,9, ie

Sg' ° i 0,02,

0,6328 ya, 1, n, = 1,5, w.

.m 50 A, ^ HqB * 0,1, indeksy p oraz s mają te same znaczenie

jak na rysunku 4.1.5) 1 - próbka jednorodnie oświetlo­

na, 2 - próbka oświetlona punkto­

wą plamką świetlną F i g ,

the

» 3 ,

4.1,16. PME responses for polarized radiation and their ratio v3 angle of incidence (>V « 10, K = 100, = Sg « 1. & “ 0,6328 ym, n = 9, IS » 0,02, n0 = 1, a 1,5, w1 • 5 nm, indexes p and s from

fig. 4.1.5)

1 - sample uniformly illuminated, 2 - sample partially illuminated

80

-jącego ns próbkę, Iż sygnał FME wywołany tyra promieniowaniem pozostaje liniowo proporcjonalny do natężenia oświetlenia. Warunek ten można w prak­

tyce stosunkowo łatwo spełnić. Dopasowując do doświadczalnej zależności stosunku vphe/vfme od kfta padania promieniowania na próbkę odpowiednie charakterystyki teoretyczne, możne określić wartości parametrów optycz­

nych badanego materiału. O ile w badanym półprzewodniku nie zachodzi inter­

ferencja promieniowania wewnętrznie w nim odbitego, to parametrami, które warstwie powierzchniowej bedanego materiału, np. gdy warstwa ta jest op­

tycznie niejednorodna, nie zachodzi w niej interferencja promieniowania wewnętrznie odbitego. Ma to silny wpływ na zależność od kąta padania pro­

mieniowania zarówno wielkości samych sygnałów FME, jak i wartości stosun­

ku sygnałów FME uzyskanych przy różnej polaryzacji używanego promieniowa­

nia (rys. 4.1.17). Wyniki przedstawione na rysunku 4.1.17 uzyskano zakła­

dając, iż nawet warstwy niejednorodne mogą być w pierwszym przybliżeniu opisane pewnymi, uśrednionymi wartościami współczynnika załamania, a na­

tężenie promieniowania wnikającego do półprzewodnika jest wówczas dane wzorem (3.1.8). Ogólnie można stwierdzić, iż przeprowadzanie badan opisa­

nych w tym rozdziało powinno być połączone z innymi badaniami optycznymi, np. z badaniami współczynnika odbicia optycznego. Pozwoli to lepiej opi­

sać badany materiał.

4.2. Zależność nieparzystego zlawiske FHE od pola magnetycznego

Jednym z nieodzownych czynników warunkujących wystąpienie zjawiska FME Jest pole magnetyczne. Oego wpływ na oraz Vp|*j£ 8,0 istotne zna­

czenie zarówno w badaniach własności półprzewodników, jak i dla praktycz­

nych zastosowań tego zjawiska do konstrukcji detektorów promieniowania należy w pierwszym przybliżeniu zbadać przypadek, w którym pole magne­

tyczne nie wpływa na wartości następujących parametrów badanego półprze­ dyfuzji nośników ładunku L w polu magnetycznym (wzór 4.0.3). Na charak­

ter zależności VFM1£(S ) wpływa oprócz zmian długości drogi dyfuzji nośni­

ków ładunku Jeszcze magnetoopór badanego półprzewodnika (wzór 3.2.17).

Zależność L(B) wpływająca na zjawisko FME jest determinowana zdo- nieszkowaniem półprzewodnika oraz wartością stosunku

82

ce, respectively. The dashed curve represents the theoretical dependence described by (4.0.1) with the assnption ry - 0. and after fitting the magnetic field for different dopings of semiconductor and for different r a t i o s o f filflc fp n n nnH h n U u

n11 1

J /.

W pracach [20, 21, 13l] analizowano wpływ różnych mechanizmów rozprasza­

nia nośników ładunku elektrycznego na zmianę wartości L w polu magne­

tycznym. Oszwałdowski [£l] stwierdził, iż najsilniejsze zmiany długości parametry, które determinują zależność zjawiska FME od długości drogi dy­

fuzji nośników ładunku w badanym materiale (patrz rozdział 4.4 oraz rysu­

nek 4.2.3). Parametry te, określające generację i rekombinację nośników ładunku w objętości oraz na powierzchniach próbki półprzewodnikowej, decy­

duję o niejednorodności rozkładu koncentracji nadmiarowych nośników ładun­

ku po grubości próbki. Dyfuzja nośników prowadzi do wyrównywania się ich koncentracji. Pole magnetyczne odchylając trajektorie dyfundujących noś­

ników zmniejsza odległość w kierunku gradientu koncentracji nośników, któ­

ra może być przebyta zanim nośniki zdążą zrekombinować. Tym samym pole me- gnetyczne wpływa na rozkład koncentracji nośników. Jeżeli promieniowanie jest silnie pochłaniane w badanym półprzewodniku, a szybkość rekombinacji na oświetlonej powierzchni próbki Jest meła w porównaniu z szybkością re­

kombinacji w objętości, to wskutek gradientu koncentracji fotogenerowane nośniki ładunku dyfundują od powierzchni oświetlonej do wnętrza próbki.

W polu magnetycznym można wówczas zaobserwować tzw. zwykłe zjawisko FME.

Zgodnie z przyjętymi założeniami, dotyczącymi kierunku padania światła i zwrotu wektora B (rozdział 4), zwykłemu zjawisku FMc odpowiada prąd zwarcia płynący w kierunku ujemnych wartości osi x, natomiast odpowiada­

jące mu pole elektryczne otwartego obwodu jest skierowane zgodnie z kie­

runkiem osi x. Natężenie prądu wywołanego zwykłym zjawiskiem FME rośnie że wzrostem indukcji pola magnetycznego i ulega nasyceniu w silniejszych polach magnetycznych (krzywa 9 na rys. 4.2.3). Przypadkowi temu odpowiada­

ją wyniki badań zależności zjawiska FME w Cc*o,27H^C,73T oc* wart0^ci in”

dukcji pola magnetycznego w temperaturze T « 166 K, jakie przedstawiono na rysunku 4.2.4, Jak również wyniki badań elektropolerowanych próbek InSb

84

-przedstawione na rys, 8.6.1. Podobne wyniki doświadczalne odnotowano tak­

że w pracy [132J . Oezelł szybkość rekombinacji na oświetlonej powierzchni półprzewodnika Jest duża, to pole magnetyczne odchylając dyfundujące noś­

niki ładunku w stronę tej powierzchni powoduje szybszą ich rekombinację.

Tym samym do koriców próbki dociera mniejsza liczba nadmiarowych nośników ładunku 1 natężenie prądu wywołanego zjawiskiem FME w silnych polach

mag-Kye. 4.2.3. Natężenie prądu zwarcia wywołanego zjawiskiem Fft w jednost­

kach względnych Jako funkcja indukcji pola magnetycznego dla różnych war­

tości parametrów półprzewodnika (ne/nh « 10- 4 , ^ e/f*h “ 2,6, ^ He/MHh ■

« 2,5, r ■ O, © = 0°, oznaczenia krzywych wg tabl. 4.2.2, obli­

czenia wykonano wg (4.0.1) i (4.0.2)

Fig. 4.2,3. Short-circuit PME current (in rei. units) vs magnetic field for different values of semiconductor parameters (ne/n^ “ 10”4 , ^ e ^ h “

■» 2,6, ^ n e ^ H h " 2 '5, “ 1 * rv ■ °* ® “ °°» curve marks from table 4.2.2)

85

-Tablica 4.2.2

Numer krzywej

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

kew 10 10 10 10 10 102 1 10 103 103

w V 5 J

0.2 2 4 10 4 0.2 103 4 10 10

8 iw

T C

103 103 103 103 103 103 103 104 10"3 103

82w

10 10 10 10 1 10

10 i 10 10-3 103

Rye. 4.2.4. Wpływ pola magnetycznego na na­

pięcie elektryczne wywołane zjawiskiem FME w CdQ 27Н®0 73Tb W tenPeraturach ! 1 - T ■ 288 K, 2 - 221 K, 3 - 166 К (fc = 0,6328 ,um). Krzywe ciągłe odpowiadają zależności teoretycznej (4.0.1) przy zełożeniu rv = O, jakie dopasowa-0,5 1,0 1,5 no do wyników doświadczalnych w pracy [72J

me-todą opisaną w rozdziale 8.6.3

Fig. 4.2.4. Dependence of the PME response (in rel. units) in cdxH91_xTe on magnetic field in different temperatures! 1 - T = 288 K, 2 - 221 K, 3 - 166 К ( & = 0,6329 u«). Solid curves represent the theoretical depen­

dence described by (4.0.1) with the assumption r » O, and fitted in [72J using the method presented in chapter 8.6.3

netycznych maleje ze wzrostem indukcji tego pola (krzywa 10 na rys.4.2.3).

Przypadkowi temu odpowiadają wyniki badań mechanicznie polerowanych pró­

bek InSb, Jakie przytoczono na rysunkach 4.2.5 oraz 8.6.1. 0 silnym wpły­

wie szybkości powierzchniowej rekombinacji nośników ładunku na zależność zjawiska FME od pola magnetycznego można się dobitnie przekonać porównu­

jąc krzywe E i M na rye. 8.6.1, odpowiadające wynikom badan próbek InSb o różnie obrabianych powierzchniach.

3eżeli promieniowanie jest słabo pochłaniane w badanym materiale, a szybkość rekombinacji na oświetlonej (czołowej ) powierzchni półprzewodni­

ka Jest znacznie większa od szybkości rekombinacji w objętości oraz na powierzchni nieoświetlonej, to koncentracja nośników ładunku wewnątrz półprzewodnika może być większa niż na jego powierzchni, wskutek tego nad­

miarowe nośniki ładunku będą dyfundowały od wnętrza półprzewodnika do ja­

go oświetlonej powierzchni i będzie można zaobserwować tzw. ujemne

zja 86 zja

-Rys. 4.2.5. Natężenia prądu zwarcio­

wego wywołanego zjawiskiem FME w funk­

cji indukcji pola magnetycznego, za­

obserwowane w InSb-p przez Kurnicka 1 innych [512]. Krzywe cięgłe odpo­

wiadają zależnościom teoretycznym opi­

sanym wzorem (4.0.1) przy założeniu ry ■> O, e = 0°, Jakie dopasowano do wyników doświadczalnych metodę przed­

stawiony w rozdziale 8.6.3 Fig. 4.2.5. Dependence of the PME short-circuit current in p-lnSb on

M

agnetic field after Kurnick et al, 512]. Solid curves represent the best fitting of formula (4.0.1) using the method refer in chapter 8.6.3 (r =0,

S . 0°)

wieko FME. Przypadkowi takiemu odpowiada krzywa 1 na rye. 4.2.3. Należy zauwazyć, iż w silniejszych polach magnetycznych natężenie prądu zwarcia maleje ze wzrostem B podobnie jak w przypadku zwykłego zjawiska FME w próbce o dużej szybkości rekombinacji powierzchniowej. Oeżełi promienio­

wanie Jest silniej pochłaniane w badanym materiale (porównaj krzywe 6 1 1 na rys. 4.2.3) l u b rekombinacja objętościowa jest na tyle efektywna, iż n o ś n i k i ł a d u n k u nie zdężę przedyfundować odległości równej grubości prób­

k i w czasie r ów n y m i c h c z a s o w i ż y c i a (porównaj krzywe 2 i 1 na rys.4.2.3), t o u j e m n e z j a w i s k o FME o b s e r w o w a n e w s ł a b y c h p o l a c h m a g n e t y c z n y c h m o ż e p r z e j ś ć w z w y k ł e z j a w i s k o FME z e w z r o s t e m i n d u k c j i pola magnetycznego.

Z m i a n ę p o l a r y z a c j i z j a w i s k a FME ze w z r o s t e m i n d u k c j i p o l a m a g n e t y c z n e g o p r z y j ę t o n a z y w a ć a n o m a l n y m z j a w i s k i e m FME [l6, 2l] . E f e k t t e n z a o b s e r w o ­ w a n o m i ę d z y i n n y m i w p r a c a c h [16, 21, 133] ( p a t r z r y s u n k u 4.2.6 i 4.2.7).

Z w i ę k s z e n i e k e l u b z m n i e j s z e n i e % p o w o d u j e , i ż z w y k ł e z j a w i s k o FME m oże p o j a w i ć s i ę w s ł a b s z y c h p o l a c h m a g n e t y c z n y c h ( r y s u n e k 4.2.3). P u n k t p r z e j ś c i a u j e m n e g o z j a w i s k a FME w z w y k ł e z j a w i s k o p r z e s u w a s i ę w s t r o n ę s i l n i e j s z y c h pól m a g n e t y c z n y c h z e z m n i e j s z e n i e m s i ę s 2 ( p a t r z k r z y w e 3 i 5 n a r y s u n k u 4.2.3) l u b z e z w i ę k s z e n i e m s i ę s 1 ( p a t r z k r z y w e 3 i 8 n a r y s u n k u 4,2.3). O e ż e l i p r o m i e n i o w a n i e J e s t s ł a b o p o c h ł a n i a n e w b a d a n y m p ó ł p r z e w o d n i k u o r a z s z y b k o ś ć r e k o m b i n a c j i n a o ś w i e t l o n e j p o w i e r z c h n i j e s t duża o r a z w c i ę ą u c z a s u ż y c i a n o ś n i k i ł a d u n k u n i e z d ę ż ę p r z e d y f u n d o w a ć odległości równej grubości p r ó b k i , t o j e s t m o ż l i w e p r z e j ś c i e z w y k ł e g o z j a ­ wiska FME w z j a w i s k o ujemne z e w z r o s t e m i n d u k c j i p o l a m a g n e t y c z n e g o

(krzywa 7 n a rys. 4.2.3). M e c h a n i z m t e g o e f e k t u j e s t p o d o b n y j a k w p r z y ­ p a d k u p r z e j ś c i a u j e m n e g o z j a w i s k a FME w z a j w i s k o z w y k ł e , w z r o s t indukcji p o l a m a g n e t y c z n e g o o g r a n i c z a j ą c d y f u z j ę nośników zmienia rozkład koncen­

tracji nośników ładunku. Różnica natomiast jest następujęca. w przypadku

87

-Rys. 4.2.6. Natężenie pola elektrycz­

nego wywołane zjawiskiem FME w anody- zowych próbkach n-InSb, jakie badano w pracy [l6]i A - temperatura pokojo­

wa (skala x 10“6 ), x - temperatura 8 8 K (skala x lO- 4 ), • - temperatura 88 K, powierzchnia próbki naświetlona świa­

tłem pokojowym (skala x 10- 5 ). Krzywe cięgłe odpowiadają zależności (4.0.1) przy założeniu ry = O. Dopasowano je w pracy [671 metodę opisaną w rozdzia­

le 8.6.3

Fig. 4.2.6. Dependence of the PME short-circuit current in anodized n-InSb on magnetic field after Lile [l6] { A - room temperature (scale x 1 0"5 ) * x -T » 88 K (scale x 10"4 j; • -T « 88 K, sample illuminat3d by daylight.Solid curves represent the best fitting of formula (4.0.1) using the method re­

fer in chapter 8.6.3, The fitting was done in [67]

Rys. 4.2.7. Zależność natężenia prędu zwarciowego wywołanego zjawiskiem FME w n-InSb, jakę zarejestrowano w pracy [133]. Krzywa cięgła odpowiada zależ­

ności (4.0.1) przy założeniu ry « 0.

Dopasowano Ję w pracy [68] metodę opi- sanę w rozdziale 8,6.3

Fig. 4.2.7. PME 3hort-circuit current in n-InSb as a function of magnetic field (after welzenis and Zeeuwen [l33]). Solid curve represents the beet fitting of formula (4.0.1) using the method refer in chapter 8.6.3. The

fitting was done in [68]

przejścia zjawiska ujemnego w zjawisko zwykłe w silnych polach magnetycz­

n y c h niejednorodny rozkład koncentracji nośników Jest determinowany przez

niejednorodną fotogenerację. W przypadku przejścia zjawiska zwykłego w ujemne na rozkład koncentracji nośników w silnych polach magnetycznych ma d e c y d u j ą c y w p ł y w r ó ż n a s z y b k o ś ć rekombinacji na powierzchniach oświetlo­

nej i nieoświetlonej próbki.

Należy podkreślić, iż zmiana wartości indukcji pola magnetycznego, w którym znajduje się półprzewodnik, może powodować nie tylko zmianę znaku wielkości charakteryzujących zjawisko FME, lecz może także wywołać w y­

stępowanie dwóch ekstremów na krzywej opisującej zależność zjawiska FME od pola magnetycznego (krzywa 3 na rys. 4.2.3). Oeszcze istotniejsza jeet

B I T)

88

-możliwość występowania nieliniowej zależności zjawiska FME od pola magne­

tycznego w słabych polach, w których iloczyn wartości indukcji pola mag­

netycznego i ruchliwości holowsklej mniejszościowych nośników ładunku Jest mniejszy od Jedności. Możliwość ta została przedstawiona po raz pierwszy w pracy [68j.

Nieuwzględnienie chociażby jednego z parametrów koniecznych do opisu zjawiska FM£ może spowodować w pewnych warunkach nawet kilkudziesięcio- krotną zmianę przewidywanej wartości natężenia prądu wywołanego zjawis­

-widocznego także na rysunku 4.2.3 wpływu wartości parametrów badanego ma­

teriału na zależność zjawiska FME od pola magnetycznego, stwarza dodatko­

wą zachętę wykorzystywania badań zjawiska FME do oceny własności półprze- wodników. Z drugiej jednak strony wymusza on przy interpretacji bezwzględ­

nych wartości wyników obserwacji zjawiska FME konieczność znajomości dużej liczby parametrów badanego półprzewodnika. Ponieważ w praktyce jest to bardzo trudne do spełnienia, bardzo często rezygnuje się z wykorzystania informacji płynących z takich bezwzględnych pomiarów, a interpretuje 3lę jedynie zmiany wywołane polem magnetycznym (patrz rozdział 8.6, a zwła­

szcza podrozdział 8.6.3).

Oane eksperymentalne dotyczące zależności zjawiska FME od wartości in­

dukcji pola magnetycznego są szczególnie liczne. Badania przeprowadzano zarówno w bardzo słabych,Jak i bardzo silnych polach magnetycznych. Bul- liard [134^ stwierdził występowanie zjawiska FME w próbkach Ge umieszczo­

nych w polach magnetycznych o indukcji 10~4T. Natomiast Zitter [l35] zare­

jestrował wpływ ziemskiego pola magnetycznego na obserwowane w Bi zjawi­

sko FME. W badaniach GaAs, których wyniki opublikowano np. w pracach [l26, 136] , stosowano pole magnetyczne o indukcji rzędu 12 T, przy czym było to dla badanego materiału ciągle Jeszcze niekwantujące pole magnetyczne.

Zdecydowana większość wyników badań zależności zjawiska FME od pola magne­ odbywało równolegle z rozwijaniem teorii zjawiska FME dla warunków innych niż te, jakie do tej pory zakładaliśmy. Warto jednak w tym miejscu zauwa­

żyć, iż zmiana ujemnego zjawiska FME w zwykłe może również zachodzić, gdy na powierzchni badanej próbki występuje przypowierzchniowa warstwa ładun­

ku przestrzennego (rozdział 6.6), warstwa półprzewodnika o innym typie przewodnictwa elektrycznego (rozdział 6.6) lub gdy badana próbka jest nie­

jednorodna pod względem wartości czasu życia nośników ładunku elektryczne­

dodatko 90 dodatko

-wej zależności szybkości rekombinacji powierzchniowej od wartości indukcji pole magnetycznego. W pracach £l6, 1 1 2] używano w tym colu eropiryczrsgo wzoru

2 ? - 1 / 2

So (l + ^ h B )v * (4.2.1)

gdzie SQ oznacza wartość szybkości powierzchniowej rekombinacji w nie­

obecności pola magnetycznego. Natomiast Oszwałdowski (20, 2l] używał w tym samym celu wzoru empirycznego

S - SQ (1 ♦ «J m B) |l + (1 + <J)ib bJ ł , (4.2.2)

gdzie wartości stałych cf i m szacowano dla każdej z próbek z osobna, sugerując się jak najlepszym dopasowaniem teoretycznej zależności zjawi­

ska FME od pola magnetycznego do wyników doświadczalnych. Należy podkre­

ślić, iż powyższe wzory nie posiadają interpretacji fizycznej. Poza tym w pracach [2 0, 2l] zakładano, iż Jedynie szybkość rekombinacji na powierz­

chni próbki przylegającej do podłoża ulega zmianie w polu magnetycznym, natomiast rekombinacja nośników ładunku na przeciwległej powierzchni jest niezależna od tej wartości.

w pracy [l38] sugerowano możliwość poprawienia dopasowania zależności teoretycznej do doświadczalnie obserwowanej zależności natężenia prądu FME od pola magnetycznego poprzez uwzględnienie zmian ruchliwości nośni­

ków ładunku elektrycznego ze wzrostem wartości indukcji pola magnetyczne­

go. Uważano także, iż w związku z powyższym kinetyczna teoria powinna le­

piej opisywać zjawisko FME.

Pole magnetyczne może jednak nie tylko wpływać na wartości rekombina- cyjnych 1 kinetycznych parametrów półprzewodników, lecz również zmieniać wartości parametrów optycznych badanego materiału Zmiany współczynników odbicia oraz pochłaniania promieniowania w półprzewodnikach są obserwowa­

ne w licznych badaniach nad magnetoabsorpcję. W badaniach efektów Faradaya oraz Voigta wykorzystuje się zależność współczynnika załamania od pola magnetycznego dla różnie spolaryzowanego promieniowania w celu wyznacza­

nia wartości parametrów optycznych półprzewodników. W przypadku badań magnetooptycznych prowadzonych na cienkich warstwach półprzewodników ob­

serwuje się istotny wpływ interferencji promieniowania wewnętrznie odbi­

tego na obserwowane wielkości [139J. Ponieważ zjawisko FME silnie zależy zarówno od części rzeczywistej zespolonego współczynnika załamania (patrz rozdział 4.1), jak i od wartości współczynnika pochłaniania promieniowa­

nia w badanym materiale (rozdział 4.3), wszystkie wymienione efekty mag­

netooptyczne muszę wywierać swój wpływ na zjawisko FME. Zagadnieniem tym zajmiemy się w dalszej części niniejszego rozdziału.

w przypadku założonej we Wstępie (rys. 2.2) konfiguracji geometrycznaj, w badaniach zjewiska FME mamy do czynienia z poprzeczną propagacją fali

91

-elektromagnetycznej w polu magnetycznym, tzn. wektor Poyntlnga propagują­

cej fali jest prostopadły do wektora indukcji zewnętrznego pola magne­

tycznego. Wartości parametrów opisujących propagację fali elektromagne­

tycznej w tych warunkach mogą być różne dla fal o różnej polaryzacji Względem zewnętrznego pola magnetycznego. Zależność taka J63t determino­

wana wartością indukcji pola magnetycznego oraz parametrami badanego ma­

teriału. Gdy badany ośrodek jest optycznie izotropowy w nieobecności pola magnetycznego, wygodnie Jest rozróżnić dwa dopełniające się przypadki«

propagację liniowo spolaryzowanych fal elektromagnetycznych o wektorach pola elektrycznego prostopadłych lub równoległych do wektora indukcji zewnętrznego pola magnetycznego. Współczynnik załamania opisujący propa­

gację tych fal w badanym ośrodku możne zapisać w postaci:

i - V

(4.2.3)

gdzie indeks v musi być zastąpiony indeksami p lub s odpowiednio dla promieniowania liniowo spolaryzowanego o wektorze natężenia pola elek­

trycznego prostopadłym lub równoległym do wektora indukcji zewnętrznego pola magnetycznego. W przypadku nieprostopadłego padania promieniowania na próbkę poddaną badaniom zjawiska FME indeksy p i s odpowiadają tak­

że promieniowaniu liniowo spolaryzowanemu o wektorze natężenia pola elek­

trycznego równoległym i prostopadłym do płaszczyzny padania promieniowa­

nia na próbkę (patrz rozdziały 3.1 oraz 4.1).

Załóżmy jako pierwsze przybliżenie omawianego zagadnienia przypadek, w którym badany jest półprzewodnik o sferycznych powierzchniach izoenerge-

tycznych nośników ładunku elektrycznego. Wówczas pole magnetyczne prakt tycznie nie wpływa na propagację w badanym ośrodku promieniowania liniowo spolaryzowanego o wektorze natężenia pola elektrycznego równoległym do wektora indukcji zewnętrznego pola magnetycznego. Zjawisko FME występu­

jące w takich warunkach może być opisane wzorami (4.0.1) oraz (4.0.2), przy założeniu iż n = n i ł£=ie nie zależą od wartości indukcji

po-S 8

la magnetycznego.

Inaczej wygląda sytuacja w przypadku zjawiska FME wywołanego promienio­

waniem o wektorze natężenia pola elektrycznego prostopadłym do wektora zewnętrznego pola magnetycznego. Wówczas zarówno wartość części rzeczywi­

stej zespolonego współczynnika załamania promieniowania w badanym ośrod­

ku, jak i część urojona tego współczynnika, która Jest uwarunkowana ab­

sorpcją promieniowania na swobodnych nośnikach ładunku elektrycznego ule­

gają zmianie ze wzrostem wartości indukcji pola magnetycznego [l40]s

2n‘ 6 - a +

U

oc)2 + 2 2

* 1 « 2 2 £ W £ r«2

1/2

(4.2,4)

-

9 2

nated with linearly polarized radiation with electric vector normal to the magnetic field vs magnetic fiold (n ■ 5 . 10 tn “ , n g * 50 m V V s , podstawowej promieniowania w badanym materiale nie ulega zmianie w polu magnetycznym (odmienny przypadek Jest analizowany w rozdziale 7.2.3).

Wówczas korzystając z zależności np (B) oraz Kpa(B ) przedstawionych na rysunku 4.2.9 oraz wykorzystując wzory (3.1.2), (3.2.10), (3.2.11), (3.2.17), (4.0.1), (4.0.2), (4.0.7) 1 (4.2.3), można określić teore­

tyczne zmiany natężenia pola elektrycznego wywołanego zjawiskiem FME ze wzrostem wartości B. Wyniki obliczeń wykonanych w ten sposób dla Cd_ .,Hg„ 0 .Te zostały przedstawione na rysunku 4.2.10. Wyniki z nich,

U Uf 0*r

iż wskutek zmiany wartości optycznych parametrów (nv , Kv a ) półprzewodnlke w polu magnetycznym charakter zmian zjawiska FME ze wzrostem wartości in­

dukcji pola magnetycznego silnie zależy od polaryzacji promieniowania pa­

dającego na próbkę. Należy podkreślić, iż zależność zjawi8ka FME od pola­

ryzacji promieniowania występuje w tym przypadku także w warunkach pro­

stopadłego padania promieniowa-ia na badaną próbkę.

Z wykresów przedstawionych na rys. 4.2.10 wynika także, to iż zarówno sam proces absorpcji promieniowania na swobodnych nośnikach ładunku elek­

trycznego, Jak 1 zależność tego procesu od wartości indukcji pola

magne-Rys. 4.2.10. Wpływ pola magnetycz­ represents the case of negligible internal reflection of radiation, 6» 0 , n (B) and 1C |B) the same as the represented in fig. 4.2.9, 10 s, w P» 23 jim, n1 - n2 - I-,- ttf » 0,001, ng = np (B«=0), = Ktp (B»0). the other

parameters are the same as in fjig, 4.2.9)

94

-tycznego mogę wywierać silny wpływ na zjawisko FME. W przypadku gdy male­

je wartość współczynnika pochłaniania promieniowania w badanym materiale, interferencja promieniowania wewnętrznie odbitego w płasko-równologłej próbce może determinować zjawisko FME. Zmiana wartości ny ze wzrostem wartości B może wywołać podobne zmiany Interferencyjnego zjawiska FME jak te epowodowane zmianami 8 (rozdział 4,1), zmianami % (rozdział 4.3) oraz w (rozdział 4,4). Tym samym wzrost wartości B noża spowodować oscy­

lacyjne zmiany wielkości elektrycznych wywoływanych zjawiskiem FNE (rys.

4.2.10). Najsilniej występl tc w przypadku oświetlania próbki liniowo spo­

laryzowanym promieniowaniem o wektorze natężenia pola elektrycznego pro­

stopadłym do wektora B. Zmniejszanie się szybkości zmian wartości ny ze wzrostem B powoduje wzrost odległości pomiędzy ekstremalnymi warto­

ściami sygnałów wywoływanych interferencyjnym zjawiskiem FME. 3ednocZeś- nle, zmniejszanie się wartości współczynnika pochłaniania promieniowania ze wzrostem indukcji pola magnetycznego powoduje wzrost amplitudy zmian wartości sygnałów FME wywołanych Interferencję promieniowania wewnętrznie odbitego w badanej próbce. Oscylacyjne zmiany sygnałów FME wywołane efek­

tem interferencyjnym mogę doprowadzić ze wzrostem wartości Indukcji pola

tem interferencyjnym mogę doprowadzić ze wzrostem wartości Indukcji pola

Powiązane dokumenty