Способ определения энергетического спектра поверхностных состояний твердого тела Советский патент 1991 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к спектроскопии твердого тела, в частности к способам определения энергетического спектра в приповерхностном слое твердого тела.

Цель изобретения - повышение точности определения энергетического спектра поверхностных состояний.

На фиг. 1 приведены спектр угла поворота плоскости поляризации отраженного света (кривая 1) и спектр отражения естественного света (кривая 2) от границы раздела CdTe - электролит; на фиг.2 - блок- схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Основой для изобретения служит обнаружение нового явления - скачкообразных . изменений угла поврота плоскости поляризации отраженного света от поверхности твердого тела, точно соответствующее энергетическому спектру в приповерхностном слое. Это удобно наблюдать на границе раздела твердое тело - электролит, так как при помещении твердого тела в электролит естественным путем создается сравнительно однородный потенциальный рельеф на поверхности твердого тела. Это способствует более однородному распределению поверхностных состояний по всей исследуемой поверхности и выявлению их энергетического спектра.

Блок-схема установки (фиг.2) содержит источник 3 света,систему линз 4, фокусирующую свет на поверхности твердого тела 5, помещенного в электрохимическую ячейку 6 с прозрачным окном. Отраженный луч, проходя через монохроматор 7, регистрируется с помощью ФЭУ 8. Электрический сигнал с выхода ФЭУ после усиления и синхронного

О

ю

со

4 00 00

детектирования записывается самопишущим потенциометром.

Для получения плоско-поляризованного света на пути падающего луча помещен поляризатор 9, а для определения угла поворота плоскости поляризации отраженного луча используют второй поляризатор 10 (анализатор) с градуированной шкалой поворота угла плоскости поляризации р.

Особенностью эксперимента является наклонное падение и отражение луча от поверхности. Угол между падающим и отраженным лучами составляет 20 150° при регистрации спектров (фмг.2). При угле падения луча Э 85° отраженный луч не удается регистрировать, так как фактически наблюдается скользящий луч. При угле падения Э 40° скачкообразные вращения угла плоскости р-поляризации, подробно приведенной на фиг.2 (кривая 1), уже не наблюдаются. Следовательно, угол наклонного падения Р-поляризованного луча может меняться в пределах 40° 0 85°,

Для учета поляризованных эффектов, имеющих место в самой оптической системе, сначала получена поляризационная характеристика оптического тракта без твердого тела 5 при 2 ® 180°. Закон Малю- са полностью соблюдается, т.е. оптический тракт установки не приводит к дополнительным поляризационным эффектам.

При наличии же твердого тела на оптическом пути луча, например кристалла CdTe, в зависимости от длины волны отраженного луча наблюдались скачкообразные вращения угла плоскости Р-поляризации. В случае же S-поляризации эффекта вращения угла плоскости поляризации не наблюдалось.

П р и м е р. На поверхность кристалла CdTe наклонно падает Р-поляризованный луч от первого поляризатора. При фиксированной длине волны вращением угла р второго поляризатора (анализатора) достигается максимум сигнала, соответствующий максимальной интенсивности отра- женного луча. Таким путем определяют изменение угла поворота плоскости поляризации для всей области спектра. Угол поворота плоскости поляризации отраженного луча (р меняется скачкообразно (кривая 1), причем спектральные местоположения скачков р соответствуют местоположениям слабо выраженных особенностей (минимумов) на спектре отражения CdTe (кривая 2), полученного без помещения на оптическом пути поляризаторов 7 и 8. Скачки р наблюдаются как в коротковолновой, так и в длинноволновой области спектра, причем в одной области происходит увеличение значения р, а в другой - уменьшение.

При определении длины волн (или энергий), соответствующих минимумам отражения, допускаются значительные погрешности, так как минимумы выражены нечетко (фиг.1, кривая 2). А длины волн, соответствующие скачкам угла поворота (кривая 1), определяются с большой точностью ( ДЯ 0,1 нм) Значения энергий, при которых происходят скачки р, точно соответствуют энергетическому спектру поверх- ностных состояний для CdTe, о чем свидетельствуют большие значения скачков

(р (больше 6°) на таком узком спектральном интервале из-за значительного поглощения поверхностными состояниями. Обнаруженные поверхностные состояния в области энергии ширины запрещенной зоны CdTe

(длинноволновая область спектра) на основе кривой 1 (фиг,1) имеют следующие значения: 1,508 эВ (822,3 ± 0,1) нм; 1,4683 эВ (844,5 ± 0,1) нм; 1,4553 эВ (852 ± 0,1) нм; 1,4402эВ(861,5±0,1)нм; 1,422 эВ (872 ±0,1)

нм,

В области энергий, большей ширины запрещенной зоны CdTe (коротковолновая область спектра), также обнаружено поверхностное состояние, имеющее следующие значения: 1,5306(810,1 ±0,1) нм.

Подобные скачки р в зависимости от длины волны получены и для других кристаллических твердых тел (CdS, ZnTe, ZnO). Таким образом, предлагаемый способ

является весьма чувствительным, бесконтактным методом контроля поверхности и определения наличия различных состояний поверхности твердого тела.

Формула изобретения

Способ определения энергетического

спектра поверхностных состояний твердого тела, включающий облучение оптическим излучением образца, размещенного в электрохимической ячейке, измерение интеисивности света, отраженного от поверхности твердого тела, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения спектра энергетических состояний поверхности, на поверхность твердого

тела под углом 40-85° направляют Р-поля- ризованный луч, при измерении интенсив- кости отраженного света регистрируют изменение угла поворота плоскости поляризации в зависимости от длины волны Я и по

значениям Я, соответствующим скачкообразным изменениям угла поворота плоскости поляризации отраженного луча, определяют спектр энергетических состояний поверхности твердого тела.

I

r i

5Г ta ,

I

1

8 f

§W

.To

80

ID

300 К

.

i

s

ч

§

s

3

I

Изобретение относится к спектроскопии твердого тела. Цель изобретения - повышение точности определения спектра энергетических состояний поверхности. Для этого на поверхность твердого тела, размещенного в электрохимической ячейке, наклонно подают Р-поляризованный луч. На пути отраженного луча помещают второй поляризатор с градуированной шкалой поворота угла плоскости поляризации и определяют длины волн при скачкообразных изменениях угла поворота плоскостями поляризации отраженного , по которым строят спектр состояний поверхности. 2 ил.

800

810

3

860

A;///V

880

Ю

8

Фт.1