Взаимодействие электромагнитной Н-волны с полупроводниковым нанослоем, расположенным между двумя диэлектрическими средами
https://doi.org/10.18384/2310-7251-2022-3-39-57
Аннотация
Цель: теоретическое моделирование оптических характеристик полупроводникового нанослоя, расположенного между двумя диэлектрическими средами.
Процедура и методы. Используется квантовая теория явлений переноса, заключающаяся в нахождении матричных элементов оператора плотности решением уравнения Лиувилля. Поверхностное рассеяние носителей заряда учитывается через граничные условия Соффера.
Результаты. Получены аналитические выражения для оптических коэффициентов как функций толщины нанослоя, частоты и угла падения электромагнитной волны, диэлектрических проницаемостей сред, химического потенциала и параметров шероховатости поверхностей. Проведён анализ зависимостей оптических коэффициентов от вышеназванных параметров для предельных случаев вырожденного и невырожденного электронного газа. Показано, что при полном внутреннем отражении амплитуды осцилляций зависимостей коэффициентов отражения и поглощения от толщины становятся сравнимы.
Практическая значимость результатов заключается в их использовании для создания слоистых наноструктур, нанопокрытий с заданными оптическими характеристиками.
Ключевые слова
Об авторах
О. В. Савенко
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
Россия
Россия
Савенко Олег Владиславович – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Центра коллективного пользования научным оборудованием «Диагностика микрои наноструктур»
150000, г. Ярославль, ул. Советская, д. 14
И. А. Кузнецова
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
Россия
Россия
Кузнецова Ирина Александровна – доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой микроэлектроники и общей физики
150000, г. Ярославль, ул. Советская, д. 14
Список литературы
1. Блум К. Теория матрицы плотности и ее приложения. М.: Мир, 1983. 248 с.
2. Гадомский О. Н., Щукарев И. А., Перескоков Е. А. Нанокомпозитные просветляющие покрытия в виде толстых пленок с квазинулевым показателем преломления для солнечных элементов // Письма в журнал технической физики. 2016. Т. 42. № 16. С. 79–86.
3. Кузнецова И. А., Романов Д. Н., Юшканов А. А. Взаимодействие электромагнитной H-волны с тонкой металлической пленкой на диэлектрической подложке в случае анизотропной поверхности Ферми металла // Оптика и спектроскопия. 2019. Т. 127. № 8. С. 306–312. DOI: 10.21883/OS.2019.08.48047.78-19.
4. Кузнецова И. А., Савенко О. В., Романов Д. Н. Квантовый транспорт в полупроводниковом нанослое с учетом поверхностного рассеяния носителей заряда // Физика и техника полупроводников. 2021. Т. 55. № 9. С. 789–797. DOI: 10.21883/FTP.2021.09.51296.26.
5. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: в 10-ти томах. Т. VIII. Электродинамика сплошных сред. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2016. 656 с.
6. Марков Л. К., Павлюченко А. С., Смирнова И. П. Способ создания просветляющих покрытий для пленок ITO // Физика и техника полупроводников. 2019. Т. 53. № 2. С. 181–189. DOI: 10.21883/FTP.2019.02.47096.8940.
7. Квантово-механический подход к описанию взаимодействия СВЧ-электромагнитного излучения с тонкими проводящими пленками / Старостенко В. В., Орленсон В. Б., Мазинов А. С., Ахрамович Л. Н. // Письма в журнал технической физики. 2020. Т. 46. № 9. С. 43–46. DOI: 10.21883/PJTF.2020.09.49373.18242.
8. Тавгер Б. Л., Демиховский В. Я. Квантовые размерные эффекты в полупроводниковых и полуметаллических пленках // Успехи физических наук. 1968. Т. 96. Вып. 1. С. 61–86. DOI: 10.3367/UFNr.0096.196809d.0061.
9. Уткин А. И., Юшканов А. А. Влияние коэффициентов зеркальности на взаимодействие H-волны с тонкой металлической пленкой // Оптика и спектроскопия. 2014. Т. 117. № 4. С. 650–653. DOI: 10.7868/S003040341409027X.
10. Уткин А. И., Юшканов А. А. Влияние коэффициентов зеркальности на взаимодействие электромагнитной E-волны с тонкой металлической пленкой, расположенной между двумя диэлектрическими средами // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 124. № 2. С. 250–254. DOI: 10.21883/OS.2018.02.45532.190-17.
11. Ando T., Fowler A. B., Stern F. Electronic Properties of Two-Dimensional Systems // Review of Modern Physics. 1982. Vol. 54. Iss. 2. P. 437–672. DOI: 10.1103/RevModPhys.54.437.
12. Bihun R. I., Stasyuk Z. V., Balitskii O. A. Crossover from quantum to classical electron transport in ultrathin metal films // Physica B: Condensed Matter. 2019. Vol. 487. P. 73–77. DOI: 10.1016/j.physb.2016.02.003.
13. Resistivity scaling model for metals with conduction band anisotropy / De Clercq M., Moors K., Sankaran K., Pourtois G., Dutta Sh., Adelmann Ch., Magnus W., Sorée B. // Physical Review Materials. 2018. Vol. 2. Iss. 3. P. 033801. DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.2.033801.
14. Ketenoglu D., Ünal B. Green function solution of the Boltzmann transport equation for semiconducting thin film with rough boundaries // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2012. Vol. 391. Iss. 15. P. 3828–3832.
15. Kuznetsova I. A., Romanov D. N., Savenko O. V. Electrical conductivity of a thin film in the case of an arbitrarily oriented ellipsoidal isoenergetic surface of a conductor // Physica Scripta. 2021. Vol. 96. Iss. 4. Id. 045803. DOI: 10.1088/1402-4896/abde0c.
16. Kuznetsova I. A., Savenko O. V., Romanov D. N. Influence of quantum electron transport and surface scattering of charge carriers on the conductivity of nanolayer // Physics Letters A. 2022. Vol. 427. P. 127933. DOI: 10.1016/j.physleta.2022.127933.
17. High efficiency enhancement of multi-crystalline silicon solar cells with syringe-shaped ZnO nanorod antireflection layers / Lin Zh., Huang B., He G., Yang W., He Q., Li L. // Thin Solid Films. 2018. Vol. 653. P. 151–157. DOI: 10.1016/j.tsf.2018.03.023.
18. Lutskii V. N. Quantum size effect present state and perspectives of experimental investigations // Physica Status Solidi (a). 1970. Vol. 1. P. 199–220. DOI: 10.1002/pssa.19700010202.
19. Meyerovich A. E., Ponomarev I. V. Surface roughness and size effects in quantized films // Physical Review B. 2002. Vol. 65. Iss. 15. P. 155413. DOI: 10.1103/PhysRevB.65.155413.
20. Munoz R. C., Arenas C. Size effects and charge transport in metals: Quantum theory of the resistivity of nanometric metallic structures arising from electron scattering by grain boundaries and by rough surfaces // Applied Physics Review. 2017. Vol. 4. P. 011102. DOI: 10.1063/1.4974032.
21. Sheng L., Xing D.Y., Wang Z. D. Transport theory in metallic films: Crossover from the classical to the quantum regime // Physical Review B. 1995. Vol. 51. Iss. 11. P. 7325. DOI: 10.1103/PhysRevB.51.7325.
22. Electrical resistivity of atomically smooth single-crystal Cu films / Shinde P. P., Shashishekar P. T., Adiga P., Konar A., Pandian Sh., Mayya K. S., Shin H.-J., Cho Y., Park S. // Physical Review B. 2020. Vol. 102. Iss. 16. P. 165102. DOI: 10.1103/PhysRevB.102.165102.
23. Soffer S. B. Statistical Model for the Size Effect in Electrical Conduction // Journal of Applied Physics. 1967. Vol. 38. Iss. 4. P. 1710. DOI: 10.1063/1.1709746.
24. Villagómez R., Xiao M. Thickness dependence of infrared reflectance of ultrathin metallic films: Influence of quantum confinement // Optik. 2016. Vol. 127. Iss. 15. P. 5920. DOI: 10.1016/j.ijleo.2016.04.048.
25. Utkin A. I., Yushkanov A. A. Interaction of electromagnetic H-wave with the thin metal film is located on the dielectric substrate // Фізика і хімія твердого тіла (Physics and chemistry of solid state). 2015. Т. 16. № 2. С. 253–256. DOI: 10.15330/pcss.16.2.253-256.
Рецензия
Просмотров:
92
Послать статью по эл. почте 