книги из ГПНТБ / Кизель В.А. Отражение света

Эта особенность может быть использована для об­

чительно более заметными вли­ яниями поверхностных дислокаций и микрорельефа по­ верхности, если она ие обработана, и текстуры в случае обработки. Экспериментальных данных пока нет. По-ви­ димому, происходит также ряд других явлений; приме­ ром тому может служить отражение от поверхности полу­ проводника (InSb), имеющего тонкий поверхностный слой с повышенной концентрацией носителей. Вблизи

§ 27] ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА ОТ ПОЛУПРОВОДНИКОВ 219

плазменных частот коэффициент отражения R меняется; оказывается возможным определить концентрацию /пвфф носителей [79, 80, 81].

В работе [82] показана возможность исследования областей гетеропереходов, функции распределения носи­ телей и т. п., и дана теория эффектов.

Подобным методом контролировалась также чистота поверхности InSb [83, 84]; существование поверхност­ ного слоя доказано также для кристаллов GaAs, CclSe [85, 86]. Из этих примеров видно, насколько обширны возможности применения отражения к исследованию полупроводников.

Имеется весьма большое число работ (см., например, [87—89]), в которых наличие поверхностных состояний в полупроводниках обнаруживается по появлению мак­ симума на кривой поглощения [определяемой по отра­ жению по макроскопическим формулам типа (4.16) и (4.17)], соответствующего каким-то уровням вне зоны проводимости. Исследований важных для проверки тео­ рии угловых зависимостей для разных компонент не производилось. Измерения при нормальном падении или одном угле падения позволяют по положению в спектре максимума %, рассчитанного по (4.16) и (4.17), судить

оположении уровня относительно основной зоны, но не

оего природе или происхождении.

Отметим работу [90], в которой было показано по­ явление на поверхности свободных электронов в зоне проводимости с ростом температуры. Вследствие этого отражение в весьма широком спектральном интервале возрастает (на 20—40%) линейно без изменения про­ филя кривой, т. е. неселективно. Для согласования тео­ рии с опытом приходится предположить, что параметры этих электронов «поверхностного происхождения» отли­ чаются от параметров тех, которые поставляются при­ месями легирования и загрязнения. Влияние поверхно­ стных состояний может сказаться и в том, что поляри­ зуемость поверхностного слоя может стать гиротропной (см. гл. 5, ссылка [5]); хотя гиротропия и не вносит большого вклада в отражение, это все же следует иметь в виду.

Близок к вопросу, рассмотренному выше, также воп­ рос о влиянии на отражение' поверхностных экситоңов;

Согласно трактовке авторов, в случаях 1—3 возбужда­ ются поперечные поверхностные экситоны. В случае 2 по-

мацию о поверхностных состояниях и структуре поверх­ ности и служить ценным инструментом исследования.

222 ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ [ГЛ. 6

Экситонные эффекты в отражении наблюдались так­ же на эпитаксиальных слоях GaAs [94]; здесь также предполагаются продольные и поперечные поверхност­ ные экситоны.

Вопрос о влиянии на отражение экситон-фононных взаимодействий для сильно поглощающих молекулярных кристаллов типа кристаллов красителей (/? — 60—80%) рассмотрен теоретически [95, 96] и экспериментально в [97, 98]; согласие с опытом удовлетворительное (о вли­ янии экситон-фононных взаимодействий см. также в ра­ боте [99]).

Отражение света с учетом влияния эффектов про­ странственной дисперсии у поверхности, иных, нежели в объеме, и поверхностных экситон-фотонных мод — поляритонов — проанализировано в работе [100]. Показа­ но, что существенно влияют не более чем 1— 2 первые слоя решетки. Однако удобных для экспериментальной проверки результатов не дано; по оценке авторов эф­ фект должен быть очень малым, если обменные и экси­ тонные эффекты отсутствуют. В полном внутреннем отражении наблюдались некоторые эффекты поверх­ ностных поляритонов [100 а] (см. также ссылку [ 10]

в гл. 3).

Естественно, конечно, что поверхностные эффекты бу­ дут существовать не только в области частот электрон­ ных переходов, но, как отмечалось и в области частот колебаний молекул и кристаллической решетки. Влия­ ние поверхности на колебания решетки в оптической и акустической ветвях, роль поверхности как своеоб­ разного дефекта кристалла рассмотрены, например, в работах [7—10]; некоторые дополнительные эффекты указаны в работах [57, 58]. Подробности влияния этих явлений на отражение света исследованы мало. Возникновение поверхностных оптических колебаний проанализировано теоретически [101—103] и исследова­ но экспериментально [101] по отражению для ионных кристаллов. Показано существование таких колебаний (они проявляются оптически только под действием не­ однородных световых волн, например, при полном внут­ реннем отражении); получены их дисперсионные кривые и во всяком случае доказано влияние поверхности. От­ мечены 2 типа колебаний: один развивается в слое тол­

щиной порядка d, другой — в слое толщиной порядка

lOOOrf.

Поскольку фононный спектр у поверхности — иной, фактор Дебая — Уоллера в поверхностном слое отлича­ ется об объемного в 3—4 раза и анизотропен [104].

На поверхностные колебания решетки сильно влияет ступенчатость (и шероховатость) поверхности [105].

лемо лишь для очень длинных инфракрасных волн; ве­ личиной в' здесь можно пренебречь.

Для оптической области в общем виде следует на­

потери на виутризонпую проводимость, межзонные переходы, фотоэлектрическое поглощение и коллектив­ ные потери (в в' можно выделить также подобные со­ ставляющие, в первую очередь «межзонную» и «внутри­ зонную») .

Из левой части равенства (28.1) легко получить рас­ стояние, на котором поле убывает в ф раз; глубина про­ никновения, обычно называемая для металлов глубиной скин-слоя L, равна

Дпок = — і'норм", (28.3)

индекс «лок» означает приближение локальной теории,

О

«норм»—«нормальный» скин-эффект; LnopM«200 —500 А. Как уже указывалось, для отражения света от ме­ таллов модель двух полубесконечных однородных сред с геометрической плоскостью раздела непригодна. Здесь необходимо выделить две приповерхностные области.

§ 28] ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА ОТ МЕТАЛЛОВ 2 2 5

опыта параметров к металлу в объеме должно произ­ водиться с осторожностью.

Однако в работе Гинзбурга и Мотулевич [107] пока­ зано, что в определенной области частот (при «слабо аномальном скин-эффекте») отражение от металлов можно еще достаточно точно описать обычными форму­ лами Френеля с введением некоторых эффективных ве­ личин

сохраняя приближение геометрической плоскости разде­ ла (точнее, пренебрегая изменением плотности электрон­ ного облака).

Поскольку расчеты отражения от металлов практи­ чески всегда несколько приближенны, часто пользуются понятием поверхностного импеданса [108]:

г ( . ) = і

Используя формулы Френеля, можно написать:

женное1) граничное условие, связывающее компоненты поля в среде 1, не требующее при вычислении отражен­ ной волны знания поля в среде 2 (чего требуют форму­ лы Френеля) и поэтому чрезвычайно удобное. Согласно Гинзбургу и Мотулевич, это условие в общем сохраняет

смысл и тогда, когда локальная теория начинает стано­ виться неприменимой (скин-эффект «слабо аномален»), если положить

с V вэфф

При этом для отражения света сохраняются, в частно­ сти, предсказываемые формулами Френеля угловые за­ висимости R, и отражение от среды по-прежнему может характеризоваться двумя параметрами пэфф и иофф, фи­ зический смысл которых, однако, несколько отличен от

п и %.

Критерий «нормальности» скип-эффекта или, лучше, применимости локальной теории, можно точнее сформу­ лировать следующим образом: ток и поляризация в дан­ ной точке должны определяться полем в той же точке. Очевидно, что электронный ток в данной точке опреде­ ляется полем в области, окружающей эту точку, с раз­ мерами порядка /, и следовательно, поле на этом рас­ стоянии должно мало меняться. -Поскольку поле сильно меняется на расстоянии L, должно быть

Поляризация определяется смещением электронов;

Orr

за период это смещение имеет порядок «эл-— Чтобы

СО

на этом пути поле мало менялось, должно быть

статочна локальная теория, и если граница внутреннего фотоэффекта достаточно далека

<4-э> » 2> £ 2

(здесь Е;— частота соударений электронов с решеткой)