Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
3.6.2. Динамическое поведение процесса фотопотемнения в халькогенидном стекле
Фотопотемнение в халькогенидных стеклах [143-154] является типичным явлением в аморфной фазе. Уточнению механизма этого явления посиящено много работ [ 147-158], обзор результатов этих работ представлен в [ 170). Однако почти во всех экспериментах изучалось стационарное состояние, а переходное поведение процесса фотопотемненил не наблюдалось.
В настоящем разделе приводятся результаты наблюдения динамического поведения при фотопотемнении, полученные нестационарным дифракционным методом
| 149, 150]. Поскольку этот метод является "нулевым", т.е. интенсивность дифрагированного света перед возбуждением равна нулю, он очень чувствителен к небольшим изменениям показателя преломления. Анализ экспериментальных результа-юи показывает, что процесс фотопотемнения можно объяснить с помощью модифицированной модели потенциала с двумя минимумами, в которой возбужденные электроны движутся по подвижным состояниям и релаксируют до состояния фото-иотемнения в основном .состоянии через локализованные состояния вблизи середины запрещенной зоны.
Пленки аморфного As2S3 толщиной 11,4 мкм напылялись на стеклянную подложку и отжигались в темноте на воздухе при 160 °С в течение 70 мин. Эксперимен-1ы проводились при комнатной температуре.
На рис. 3.6.1 показана экспериментальная установка, использующая нестационарный дифракционный метод. Возбуждающий свет Кг расщепляется на два луча, ко-юрые пересекаются на образце под углом б. Интерференция этих двух лучей создает
Рис. 3.6.1. Экспериментальная установка ,ыя нестационарного дифракционного
метода:
/ - иттрий -алюминиевый лазер; 2 -генератор второй гармоники; 3 - криптоновый лазер; 4 - оптический модулятор; 5 - световой зонд; 6 - возбуждающий свет; 7 дифрагированный свет; # - осциллограф; 9 - фотоумножитель; / V - монохроматор
dehd-ш-
нестационарную дифракционную решетку для периодически возбуаденньи^носителей Это привода, к периодическому изменению показателя преломления Д*г,х) в образце. Период дифракционной решетки дается выражением
Л - \LI[2 sin (0/2).
(3.6.1)
Па этой дифракционной решетке дифрагирует свет зОнда (ХР). Так как при диф-фу и в бЖжых-носите^сй или их рекомбинации дифракционная решетка исче-
пои решетке описывается выражениями 1 29| :
r)(f) =72(^(f)L
* (!) ^ (2пЧ\р) Л» (О,
ЛИП ^ A/l(i, 0) - A/i(i, Л/2),
(3.6.2) (3.6.3) (3.6.4)
тле./, функция Бесселя первого порядка; / - толщина °^™.Т**™* < 0,1 (в условиях настоящего эксперимента), выражение (3.6.2) можно перепи
са!ь в виде
г, (О = [0,5sHO]2 = (я2/2/М А«(02.
(3.6.5)
,п„чсм ошибка в этом случае не превышает 0,5 <h Как следует из выражения (3.6.5) кГ,ость дифрагированного света пропорциональна квадрату изменения нока-
10 - 537
145
144
затсля преломления An(t). Таким образом, временное поведение процесса фотопотемнения можно оценить из наблюдений поведения во времени интенсивности дифрагированного света.
Возбуждающий свет представлял собой вторую гармонику цепочки импульсов (А = 532 им), генерированных ИАГ (иттрий-алюминиевый гранат)-лазсром со связанными модами. Огибающая цепочки возбуждающих импульсов равнялась 100 не, а энергия этой цепочки составляла 80 мДж. Световой зона от криптонового лазера (530,9 мм) с продолжительностью 20 мс облучал образец одновременно с возбуждающим светом. Мощность облучения составляла 50 мВт/см2. При 532 и 530,9 нм коэффициент поглощения As2S3 ровен ~ 5 Ю2 см"1 1155]. Образец облучался равномерно в направлении падающего света. О явлении фогопотемнения можно судить по "красному сдвигу" края поглощения после 500 последовательных облу-чающих"выстрелов" возбуждающего света. "Красный сдвиг" исчезает после термообработки.
На рис. 3.6.2 показаны типичные осциллограммы интенсивное™ дифрагированного света в двух масштабах времени, когда период дифракционной решетки составлял 3,6 мкм. Интенсивность дифрагированного света быстро нарастает и снижается до нуля с постоянной времени Г*2 мкс. После этого спада интенсивность .дифрагированного спета вновь постепенно нарастает до уровня стационарной дифракции с постоянной времени 70 мкс. Стационарный уровень интенсивности дифрагированного света, показанный на том же рисунке, дает представление об уровне дифракции на решетке, относящемся к фотопотемнению. На рис. 3.6.3 показаны различные наблюдавшиеся кривые затухания составляющей первого спада для различных периодов решетки. Однако составляющая медленного нарастания (70 мкс), следующая после составляющей первого спада, не зависит от периода дифракционной рс-
Рис. 3.6:2. Типичные осциллограммы интенсивности [142] дифрагированного света для периода решетки 3,6 мкм:
а - цена деления I мкс; 6 - цена деления 50 мкс; / - нслувой уровень; // -стационарный уровень
Рис. 3.6.3. Составляющая первого спада при различных периодах решетки: сплошные кривые - теоретические значения согласно уравнению (3.6.15); штриховые -экспериментальные результаты [142]
146
шетки. Поскольку время затухания Интенсивности дифрагированного света (Г) определяется как
