Поляризация в ферромагнитных гетероструктурах
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
?бладать над донорной.
Рис. 1 Профиль распределения марганца в гетероструктуре; а - идеальный профиль; б - реальный профиль с относительно большой толщиной слоя арсенида галлия; в - реальный профиль с относительно небольшой толщиной арсенида галлия.
На рисунке 2 изображена схема экспериментальной установки. Тонкими стрелками обозначен путь который проходит оптическое излучение. Тонкой штриховой стрелкой обозначается передача управляющего сигнала от блока управления спектрометром (11) к спектрометру (7). Толстой двухсторонней стрелкой обозначен обмен данными между компьютером (12) и блоком (11). Остальные, связывающие блоки линии передают электрические сигналы между блоками.
Рис. 2 Схема экспериментальной установки. 1 - лазер; 2 - четверть волновая поляризационная пластинка; 3, 6 - собирающие линзы; 4 - гелиевый криостат; 5 - кварцевый фотоупругий модулятор (ФУМ); 7 - спектрометр высокого разрешения; 8 - источник высокого напряжения; 9 -компаратор; 10 - фотоэлектронный умножитель; 11 - блок управления спектрометром; 12 - управляющий компьютер.
Излучение лазера 1, проходя через систему зеркал, не показанную на Рис. 2 для простоты, попадает на четвертьволновую пластинку 2, на выходе которой излучение имеет циркулярную поляризацию. Затем собирающая линза 3 фокусирует свет в точку на образце диаметром ? 100-150мкм. Образец расположен внутри камеры криостата 4 на держателе с печкой, что позволяет управлять его температурой. Высокая стабильность температуры печки поддерживается с помощью контроллера температуры. Есть два режима установки температуры: ручной и автоматический. Расположенный внутри криостата сверхпроводящий магнит позволяет создавать магнитные поля до 5 Т. Управление магнитным полем осуществляется через генератор пилообразного напряжения, который управляет током от источника тока. Полезный сигнал из образца попадает на анализатор поляризации, в качестве которого выступает кварцевый фотоупругий модулятор (ФУМ) 5. На него подаётся переменное напряжение от компаратора 9. В зависимости от знака переменного напряжения плоскость пропускания ФУМ изменяет фазу световой волны на р/2 относительно поляризатора 2, что приводит к пропусканию света с поляризацией у+ или у- в разных полупериодах ФУМ. Собирающая линза 6 фокусирует свет от образца на щель спектрометра 7. Далее спектрометр выделяет нужную длину волны, после чего выделенный сигнал усиливается в ФЭУ 10, который работает в режиме счёта фотонов. Усиленный сигнал поступает в компаратор 9, где он разделяется на два канала поляризации света в зависимости от напряжения на ФУМ. Также компаратор преобразует постоянное высокое напряжение с источника 8 в переменное. Данные с двух каналов регистрации поляризации поступают в блок управления спектрометром 11. Блок управления спектрометром сохраняет данные об интенсивности сигнала в двух каналах поляризации, получает управляющие сигналы о нужной длине волны излучения и времени накопления сигнала от компьютера 12, управляет спектрометром в соответствии с нужной длинной волны и передаёт данные об интенсивности в компьютер. На компьютере установлена программа, позволяющая снимать спектры и выводить на экран монитора данные об интенсивности двух каналов поляризации и величину поляризации. Поляризация определяется по стандартной формуле
(1)
где I+ и I- интенсивности у+ и у- компонент поляризации соответственно. Изменяя температуру и величину магнитного поля можно снимать два вида зависимостей: 1) Температурную зависимость поляризации в постоянном магнитном поле и 2) Зависимость поляризации от магнитного поля при постоянной температуре.
Методика эксперимента
В основе эксперимента лежит метод поляризации горячей фотолюминесценции (ГФЛ) во внешнем магнитном поле. При поглощении фотона с энергией превышающей ширину запрещённой зоны в полупроводнике рождается электронно-дырочная пара (см. схему переходов на рис. 3), при этом энергия поглощённого фотона распределяется примерно поровну между парой электрон-лёгкая дырка, а при рождении пары электрон-тяжёлая дырка большая часть энергии передаётся электрону, для простоты в дальнейшем мы будем рассматривать только этот канал возбуждения. Возбуждённый электрон быстро релаксирует из точки рождения (0 на рис.3) на дно зоны проводимости. В нелегированном полупроводнике это время определяется временем испускания оптического фонона и составляет ф?10-13с. В легированном полупроводнике это время может быть короче из-за дополнительного рассеяния на нейтральных примесях с их ионизацией и возбуждением. Со дна зоны проводимости электрон может рекомбинировать с дыркой в валентной зоне или с дыркой связанной на акцепторе с испусканием фотона, время жизни электрона на дне соответствует ф?10-9с. Линия в спектре, соответствующая этому процессу, называется краевой люминесценцией, переход С-Mn Рис.3. В данной работе исследуются образцы выращенные при низких температурах порядка 250С. Вследствие чего в образцах имеется большое число дефектов, в частности двойные доноры марганца, что накладывает определённые трудности на исследование краевой люминесценции. Возбуждённый электрон имеет высокую вероятность безызлучательно рекомбинировать на дефекте (переходы 0-D Рис.3), сравнимую с вероятностью релаксации на дно зоны. В результате после каждого акта релаксации к дну зоны проводимости часть электронов будет безызлучательно рекомбиниров