Терагерцовая когерентная спектроскопия и ближнепольная микроскопия полупроводников и полупроводниковых структур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, доктор наук Трухин Валерий Николаевич

• Трухин Валерий Николаевич
• доктор наук
• 2021

Оглавление диссертации доктор наук Трухин Валерий Николаевич

Оглавление

Стр.

Реферат……………………………………………………………………………

Synopsis…………………………………………………………………………

Введение

ГЛАВА 1. Терагерцовые широкоапертурные полупроводниковые

антенны

§ 1.1 Введение……………………………………………………………..…

§ 1.2 Генерация терагерцового излучения в широкоапертурных

полупроводниковых антеннах …………………………………………...…106

§ 1.3 Эффекты насыщения при генерации терагерцового излучения в

широкоапертурных полупроводниковых

антеннах………………………..……………………………………………

§ 1.3.1 Теоретические исследования явлений генерации

терагерцового излучения в фотопроводящих средах при высоком

уровне возбуждения и определение условий эффективной генерации

………………………….………………………………………..….…

§ 1.3.2 Экспериментальные исследования процесса генерации

терагерцового излучения в полупроводниковых антеннах при

высоком оптическом уровне возбуждения.…………………….…

§ 1.4 Выводы к главе 1………………………………………………………

ГЛАВА 2. Генерация электромагнитного излучения в нитевидных

нанокристаллах на основе полупроводников GaAs и AlGaAs при возбуждении

фемтосекундными световыми импульсами

§ 2.1 Введение

§ 2.2 Синтез полупроводниковых нитевидных нанокристаллов………

§ 2.2.1 Механизм роста ПЖК (пар -жидкость-кристалл) и

формирование на его основе полупроводниковых нитевидных

нанокристаллов ………………………………………………………

6

§ 2.2.2 Синтез периодических структур полупроводниковых

нитевидных нанокристаллов методом селективной эпитаксии. .…178

§ 2.2.3 Характеризация синтезированных образцов методами

электронной микроскопии……………………………………..……

§ 2.2.4. Характеристики исследуемых образцов……………………

§ 2.3 Генерация терагерцового излучения в нитевидных нанокристаллах на

основе полупроводника GaAs ……………………………

§ 2.3.1 Определение вклада эффекта оптического выпрямления в

процесс генерации ТГц излучения в нанопроводах………………

§ 2.3.2 Исследование угловых и поляризационных зависимостей

интенсивности ТГц излучения и коэффициента отражения

возбуждающего ИК импульса ………………………………………

§ 2.3.3 Исследование ТГц генерации при различных уровнях

возбуждения …………………………………………...………..……

§ 2.4 Генерация терагерцового излучения в нитевидных нанокристаллах на

основе полупроводника AlGaAs…………………..………………………

§ 2.5 Выводы к главе

ГЛАВА 3. Эффект Ми и генерация терагерцового излучения в периодических

структурах на основе полупроводниковых нитевидных

нанокристаллов…………………………………………………………………217

§ 3.1 Введение……………………………………………………….…….…217

§ 3.2 Рассеяние Ми…………………………………………………….……

§ 3.3 Исследование процессов терагерцовой генерации в периодических

структурах полупроводниковых нитевидных нанокристаллов на основе

GaAs…………………………………………………………………………

§ 3.4 Исследование процессов терагерцовой генерации в

полупроводниковых нитевидных нанокристаллах на основе GaAs,

пассивированных AlGaAs…………………………………………………

§ 3.5 Выводы к главе 3……………………………………...……

7

ГЛАВА 4. Исследование релаксационных и рекомбинационных процессов

носителей заряда и их транспорта в полупроводниковых нитевидных

нанокристаллах………………………………………………………...………

§ 4.1 Введение……………………………………………….………………250

§ 4.2 Схема экспериментальной установки optical-pump terahertz generation-

probe time-domain spectroscopy………………………………...……………250

§ 4.3 Исследование релаксационных и рекомбинационных процессов

носителей заряда и их транспорта в полупроводниковых нитевидных

нанокристаллах на основе AlGaAs…………………………………………254

§ 4.4 Исследование релаксационных и рекомбинационных процессов

носителей заряда и их транспорта в периодических структурах

полупроводниковых нитевидных нанокристаллах на основе GaAs……

§ 4.5 Выводы к главе 4………...………………………………….…………

ГЛАВА 5. Терагерцовая ближнепольная микроскопия ………………..…

§ 5.1 Введение……………………………………………………………..…276

§ 5.2 Терагерцовый сканирующий зондовый микроскоп………………

§ 5.3 Электрохимическое изготовления нанозондов в слое электролита…296

§ 5.4 Метод выделения дифференциального сигнала..……………………

§ 5.5 Экспериментальное исследование зависимости геометрии зонда на

эффект усиления рассеяния ТГц излучения………………………………306

§ 5.6 Экспериментальное исследование влияния параметров модуляции

положения зонда на спектральные характеристики терагерцового

излучения, регистрируемого в дальней зоне…………………………..…

§ 5.7 Выводы к главе 5……………………………………………….……

ГЛАВА 6. Краевые терагерцовые электромагнитные волны………….…

§ 6.1 Введение……………………………………………………………

§ 6.2 Экспериментальные результаты по дифракции электромагнитного

излучения на конусообразном металлическом зонде и полубесконечном

металлическом цилиндре …………………………………………………

8

§ 6.3 Теоретическое исследование дифракции ограниченного пучка

терагерцового излучения на полубесконечном металлическом тонком

цилиндре……………………………………………………………………

§ 6.4 Выводы к главе 6……………………………………….……………

ГЛАВА 7. Терагерцовая ближнепольная микроскопия полупроводников и

полупроводниковых наноструктур…………………………………….….…

§ 7.1 Определение пространственного распределения концентрации

носителей заряда в элементах микроэлектроники и оптоэлектроники

§ 7.1.1 Методика определения концентрации носителей заряда в

полупроводниковых наноструктурах на основе кривых

подвода……………………………………………………………………

§ 7.1.2 Методика определения концентрации носителей заряда в

полупроводниковых наноструктурах на основе спектрального анализа

§ 7.2 Экспериментальное исследование пространственного распределения

концентрации носителей заряда в полупроводниковых элементах

микроэлектроники и оптоэлектроники……………………………….…

§ 7.3 Выводы к главе 7…………………………….………………….……

Заключение…………………………………………………………….………

Список сокращений и условных обозначений………………………….……

Благодарности..…………………………………………………………………365

Список литературы.……………………………………….……………………366

Приложение А. Расчет распределения тока в однопроводной антенне бегущей

волны при рассеянии плоской электромагнитной волны в ограниченной

области………………………………………………………………………385

Приложение Б. (обязательное) Публикации по теме диссертации….......…

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Терагерцовая когерентная спектроскопия и ближнепольная микроскопия полупроводников и полупроводниковых структур»

Реферат

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В течение прошлых двух десятилетий значительное внимание

исследователей привлекла оптика сверхкоротких световых импульсов с одним

или несколькими периодами колебаний [1–3]. Использование такого светового

импульса, спектральная полоса которого лежит в терагерцовой (ТГц) полосе

электромагнитного спектра, представляет особый интерес в качестве

уникального средства для информативного исследования в области

видеоизображения и микроскопии. Этот растущий интерес мотивирован

практическими применениями в физике и науке о жизни новых

инновационных технологий с использованием ТГц излучения. Область

терагерцовых волн располагается между инфракрасными и миллиметровыми

волнами, что соответствует частотам 0.1 ÷ 10 ТГц или в длинах волн между 30

мкм и 3 мм. Несмотря на то, что освоение как микроволнового

электромагнитного излучения, так и инфракрасного имеет достаточно

длинную историю исследований и практических применений,

электромагнитные волны ТГц диапазона до сих пор представляют

малоисследованную область электромагнитного спектра. Такое положение

обусловлено как отсутствием надежного, достаточно компактного и мощного

источника ТГц излучения, так и ТГц детекторов. В последние годы, однако,

несколько исследовательских групп достигли значительного продвижения на

пути к освоению этого экзотического диапазона электромагнитного спектра.

ТГц излучение обладает рядом достоинств. Определяющий фактор,

который привлекает исследователей осваивать этот спектральный диапазон

спектра, заключается в том, что характерные собственные спектральные

особенности большинства веществ, связанных с молекулярными

10

колебаниями, колебаниями сложных молекул типа ДНК, РНК и протеиновых

молекул, с возбуждением мелких примесных центров и экситонов в

полупроводниковых кристаллах и наноструктурах, переходов между

уровнями размерного квантования в таких структурах находятся в ТГц

диапазоне частот. Другим ключевым достоинством является относительно

хорошая проникающая способность ТГц излучения в большинстве

конденсированных сред, исключая металлы и ряд жидких растворов. Это в

значительной степени благоприятствует созданию принципиально новых

диагностических видеосистем для различных применений от медицины до

безопасности.

В отличие от уже существующих микроволновых видеосистем, ТГц

приборы такого типа будут обладать значительно более высокой

разрешающей способностью. Однако даже длины волн коротковолновой

части ТГц спектра недостаточно для раздельной визуализации нано-объектов.

Для реализации вышеотмеченных преимуществ ТГц области частот

необходимы поиски решений и реализации ТГц микроскопа, возможно с

использованием вспомогательных технологий, таких как СПМ, для

достижения разрешения нано-объектов на масштабах малых по сравнению с

дифракционным пределом.

Комбинация отмеченных выше свойств составляет вместе то, что

обуславливает бум интереса к ТГц технологиям, необходимым для создания

новых уникальных методик диагностики и неинвазивного анализа в самых

разных областях: биофизической и медицинской диагностик, скрининг в

областях контроля и безопасности, полупроводниковой нано- и - микро-

электронике, и многих других применений. В силу данного обстоятельства

ТГц диагностические системы открывают возможность для изучения объекта

(кристалл, полупроводниковая гетероструктура, биологическая ткань или

медицинский препарат) или воздействия на объект, используя ту или иную

11

спектральную особенность и связанное с ней собственное макро-свойство или

характеристику объекта исследования.

Создание и усовершенствование ТГц сканирующего зондового

микроскопа является значительным продвижением ТГц технологий, важность

которых едва ли возможно переоценить. ТГц сканирующий зондовый

микроскоп представляет собой кр итически важное добавление в арсенал

современной аналитики для нанотехнологий. ТГц технологии характеризуется

возможностями анализа весьма непростых и важных спектральных

специфичностей в широкой частотной области в несколько декад с

характеристиками, которые не имеют прецедента в существующих методиках

анализа. ТГц сканирующий зондовый микроскоп представляет инструмент

анализа нанообъектов, использующий когерентный источник, когерентную

схему детектирования сигнала, оптическую систему, совмещающую

приспособление для управления ТГц лучом в комбинации с сканируемым

зондом СПМ/АСМ. Такая система позволяет регистрировать отклик нано-

объекта в ТГц диапазоне электромагнитного спектра, получать

видеоизображение объекта на выбранных частотах в ТГц области. Еще раз

подчеркнем, что создание терагерцового сканирующего зондового

(ближнепольного) микроскопа, функционирующего при комнатной

температуре, основано на использования методов ТГц спектроскопии, а

именно, применении методов генерации и детектирования когерентного

электромагнитного излучения в ТГц диапазоне с использованием

ультракоротких импульсов лазеров видимого и ближнего инфракрасного

диапазонов [4].

Хотя исследования генерации ТГц излучения в фотопроводниках

выполнены в ряде работ, природа процесса генерации ТГц излучения остается

все еще до конца не ясной. В настоящее время предложено и

экспериментально реализовано несколько способов излучения и приема ТГц

12

излучения. Их можно сгруппировать в три категории: генерация и

детектирование ТГц излучения в нелинейных средах, обусловленные

нелинейным взаимодействием электромагнитных волн; эмиссия ТГц

излучения, связанная с фотоэлектрическими эффектами из-за поверхностного

встроенного электрического поля и Демберовского поля в чистых

полупроводниковых пластинах; и генерация ТГц излучения фотопроводящей

полупроводниковой пластиной, к которой приложено поперечное

электрическое поле при возбуждении сверхкороткими импульсами света. Что

же касается последней категории тот факт, что механизм генерации в

полупроводниковых антеннах рассматривался без учета эффектов

неравновесного расширения электронно-дырочной плазмы и прохождение

оптического импульса в среде, определил актуальность и насущность

проведения исследований в этом направлении. Дальнейшее

усовершенствование источников ТГц излучения по таким параметрам как

эффективность генерации, ширина спектрального диапазона, возможность

функционирования при комнатных температурах вызывало необходимость не

только более полного рассмотрения уже известных процессов ТГц генерации,

но и поиск новых материалов, в которых эффект генерации ТГц излучения

проявлялся сильнее и, возможно, на основе новых механизмов. Одними из

перспективных наноматериалов, на основе которых могут быть разработаны

эффективные излучатели и приемники терагерцового излучения, являются

полупроводниковые нитевидные нанокристаллы (ННК). Соответственно,

проведение исследования процессов ТГц генерации в полупроводниковых

нитевидных нанокристаллах было актуальным не только с точки зрения их

прикладного применения, но и с позиции получения фундаментальных знаний

о механизме ТГц генерации в этих нанокр исталлах и оптических явлений,

сопровождающих процесс ТГц генерации.

Использование вышеперечисленных технологий и методов в

фундаментальной науке и технике, ложится в основу новых направлений

13

спектроскопии и микроскопии— когерентной терагерцовой спектроскопии и

терагерцовой сканирующей зондовой микроскопии.

Цель работы. Исследование явлений преобразования оптического

излучения фемтосекундной длительности в терагерцовое в полупро водниках

и полупроводниковых наноструктурах и взаимодействия этих сред с

ближнепольной компонентой терагерцового электрического поля, а

также развитие на основе этих явлений методов создания эффективных

источников излучения терагерцового диапазона и их использования в

терагерцовой диагностике.

Все, рассмотренные в диссертационной работе задачи, связаны между

собой тем, что направлены на усовершенствование и разработку новых

технологий и методов когерентной терагерцовой спектроскопии и

терагерцовой сканирующей зондовой микроскопии.

Заключение диссертации по теме «Оптика», Трухин Валерий Николаевич

Заключение

В ходе теоретического рассмотрения процесса ТГц генерации в

широкоапертурных полупроводниковых антеннах из первых принципов на

основе совместного решения кинетического уравнения и уравнений

Максвелла был определен ток носителей заряда в полупроводнике и

производен расчет терагерцового поля путем решения волнового уравнения с

учетом граничных условий. Было показано, что механизм ТГц генерации при

учете эффектов распространения электронно-дырочной плазмы и оптического

возбуждающего излучения, обусловлен эмиссией терагерцового излучения

источниками, локализованных вблизи входной и выходной грани

полупроводника. Также было впервые показано, что физическая суть процесса

генерации терагерцового излучения в широкоапертурной полупроводниковой

антенне подобна явлению генерации электромагнитного излучения при

ускорении и остановке заряда в вакууме, описанного И.Е. Таммом, а также

процессу нелинейного взаимодействия световой волны в нелинейном

кристалле.

В ходе теоретического и экспериментального исследования процессов

генерации ТГц излучения в полупроводниковой среде при высоком уровне

возбуждения были установлены вклады эффектов, как радиационного

экранирования, так и нелинейного поглощения. Дополнительно,

экспериментально были измерены времена жизни и релаксации по импульсу

носителей тока, использующиеся при моделировании. По результатам

моделирования было получено, что вклад нелинейного поглощения

сопоставим с эффектом радиационного экранирования и его необходимо

учитывать при исследовании генерации при высоких уровнях возбуждения.

Также было установлено, что при высоких уровнях возбуждения (когда

начальная концентрация носителей заряда ~ 1018 см-3) электронно-дырочная

плазма возбуждается до глубин вплоть до 2 мкм и более, поэтому, при анализе

358

процесса ТГц генерации в ФПА, имеющих соответствующую толщину

активного слоя, необходимо учитывать эффекты распространения

электронно-дырочной плазмы.

Экспериментальные исследования процессов генерации терагерцового

излучения в полупроводниковых нитевидных нанокристаллах на основе GaAs

и AlGaAs показали, что эти процессы обусловлены движением носителей

заряда за счет дрейфа в поверхностном поле, а также за счет амбиполярной

диффузии в полупроводниковых ННК.

Синтез полупроводниковых ННК осуществлялся методом молекулярно-

пучковой эпитаксии, согласно механизму «пар -жидкость-кристалл» с

использованием золота в качестве катализатора и без него. Для

полупроводниковых структур с нанопроводами на основе GaAs и AlGaAs

были исследованы угловые зависимости интенсивности ТГц импульсов и

коэффициента отражения ИК излучения при различной поляризации.

Полученные результаты подтвердили, что процесс генерации ТГц излучения

в полупроводниковых наноструктурах обусловлен за счет движения

неравновесных носителей заряда в нанокристалле. Результаты исследований

ТГц генерации в ННК на основе GaAs с n-и p-легированием, показали, что

механизм ТГц генерации в нанокристаллах n-типа проводимости обусловлен

дрейфовым и диффузионным токами фотовозбужденных носителей зарядов,

имеющих одинаковую направленность. ТГц генерация в нанокристаллах р -

типа проводимости связана с дрейфовым и диффузионным токами

фотовозбужденных носителей заряда, направленных в противоположные

стороны. Вклад в генерацию ТГц излучения от дрейфового тока сильнее, чем

от диффузионного для нанопроводов GaAs с каталитическими каплями Au.

Было продемонстрировано, что ТГц генерация в ННК гораздо эффективнее

(увеличение в несколько раз) чем от поверхности объемного полупроводника,

359

даже не принимая в расчет коэффициент заполнения нанокристаллами

поверхности подложки.

Исследования спектров возбуждения ТГц генерации, проведенные для

полупроводниковых структур с ННК на основе AlGaAs, подтвердили, что

процесс ТГц генерации в этих структурах при низких уровнях возбуждения

связан с поглощением света в нанокристаллах и не опр еделяется вкладом

эффекта оптического выпрямления. Кроме того, исследование спектров

возбуждения ТГЦ генерации в ННК на основе полупроводника AlGaAs

показали, что эти ННК состоят из нанокристаллов с разными

кристаллическими фазами – вюрцитной и цинковой обманки.

В ходе экспериментов было показано, что с ростом уровня возбуждения

нанокристаллов фемтосекундными импульсами эффективность ТГц

генерации уменьшается за счет разделения неравновесных электронов и дырок

в контактном электрическом поле у верхней грани ННК и в электрическом

поле n-n+перехода между ННК и подложкой. Разделяясь, носители заряда

создают электрическое поле, которое экранирует внутреннее электрическое

поле – контактное поле, созданное на границе полупроводник-металл. Таким

образом, при высоком уровне возбуждения уменьшение внутреннего

электрического поля приводит к падению эффективности ТГц генерации

часть.. Это динамическое экранирование приводит к сублинейной

зависимости амплитуды электрического поля ТГц излучения от

интенсивности возбуждения.

Впервые экспериментально было продемонстрировано, что

эффективность ТГц генерации в полупроводниковых ННК имеет линейную

зависимость от фактора заполнения ННК, когда период больше длины волны

возбуждающегося света, и не растет до бесконечности при достижении

максимальной упаковке нанокристаллов, а достигает максимального значения

360

для периода ННК порядка длины волны возбуждающего света. Полученные

экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что ближнепольное

взаимодействие возбужденных нанокристаллов, когда массив ННК

представляет собой по сути метаматериал, приводит к ослаблению

электромагнитного поля в нанокристалле. Кроме того, экспериментально

было показано, что эффективность ТГц генерации зависит не только от

фактора заполнения ННК, но и для определенного диаметра нанокристалла

при заданной частоте возбуждающего света, она существенно возрастает.

Исследование влияния поляризации и угла падения возбуждающего света на

процесс ТГц генерации в периодических массивах ННК на основе GaAs,

подтвердили существенную роль резонансного поглощения возбуждающего

света на процесс ТГц генерации в ННК. Выполнено моделирование процесса

поглощения света при его наклонном падении на бесконечный нанопровод на

основе теории Лоренца-Ми. С использованием разработанного алгоритма

проведен расчет сечения поглощения света для различных вариаций диаметра

нанопровода, угла падения и длины волны света с ТЕ и ТМ поляризацией.

Полученная в результате моделирования зависимость сечения поглощения

света от диаметра нанокристалла, угла падения, поляризации и частоты

возбуждающего света согласуется с экспериментальными результатами. Это

соответствие, также подтверждает тот факт, что значение амплитуды

электрического поля ТГц излучения напрямую связано с сечением

поглощения света. Результаты исследования спектров возбуждения

терагерцового излучения в образцах с различным фактором заполнения и

диаметра нанокристаллов дополнительно подтвердили влияние резонансного

возбуждения цилиндрических вытекающих мод (так называемых мод Ми) в

полупроводниковом нанокристалле на процесс ТГц генерации.

Экспериментально было продемонстрирована эффективная ТГц генерация в

периодическом массиве ННК на основе GaAs при сравнении с ТГц генерацией

в полупроводника р-InAs.

361

Результаты экспериментальных исследований временного генезиса

процесса ТГц генерации после рождения электронно-дырочной плазмы в ННК

на основе AlGaAs подтвердили, что нанопровода на основе AlGaAs

представляют из себя смесь нанокристаллов с фазами кубической и

гексагональной кристаллической решётки. Безызлучательная рекомбинация

носителей заряда через центры захвата на поверхности и внутри

нанокристалла определяют их динамику в ННК на основе AlGaAs. Захват

носителей на центры, существующие на границах ННК, и на границах между

кубической и гексагональной фазами приводят к увеличению эффективности

терагерцового излучения. Проведена оценка времени захвата носителей заряда

на безызлучательные центры, а также их концентрации и времени жизни

фотовозбужденных носителей.

Проведенные исследования процесса экранирования локального

электрического поля неравновесной электронно-дырочной плазмы в

упорядоченных массивах ННК на основе GaAs, позволили на основе модели

Друда-Лоренца определить время релаксации электронов по импульсу, а

также оценить времена захвата на безызлучательные центры в ННК и время

жизни фотовозбужденных носителей.

Также, проведенные эксперименты показали, что процессы релаксации,

рекомбинации и транспорта электронов и дырок в ННК GaAs при их

возбуждении ультракороткими импульсами определяются как быстрым

экранированием поверхностного электрического поля вследствие разделения

электронов и дырок в этом поле и продолжающего экранирования поля

электронами, захваченными на поверхностные центры, так и последующей

смены дрейфа дырок на их диффузию и на конечной стадии медленным

захватом дырок на поверхностные центры и безызлучательные центры в ННК.

362

В ходе выполнения диссертационной работы был создан терагерцовый

сканирующий зондовый микроскоп. Были определены его основные

параметры и выполнены ряд экспериментальных исследований.

В ходе экспериментальных исследований процессов рассеяния

терагерцового излучения зондом сканирующего зондового микроскопа было

выявлено влияние геометрии и амплитуды колебаний зонда, а также

диэлектрической проницаемости исследуемого образца на характеристики

ТГц излучения, обусловленного взаимодействием исследуемого образца с

ближнепольной компонентой ТГц поля и её конвертацией зондом в

расходящуюся электромагнитную волну, и установлены соответствующие

зависимости. Помимо этого, было экспериментально показано, что в

терагерцовом сканирующем зондовом микроскопе ближнепольное

взаимодействие можно увеличить, поменяв геометрическую форму зонда.

Например, ближнепольное взаимодействие для зондов с выпуклым

коническим профилем было менее эффективно, в отличии от зондов,

имеющих вогнутый. Также проведенные исследования показали, что

увеличение амплитуды модуляции в вертикального направлении зонда

приводит к усилению вклада обычного рассеяния ТГц излучения на зонде и

это отражается на спектральном распределении ТГц импульса,

детектируемого приемной системой. Полученные результаты теоретических и

экспериментальных исследований процесса рассеяния плоской

электромагнитной волны на металлическом зонде показывают, что в этом

процессе важную роль играет возбуждение дифракционных краевых волн на

границе перехода свет-тень. Кроме сферической электромагнитной волны,

расходящейся от конца зонда, происходит генерация сферической

электромагнитной волны, расходящейся от нового центра локализации

источника ТГц излучения на границе перехода от возбужденной области к

теневой области. Показано, что происходит процесс конвертации локального

поля свободным зондом в распространяющуюся электромагнитную волну и

363

амплитуда детектируемого ТГц импульса пропорциональна значению

электрического поля в котором находится конец зонда. В силу того, что

размещение отражающего образца под зондом изменяет направления

возбуждения и регистрации в процессе рассеяния, теоретическое

исследования этого процесса показало, что происходят изменения

спектрального состава и амплитуды ТГц поля, рассеянной электромагнитной

волны. Зависимость электрического поля этой сферической электромагнитной

волны от частоты, в основном, будет определяться спектром исходного

электромагнитного излучения. Эффективность рассеяния при внесении под

зонд отражающего образца возрастает на порядок по сравнению с рассеянием

ТГц излучения на свободном зонде.

Разработана и экспериментально подтверждена методика определения

пространственного распределения концентрации носителей заряда на основе

регистрации кривой подвода в соответствующей пространственной области

полупроводниковой структуры. Показано, что качественная и количественная

оценка распределения концентрации носителей заряда может быть сделана в

рамках модифицированной модели точечного диполя на основе анализа

кривых подвода ближнепольного ТГц сигнала к областям полупроводника с

различным содержанием легирующих примесей.

Разработана и экспериментально подтверждена методика определения

пространственного распределения концентрации носителей заряда на основе

спектрального анализа. На основании полученных результатов можно

заключить, что посредством техники ближнепольной терагерцовой

микроскопии возможно определение распределения концентрации носителей

заряда в различных полупроводниковых микро- и нано- структурах, а

пространственное разрешение может составлять менее 100 нм и будет

определяться формой зонда.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Трухин Валерий Николаевич, 2021 год

Список литературы

1. Brabec T. Intense few-cycle laser fields: Frontiers of nonlinear optics / Brabec T.,

Krausz F. // APS physics: Reviews of Modern Physics. — 2000 — V. 72. — P. 545.

— URL: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.72.545.

2. Shan J. THz Radiation from Semiconductors / Shan J. and Heinz T.F., edited by

Tsen K.-T. // Ultrafast Dynamical Processes in Semiconductors. — 2004 —

Springer-Verlag, Berlin — P. 1-56. — URL: https://doi.org/10.1007/978-3-540-

44879-2_1.

3. Tonouchi M. Cutting-edge terahertz technology // Nature Photonics. — 2007 —

V.1 — P. 97–105. — URL: https://doi.org/10.1038/nphoton.2007.3.

4. Ferguson B. Materials for terahertz science and technology / Ferguson B., Zhang

X.-C. // Nature Mater. — 2002. — V. 1. — P. 26. — URL:

https://doi.org/10.1038/nmat708.

5. Zinov’ev N.N. Identification of tooth abnormalities using terahertz imaging and

spectroscopy / Zinov’ev N. N., Sudworth C. D., Berry E., Strafford S.M., Wood D.J.,

Carmichael F.A., Miles R.E., Smith M.A., Chamberlain J.M. // Diagnostic Optical

Spectroscopy in Biomedicine II. — 2003. — P. 196–201. — URL:

https://doi.org/10.1364/ECBO.2003.5141_196.

6. Darrow J.T. Saturation properties of large-aperture photoconducting antennas /

Darrow J.T., Zhang X.-C., Auston D.H., Morse J.D.// IEEE Journal of Quantum

Electronics. — 1992. — V. 28. — №6. — PP. 1607-1616.

https://doi.org/10.1109/3.135314.

7. Sang-Gyu Park High-power narrow-band terahertz generation using large-

aperture photoconductors / Sang-Gyu Park, Weiner A.M., Melloch M.R., Sider

C.W., Sider J.L. // IEEE Journal of Quantum Electronics. — 1999 — V. 35. — №

8. — P. 1257–1268. — URL: https://doi.org/10.1109/3.777228.

367

8. Katzenellenbogen N. Efficient generation of 380 fs pulses of THz radiation by

ultrafast laser pulse excitation of a biased metal‐semiconductor interface /

Katzenellenbogen N. and Grischkowsky D. // Applied Physics Letters. — 1991 —

V. 58 — № 3 — P. 222–224. — URL: https://doi.org/10.1063/1.104695.

9. Jepsen P. U. Generation and detection of terahertz pulses from biased

semiconductor antennas / Jepsen P. U., Jacobsen, R. H., & Keiding, S. R. // Journal

of the Optical Society of America B. — 1996 — V. 13 — № 11 — P. 2424. — URL:

https://doi.org/10.1364/JOSAB.13.002424.

10. Němec, H. Carrier dynamics in low-temperature grown GaAs studied by

terahertz emission spectroscopy / Němec, H., Pashkin, A., Kužel, P., Khazan, M.,

Schnüll, S., & Wilke, I. // Journal of Applied Physics. — 2001 — V. 90 — № 3 —

P. 1303–1306. — URL: https://doi.org/10.1063/1.1380414.

11. Tani, M. Generation and detection of terahertz pulsed radiation with

photoconductive antennas and its application to imaging / Tani M., Herrmann M.,

Sakai, K. // Measurement Science and Technology. — 2002 — V. 13 — № 11. —

P. 1739–1745. — URL: https://doi.org/10.1088/0957-0233/13/11/310.

12. Truchin V. N. Generation of terahertz radiation by a moving bunch of

nonequilibrium electron-hole plasma / Truchin V. N., Andrianov A. V., Zinov’ev N.

N. // Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics. — 2008 — V.

78. — № 15. — P. 155325. — URL: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.78.155325.

13. Landau L. D. Physical Kinetics / Landau L. D., Lifshitz E. M. // Pergamon press.

— Oxford. — 1991. — P. — URL:

http://people.physics.tamu.edu/kcolletti1/classes/fall15/stat_mech/84180007 -Vol-

5-Landau-Lifshitz-Statistical-Physics-Part-1.pdf.

14. Stocker H. J. Theory of oscillatory photoconductivity in semiconductors:

Boltzmann-equation approach / Stocker H. J., Kaplan H. // Physical Review. —

1966. — V. 150. — № 2. — P. 619–631. — URL:

https://doi.org/10.1103/PhysRev.150.619.

368

15. Belinicher V. I. Jetlike photoelectromotive force in semiconductors / Belinicher

V. I. and Ryvkin S. M. / Sov. Phys. JETP — 1981. — V. 54. — № 1. — P. 353–

360. — URL: http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_054_01_0190.pdf.

16. Zhang K. Electrical properties of low-temperature GaAs grown by molecular

beam epitaxy and migration enhanced epitaxy / Zhang K., Miller D.L. // J. Electron.

Mater — 1993. — V. 22. — V. № 12. — P. 1433–1436. — URL:

https://doi.org/10.1007/BF02649993.

17. Kadow C. Subpicosecond carrier dynamics in low-temperature grown GaAs on

Si substrates / Kadow C. S. B. Fleischer, J. P. Ibbetson, J. E. Bowers, and A. C.

Gossard // Appl. Phys. Lett. — 1999 — V. 75. — № 17. — P. 2575 — URL:

https://doi.org/10.1063/1.125082.

18. Vurgaftman I.I. Carrier thermalization in sub-three-dimensional electronic

systems: Fundamental limits on modulation bandwidth in semiconductor lasers

/Vurgaftman I.I., Lam Y., Singh J. // Phys. Rev. B. Condens. Matter. — 1994. — V.

50. — № 19. — P. 14309–14326. — URL:

https://doi.org/10.1103/physrevb.50.14309.

19. Тамм И.Е. Собрание научных трудов /Наука — Москва — 1975 — Т.1. —

С. 77. — URL: http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/Tamm_t1_1975ru.djvu.

20. Zinov’ev N.N. Terahertz Radiation from a Nonlinear Slab Traversed by an

Optical Pulse / Zinov’ev N.N., Nikoghosyan A.S., Chamberlain J.M. // Phys. Rev.

Lett. — 2007. — V. 98. — № 4. — P. 044801. — URL:

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.044801.

21. Blakemore J.S. Semiconducting and other major properties of gallium arsenide

// J. Appl. Phys. — 1982. — V. 53. — № 10. — P. R123–R181. —

URL: https://doi.org/10.1063/1.331665.

22. Shugurov A.I. Nonellipsometric electro-optic sampling of terahertz waves in

GaAs / Shugurov A. I., Mashkovich E. A., Bodrov S. B., Tani M., Bakunov M. I. //

Opt. Express. — 2018. — V. 26. — № 18. — P. 23359. — URL:

https://doi.org/10.1364/OE.26.023359.

369

23. Shen Y.C. Generation and detection of ultrabroadband terahertz radiation using

photoconductive emitters and receivers / Shen Y. C., Upadhya P. C., Beere H. E.,

Linfield E. H., Davies A. G., Gregory I. S., Baker C., Tribe W. R., Evans M. J. //

Appl. Phys. Lett. — 2004. — V. 85. — № 2. — P. 164–166. — URL:

https://doi.org/10.1063/1.1768313.

24. Wolfson A. A. / Wolfson A. A., Subashiev V. K. //Fiz. Tekh. Poluprovodn. —

1967. — V. 1. — № 3. — P. 397-404.

25. Jepsen P. U. Generation and detection of terahertz pulses from biased

semiconductor antennas / Jepsen P.U., Jacobsen R.H., Keiding S.R. // J. Opt. Soc.

Am. B. — 1996. — V. 13. — № 11. — P. 2424–2436. — URL:

https://doi.org/10.1364/JOSAB.13.002424.

26. Tonouchi M. и др. Pump and probe terahertz generation study on ultrafast carrier

dynamics in low-temperature grown-GaAs / Tonouchi M., Kawasaki N., Yoshimura

T., Wald H., Seidel P. // Japanese J. Appl. Physics. Lett. —2002. — V. 41. — Part

2. — № 6B. — P. L706-L709. — URL: https://doi.org/10.1143/JJAP.41.L706.

27. Siebert K. J. Field screening in low-temperature-grown GaAs photoconductive

antennas // Japanese J. Appl. Physics, Part 1 Regul. Pap. Short Notes Rev. Pap. —

2004. — V. 43. — № 3. — P. 1038–1043. — URL:

https://doi.org/10.1143/JJAP.43.1038.

28. Loata G.C. Evidence for long-living charge carriers in electrically biased low-

temperature-grown GaAs photoconductive switches / Loata G.C., Löffler T., Roskos

H.G. // Appl. Phys. Lett. — 2007. — V. 90. — № 5. — P. 052101. — URL:

https://doi.org/10.1063/1.2436719.

29. Loata G.C. Radiation field screening in photoconductive antennae studied via

pulsed terahertz emission spectroscopy / Loata G.C., Löffler T., Roskos H.G.,

Thomson M.D. // Appl. Phys. Lett. — 2007. — V. 91. — № 23. — P. 232506. —

URL: https://doi.org/10.1063/1.2823590.

370

30. Benjamin S. D. Large ultrafast optical nonlinearities in As-rich GaAs / Benjamin

S. D., Othonos A., Smith P.W.E. // Electron. Lett. — 1994 — V. 30. — № 20. — P.

1704–1706. — URL: https://doi.org/10.1049/el:19941154.

31. Benjamin S.D. Ultrafast dynamics of nonlinear absorption in low-temperature-

grown GaAs / Benjamin S.D., Othonos A., Smith P.W.E., Loka H.S. // Appl. Phys.

Lett. — 1996. — V. 68. — № 18. — P. 2544. — URL:

https://doi.org/10.1063/1.116178.

32. Melikyan A. Nonlinear interband absorption of intense light wave in bulk

InGaAsP / Melikyan A., Minassiana H., Truchin V.N., Ginic E., Guekos G. // Opt.

Commun. — 2002. — V. 212. — № 1–3. — P. 183–190. — URL:

https://doi.org/10.1016/S0030-4018(02)01905-3.

33. Басс Ф.Б. Горячие электроны и сильные электромагнитные волны в плазме

полупроводников и газового разряда / Басс Ф.Б., Гуревич Ю.Г. // Наука. —

Москва. — 1975. — P. 399. — URL:.

34. Trukhin V.N. Generation of Terahertz Radiation by Large-Aperture

Photoconductive Antennas in Condition of a High Level Excitation / Trukhin V.N.,

Buyskikh A.S. // Acta Phys. Pol. A — 2011. — V. 119. — № 2. — P. 206-209. —

URL: http://dx.doi.org/10.12693/APhysPolA.119.206.

35. Claudon J. A highly efficient single-photon source based on a quantum dot in a

photonic nfnowire / Claudon J. [et all.] // Nature Photonic. — 2010. — V. 4. — №

3. — P. 174-177. — URL: https://doi.org/10.1038/NPHOTON.2009.287.

36. Fujiwara A. Detection of single charges and their generation-recombination

dynamics in Si nanowires at room temperature // Fujiwara A., Yamazaki K.,

Takahashi Y. // Applied Physics Letters. — 2002. — V. 80. — № 24. — P. 4567–

4569. — URL: https://doi.org/10.1063/1.1487451.

37. Robinson B.S. 781 Mbit/s photon-counting optical communications using a

superconducting nanowire detector / Robinson B.S., Kerman A.J., Dauler E.A.,

Barron R.J., Caplan D.O., Stevens M.L, Carney J.J., Hamilton S.A., Yang

J.K.W., Berggren K.K. // Opt. Lett. — 2006. — V. 31. — № 4. — P. 444–446.

— URL: https://doi.org/10.1364/OL.31.000444.

371

38. Duan X. Single-nanowire electrically driven lasers / Duan X., Huang Y.,

Agarwal R., Lieber C.M. // Nature. — 2003. — V. 421. — № 6920. — P. 241–

245. — URL: https://doi.org/10.1038/nature01353.

39. Cui Y. High Performance Silicon Nanowire Field Effect Transistors / Cui Y.,

Zhong Z., Wang D., Wang W.U., Lieber C.M. // Nano Lett. — 2003. — V. 3. —

№ 2. — P. 149–152. — URL: https://doi.org/10.1021/nl025875l.

40. Dittmer J.J. Electron Trapping in Dye/Polymer Blend Photovoltaic Cells /

Dittmer J.J., Marseglia E.A., Friend R.H. // Advanced Materials. 2000. — V. 12.

— № 17. — P. 1270–1274. — URL: https://doi.org/10.1002/1521-

4095(200009)12:17%3C1270::AID-ADMA1270%3E3.0.CO;2-8.

41. Kim Y. Device annealing effect in organic solar cells with blends of regioregular

poly(3-hexylthiophene) and soluble fullerene / Kim Y., Choulis S.A., Nelson J.,

Bradley D.D.C., Cook S., Durrant J. R. // Applied Physics Letters. — 2005. —

V. 86. — № 6. — P. 063502–063502–3. — URL:

https://doi.org/10.1063/1.1861123

42. Parkinson P. Transient Terahertz Conductivity of GaAs Nanowires / Parkinson

P., Lloyd-Hughes J., Gao Q., Tan H.H., Jagadish C., Johnston M.B., Herz L.M.

// Nano Lett. — 2007. — V. 7. — № 7. — P. 2162–2165. — URL:

https://doi.org/10.1021/nl071162x.

43. Seletskiy D.V. Efficient terahertz emission from InAs nanowires / Seletskiy

D.V., Hasselbeck M.P., Cederberg J.G., Katzenmeyer A., Toimil-Molares M.E.,

Léonard F., Talin A.A., Sheik-Bahae M. // Physical Review B. — 2011. — V.

84. — № 11. — P. 115421. — URL:

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.115421.

44. Joyce H.J. Ultralow Surface Recombination Velocity in InP Nanowires Probed

by Terahertz Spectroscopy / Joyce H.J., Wong-Leung J., Yong C.-K., Docherty

C.J., Paiman S., Gao Q., Tan H.H., Jagadish C., Lloyd-Hughes J., Herz L.M.,

Johnston M.B. // Nano Lett. — 2012. — V. 12. — № 10. — P. 5325–5330. —

URL: https://doi.org/10.1021/nl3026828.

372

45. Hoyer P. Terahertz emission from black silicon / Hoyer P., Theuer M., Beigang

R., Kley E.-B. // Applied Physics Letters. — 2008. — V. 93. — № 9. — P.

091106–091106. — URL: https://doi.org/10.1063/1.2978096.

46. Jung G.B. Geometry-dependent terahertz emission of silicon nanowires / Jung

G.B., Cho Y.J., Myung Y., Kim H.S., Seo Y.S., Park J., Kang C. // Optics

express. 2010. Т. 18. № 16. Ст. 16353–16359. — URL:

https://doi.org/10.1364/OE.18.016353.

47. Zheng J.-Y. Vertical Single-Crystalline Organic Nanowires on Graphene:

Solution-Phase Epitaxy and Optical Microcavities / Zheng J.-Y., Xu H., Wang J.J.,

Winters S., Motta C., Karademir E., Zhu W., Varrla E., Duesberg G.S., Sanvito S.,

Hu W., Donegan J.F. // Nano Lett. — 2016. — V. 16. — № 8. — P. 4754–4762. —

URL: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b00526.

48. Largeau L. Epitaxy of GaN Nanowires on Graphene / Kumaresan V., Largeau

L., Madouri A., Glas F., Zhang H., Oehler F., Cavanna A., Babichev A., Travers L.,

Gogneau N., Tchernycheva M., Harmand J.-C. // Nano Lett. — 2016. — V. 16. —

№ 8. — P. 4895–4902. — URL: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b01453.

49. Kang J.-H. MBE growth of self-assisted InAs nanowires on graphene / Kang J.-

H., Ronen Y. Cohen Y., Convertino D., Rossi A., Coletti C., Heun S., Sorba L.,

Kacman P., Shtrikman H. // Semiconductor science and technology. — 2016. — V.

31. — № 11. — P. 115005 — URL: https://doi.org/10.1088/0268-

1242/31/11/115005.

50. Jadczak J. Unintentional High-Density p-Type Modulation Doping of a

GaAs/AlAs Core-Multishell Nanowire / Jadczak J., Plochocka P., Mitioglu A.,

Breslavetz I., Royo M., Bertoni A., Goldoni G., Smolenski T., Kossacki P., Kretinin

A., Shtrikman H., Maude D. K. // Nano Letters — 2014. — V. 14. — № 5. — P.

2807–2814. — URL: https://doi.org/10.1021/nl500818k.

51. Plochocka P. High Magnetic Field Reveals the Nature of Excitons in a Single

GaAs/AlAs Core/Shell Nanowire / Plochocka P., Mitioglu A.A., Maude D. K.,

Rikken G.L.J.A., Granados del Águila A., Christianen P.C.M., Kacman P.,

373

Shtrikman H. // Nano Letters. — 2013. — V. 13. — №6. — P. 2442-2447. — URL:

https://doi.org/10.1021/nl400417x.

52. Kim J.H. 3D Printing of Reduced Graphene Oxide Nanowires / Kim J.H., Chang

W.S., Kim D., Yang J.R., Han J.T., Lee G.-W., Kim J.T. Seol S.K. // Advanced

Materials. — 2015. — V. 27. — № 1. — P. 157–161. — URL:

https://doi.org/10.1002/adma.201404380.

53. Liu R. Lithography-free fabrication of silicon nanowire and nanohole arrays by

metal-assisted chemical etching / Liu R., Zhang F., Con C., Cui B., Sun B. //

Nanoscale Res. Lett. — 2013. — V. 8. — № 1. — P. 155. — URL:

https://doi.org/10.1186/1556-276X-8-155.

54. Colli A. Nanowire lithography on silicon / Colli A., Fasoli A., Pisana S., Fu Y.,

Beecher P., Milne W.I., Ferrari A.C. // Nano Lett. — 2008. — V. 8. — № 5. — P.

1358–1362. — URL: https://doi.org/10.1021/nl080033t.

55. Xia Y. One-Dimensional Nanostructures: Synthesis, Characterization, and

Applications / Xia Y., Yang P., Sun Y., Wu Y., Mayers B., Gates B., Yin Y., Kim

F., Yan H. // Adv. Mater. — 2003. — V. 15. — № 5. — P. 353–389. — URL:

https://doi.org/10.1002/adma.200390087.

56. Wagner R.S. Vapor-liquid-solid mechanism of single crystal growth / Wagner

R.S., Ellis W.C. // Appl. Phys. Lett. — 1964. — V. 4. — № 5. — P. 89–90. — URL:

https://doi.org/10.1063/1.1753975.

57. Petroff P.M., Gossard A.C., Wiegmann W. Structure of AlAs‐GaAs interfaces

grown on (100) vicinal surfaces by molecular beam epitaxy // Appl. Phys. Lett. —

1984. — V. 45 — № 6. — P. 620–622. — URL: https://doi.org/10.1063/1.95332.

58. Bhat R. Quantum wire lasers by OMCVD growth on nonplanar substrates / Bhat

R., Kapon E., Simhony S., Colas E., Hwang D.M., Stoffel N.G., Koza M.A. // J.

Cryst. Growth. — 1991. — V. 107. — № 1–4. — P. 716–723. — URL:

https://doi.org/10.1016/0022-0248(91)90548-J.

374

59. Givargizov E.I. Morphology of silicon whiskers grown by the VLS-technique /

Givargizov E.I., Sheftal’ N.N. // J. Cryst. Growth. — 1971. — V. 9. — P. 326–329.

— URL: https://doi.org/10.1016/0022-0248(71)90250-8.

60. Sakaki H. Scattering Suppression and High-Mobility Effect of Size-Quantized

Electrons in Ultrafine Semiconductor Wire Structures // Jpn. J. Appl. Phys. — 1980.

— V. 19. — № 12. — P. L735. — URL: https://doi.org/10.1143/JJAP.19.L735.

61. Dick K.A. Failure of the vapor-liquid-solid mechanism in Au-assisted MOVPE

growth of InAs nanowires / Dick K.A., Deppert K., Martensson T., Mandl S.,

Samuelson L., Seifert W. // Nano Lett. — 2005. — V. 5. — № 4. — P. 761–764. —

URL: https://doi.org/10.1021/nl050301c.

62. Chuang L.C. Critical diameter for III-V nanowires grown on lattice-mismatched

substrates / Chuang L.C., Moewe M., Crankshaw S., Chase C., Kobayashi N.P.,

Chang-Hasnain C. // Appl. Phys. Lett. — 2007. — V. 90. — P. 043115. — URL:

https://doi.org/10.1063/1.2436655.

63. Dubrovskii V.G. Diffusion-induced growth of GaAs nanowhiskers during

molecular beam epitaxy: Theory and experiment / Dubrovskii V.G., Cirlin G.E.,

Soshnikov I.P., Tonkikh A.A., Sibirev N.V., Samsonenko Yu.B., Ustinov V.M. //

Phys. Rev. B. — 2005. — V. 71. — P. 205325. — URL:

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.205325.

64. Debnath R.K. Mechanism of molecular beam epitaxy growth of GaN nanowires

on Si (111) / Debnath R.K., Meijers R., Richter T., Stoica T., Calarco R., Lüth H. //

Appl. Phys. Lett. — 2007. — V. 90 — № 12. — P. 123117. — URL:

https://doi.org/10.1063/1.2715119.

65. Сошников И.П. Формирование массивов GaAs нитевидных

нанокристаллов на подложке Si (111) методом магнетронного осаждения /

Сошников И.П., Дубровский В.Г., Сибирев Н.В., Барченко Б.Т., Вертеха А.В.,

Цырлин Г.Э., Устинов В.М. // Письма в ЖТФ — 2006. — V. 32. — № 12 — C.

28–33. — URL: http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/11776.

375

66. Dubrovskii V.G. Growth of GaAs nanoscale whiskers by magnetron sputtering

deposition / Dubrovskii V.G., Soshnikov I.P., Sibirev N.V., Cirlin G.E., Ustinov

V.M. // J. Cryst. Growth. — 2006. — V. 289 — № 1. — P. 31–36. — URL:

https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2005.10.112.

67. Persson A.I. Surface diffusion effects on growth of nanowires by chemical beam

epitaxy / Persson A.I., Froberg L.E., Jeppesen S., Bjork M.T., Samuelson L. // J.

Appl. Phys. — 2007. — V. 101. — № 3. — P. 034313. — URL:

http://dx.doi.org/10.1063/1.2435800.

68. Fröberg L. E. Diameter-dependent growth rate of InAs nanowires / Fröberg L.

E., Seifert W., Johansson J. // Phys. Rev. B. — 2007. — V. 76. — P. 153401. —

URL: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.76.153401.

69. Dubrovskii V.G. General form of the dependences of nanowire growth rate on

the nanowire radius / Dubrovskii V.G., Sibirev N.V. // J.Cryst.Growth. — 2007. —

V. 304. — № 2. — P. 504–513. — URL:

https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2007.03.034.

70. Choi H.-J. Vapor–Liquid–Solid Growth of Semiconductor Nanowires

(Semiconductor Nanostructures for Optoelectronic Devices) // NanoScience and

Technology. — 2012. — V. 58. — P. 1–36. — URL: https://doi.org/10.1007/978-

3-642-22480-5_1.

71. Bassett K.P. Evolution of GaAs nanowire geometry in selective area epitaxy /

Bassett K.P., Mohseni P.K., Li X. // Applied Physics Letters. — 2015. — V. 106.

— № 13. — P. 133102. — URL: https://doi.org/10.1063/1.4916347.

72. Hong J. M. Selective area epitaxy of GaAs through silicon dioxide windows by

molecular beam epitaxy / Hong J. M., Wang S., Sands T., Washburn J., Flood J.D.,

Merz J.L., Low T. // Applied Physics Letters. — 1986. — V. 48. — P. 142. — URL:

https://doi.org/10.1063/1.96977.

73. Dekorsy T. THz electromagnetic emission by coherent infrared-active phonons

/ Dekorsy T., Auer H., Bakker H. J., Roskos H. G., Kurz H. // Phys. Rev. B. — 1996.

— V. 53. — P. 4005–4014. — URL: https://doi.org/10.1103/physrevb.53.4005.

376

74. Klatt G. Photo-Dember terahertz emitter excited with an Er:fiber laser / Klatt G.,

Surrer B., Stephan D., Schubert O., Fischer M., Faist J., Leitenstorfer A., Huber R.,

Dekorsy T. // Applied Physics Letters — 2011. — V. 98. — № 2. — P. 021114. —

URL: https://doi.org/10.1063/1.3543627.

75. Гольдберг Ю.А. Переход контакта полупроводник-жидкий металл от

вентильного к омическому. Влияние параметров полупроводника на

температуру перехода / Гольдберг Ю.А., Ильина М.И., Поссе E.A., Царенков

Б.В.// ФТП — 1988. — Т. 22. — С. 555. — URL:

http://j.ioffe.ru/articles/viewPDF/29184.

76. Rode D. L. Semiconductors and Semimetals ed. by Willardson R. K. and Beer

A. C. // Academic Press. — N.Y. — 1975 — V. 10. — P. 1–89. — URL:

77. Dubrovskii V.G. Semiconductor nanowhiskers: Synthesis, properties, and

applications / Dubrovskii V.G., Cirlin G.E., Ustinov V.M. // Semiconductors. —

2009. — V. 43. — № 12. — P. 1539–1584. — URL:

https://doi.org/10.1134/S106378260912001X.

78. Motohisa J. Growth of GaAs/AlGaAs hexagonal pillars on GaAs (1 1 1)B

surfaces by selective-area MOVPE / Motohisa J., Takeda J., Inari M., Noborisaka

J., Fukui T. // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. — 2004.

— V. 23. — № 3–4, P. 298–304. — URL:

https://doi.org/10.1016/j.physe.2003.11.279.

79. Kats V.N. Optical study of GaAs quantum dots embedded into AlGaAs

nanowires / Kats V.N., Kochereshko V.P., Platonov A.V., Chizhova T.V., Cirlin

G.E., Bouravleuv A.D., Samsonenko Yu. B., Soshnikov I.P., Ubyivovk E.V., Bleuse

J., Mariette H. // Semiconductor Science and Technology — 2011. — V. 27. — №

1. — P. 015009. — URL: https://doi.org/10.1088/0268-1242/27/1/015009.

80. Wait J. R. Scattering of a plane wave from a circular dielectric cylinder at oblique

incidence // Can. J. Phys. — 1955. — V. 33. — P. 189. — URL:

https://doi.org/10.1139/p55-024.

377

81. Chew H. Raman and fluorescent scattering by molecules embedded in dielectric

cylinders / Chew H. Cooke D. D., Kerker M. // Applied Optics. — 1980. — V. 19.

— № 1. — P. 44–52. — URL: https://doi.org/10.1364/AO.19.000044.

82. Bohren C.F. Absorption and scattering of light by small particles / Bohren C.F.,

Huffman D.R. // Wiley–VCH. — 1998. — P. 195. — URL:

https://doi.org/10.1002/9783527618156.

83. Arlauskas A. / Arlauskas A., Krotkus A. // Semicond. Sci. Technol. — V. 27. —

P. 115015. — URL: https://doi.org/10.1088/0268-1242/27/11/115015.

84. Adomavicius R. Terahertz emission from p-lnAs due to the instantaneous

polarization / Adomavicius R., Urbanowicz A., Molis G., Krotkus A., Šatkovskis E. //

Appl. Phys. Lett. — 2004. — V. 85. — P. 2463. — URL:

https://doi.org/10.1063/1.1795980.

85. Абакумов В.Н. Безызлучательная рекомбинация в полупроводниках /

Абакумов В.Н., Перель В.И., Яссиевич И.Н. // Издательство Петербургский

институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН. — 1997. — С.

Петербург — URL: https://www.rfbr.ru/rffi/portal/books/o_27827.

86. Trukhin V.N. Resonant features of the terahertz generation in semiconductor

nanowires / Trukhin V.N., Bouravleuv A.D., Mustafin I.A., Kakko J.P., Huhtio T.,

Cirlin G.E., Lipsanen H., Kuritsyn D. I., Rumyantsev V. V., Morosov S. V. //

Semiconductors — 2016. — V. 50. — № 12ю — P. 1561–1565. — URL:

https://doi.org/10.1134/S1063782616120241.

87. Trukhin V.N. Generation of terahertz radiation in ordered arrays of GaAs

nanowires / Trukhin V.N., Bouravleuv A.D., Mustafin I.A., Kakko J.P., Huhtio T.,

Cirlin G.E., Lipsanen H. // Appl. Phys. Lett. — 2015. — V. 106. — № 25. — P.

252104. — URL: https://doi.org/10.1063/1.4923211.

378

88. Trukhin V.N. The effect of resonant Mie absorption under THz radiation

emission in semiconductor nanowires / Trukhin V.N., Buravlev A.D., Eliseev, A.I.,

Mustafin I. A., Trukhin A. V., Kakko J.P., Huhtio T., Lipsanen H. // Opt. Spectrosc.

— 2015. — V. 119. — № 5. — P. 754–758. — URL:

https://doi.org/10.1134/S0030400X15110235.

89. Binnig G. Scanning tunneling microscopy—from birth to adolescence / Binnig

G., Rohrer H. // Rev. Mod. Phys. — 1987. — V. 59. — № 3. — P. 615–625. —

URL: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.59.615.

90. Binnig G. Scanning Tunneling Microscopy / Binnig G., Rohrer H. // Helvetica

Physica Acta. — 1982. — V. 55. — Pp. 726–735. — URL:

http://doi.org/10.5169/seals-115309.

91. Binnig G. Atomic Force Microscopy / Binnig G., Quate C. F., Gerber C. // Phys.

Rev. Lett. — 1986. — Vol. 56. — №9. — P. 930–934. — URL:

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.56.930.

92. Pohl D. W Optical stethoscopy: Image recording with resolution λ/20W / Pohl

D.W., Denk W., Lanz M. // Appl. Phys. Lett. — 1984. — V. 44. — № 7. — P.

651–653. — URL: https://doi.org/10.1063/1.94865

93. Lewis A. Development of a 500 Å spatial resolution light microscope: I. light is

efficiently transmitted through λ/16 diameter apertures / Lewis A., Isaacson

M.C., Harootunian A., Muray A.J. // Ultramicroscopy. — 1984. — V. 13. — P.

227–232. — URL: https://doi.org/10.1016/0304-3991%2884%2990201-8.

94. Дрялушин В. Ф. Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия и

ближнепольные оптические зонды: свойства, изготовление и контроль

параметров / Дряхлушин В.Ф. [ и др.] // Квант. Электроника. — 2007. — T.

37. — № 2. — С. 193-203.

379

95. Harootunian A. Super-Resolution Fluorescence Near-Field Scanning Optical

Microscopy / Harootunian A., Betzig E., Isaacson M., Lewis A. // Appl. Phys.

Lett. — 1986. — V. 49. — № 11. — P. 674–676. — URL:

https://doi.org/10.1063/1.97565.

96. Betzig E. Near-Field Optics: Microscopy, Spectroscopy, and Surface

Modification Beyond the Diffraction Limit / Betzig E., Trautman J. K. // Science.

— 1992. — V. 257. — № 5067. — P. 189–195. — URL:

https://doi.org/10.1126/science.257.5067.189.

97. Bethe H.A. Theory of Diffraction by Small Holes // Phys. Rev. — 1944. — V.

66. — № 7–8. — P. 163–182. — URL: https://doi.org/10.1103/PhysRev.66.163.

98. Hecht B. Scanning Near-Field Optical Microscopy with Aperture Probes:

Fundamentals and Applications / Hecht B., Sick B., Wild U.P., Deckert V.,

Zenobi R., Martin O.J.F., Pohl D.W. // J. Chem. Phys. — 2000. — V. 112. — №

18. — P. 7761–7774. — URL: https://doi.org/10.1063/1.481382.

99. Mitrofanov O. Terahertz near-field microscopy based on a collection mode

detector / Mitrofanov O., Brener I., Harel R., Wynn J. D., Pfeiffer L. N., West K.

W., Federici J. // Applied Physics Letters. — 2000. — V. 77. — P. 3496–3498.

— URL: https://doi.org/10.1063/1.1328772.

100. Hillenbrand R. Phonon-enhanced light matter interaction at the nanometre

scale / Hillenbrand R., Taubner T., Keilmann F. // Nature. — 2002. — V. 418.

— P. 159–162. — URL: https://doi.org/10.1038/nature00899.

101. Lahrech A. Infrared-reflection-mode near-field microscopy using an

apertureless probe with a resolution of λ/600 / Lahrech A., Bachelot R., Gleyzes

P., Boccara A. // Opt. Lett. — 1996. — V. 21. — P. 1315–1317. — URL:

https://doi.org/10.1364/OL.21.001315.

380

102. Kalkbrenner T. A single gold particle as a probe for apertureless scanning

near-field optical microscopy / Kalkbrenner T., Ramstein M., Mlynek J.,

Sandoghdar V. // Journal of Microscopy. — 2001. — V. 202. — № 1. — P. 72–

76. — URL: https://doi.org/10.1046/j.1365-2818.2001.00817.x.

103. Chen H.-T. Terahertz imaging with nanometer resolution / Chen H.-T.,

Kersting R., Cho G. C. // Applied Physics Letters. — 2003. — V. 83. — № 15.

— P. 3009–3011. — URL: https://doi.org/10.1063/1.1616668.

104. Wang K. Antenna effects in terahertz apertureless near-field optical

microscopy / Wang K., Mittleman D. M., van der Valk N. C. J., Planken P. C.

M. // Applied Physics Letters. — 2004. — V. 85. — № 14. — P. 2715–2717. —

URL: https://doi.org/10.1063/1.1797554.

105. Wang K. Propagation effects in apertureless near-field optical antennas /

Wang K., Barkan A., Mittleman D. M. // Applied Physics Letters. — 2004. —

V. 84. — № 2. — P. 305–307. — URL: https://doi.org/10.1063/1.1640473.

106. Chen H.-T. Identification of a Resonant Imaging Process in Apertureless

Near-Field Microscopy / Chen H.-T., Kraatz S., Cho G. C., Kersting R. // Phys.

Rev. Lett. — 2004. — V. 93. — № 26. — P. 267401. — URL:

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.267401.

107. Cho G. C. Apertureless terahertz near-field microscopy / Cho G. C., Chen H.-

T., Kraatz S., Karpowicz N., Kersting R. // Semicond. Sci. Technol. — 2005. —

Vol. 20. — P. S286–S292. — URL: https://doi.org/10.1088/0268-

1242/20/7/020.

108. Yuan T. THz Wave Near-Field Emission Microscope / Yuan T., Park H., Xu

J., Han H., Zhang XC. // Ultrafast Phenomena XIV. Springer Series in Chemical

Physics (Ed. by Kobayashi T., Okada T., Kobayashi T., Nelson K.A., De Silvestri

S.). — 2005. — V. 79. — P. 759—761. — URL: https://doi.org/10.1007/3-540-

27213-5_232.

381

109. Buersgens F. Terahertz microscopy of charge carriers in semiconductors /

Buersgens F., Kersting R., Chen H.-T. // Applied Physics Letters. — 2006. —

V. 88. — № 11. — P. 112115. — URL: https://doi.org/10.1063/1.2186743.

110. Buersgens F. Shear force control for a terahertz near field microscope /

Buersgens F., Acuna G., Lang C. H., Potrebic S. I., Manus S., Kersting R. //

Review of Scientific Instruments. — 2007. — V. 78. — № 11. — P. 113701. —

URL: https://doi.org/10.1063/1.2804077.

111. Chen H.-T. Terahertz near-field microscopy / Chen H.-T., Cho G. C., Kersting

R., Ed. by Islam M. S., Dutta A. K. // Proc. SPIE 5593, Nanosensing: Materials

and Devices. — V. 5593. — P. 533–544. — URL:

https://doi.org/10.1117/12.571300.

112. von Ribbeck H.-G., Brehm M., van der Weide D. W. et al. Spectroscopic THz

near-field microscope // Opt. Express. 2008. Vol. 16, no. 5. Pp. 3430–3438. —

URL: https://doi.org/10.1364/OE.16.003430.

113. Huber A. J. Terahertz Near-Field Nanoscopy of Mobile Carriers in Single

Semiconductor Nanodevices / Huber A.J., Keilmann F., Wittborn J., Aizpurua J.,

Hillenbrand R. // Nano Letters. — 2008. — Vol. 8. — №. 11. — P. 3766–3770.

— URL: https://doi.org/10.1021/nl802086x.

114. Wächter M. Tapered photoconductive terahertz field probe tip with

subwavelength spatial resolution / Wächter M., Nagel M., Kurz H. // Applied

Physics Letters. — 2009. — V. 95. — P. 041112. — URL:

https://doi.org/10.1063/1.3189702.

115. Chakkittakandy R. Quasi-near field terahertz generation and detection /

Chakkittakandy R., Corver J.A., Planken P.C.M. // Opt. Express. — 2008. — V.

16. — № 17. — P. 12794–12805. — URL:

https://doi.org/10.1364/OE.16.012794.

382

116. Youngwoong D. Optimum Operating Conditions for Terahertz Scattering-

Type Near-Field Microscopes / Do Y., Lee S., Moon K., Han H.// Journal of

Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. — 2016. — V. 37. — № 10. — P.

939–943. — URL: https://doi.org/10.1007/s10762-016-0284-7.

117. Knoll B. Enhanced dielectric contrast in scattering-type scanning near-field

optical microscopy / Knoll B., Keilmann F.// Optics Communications. — 2000.

— V. 182. — № 4–6ю — P. 321–328. — URL: https://doi.org/10.1016/S0030-

4018(00)00826-9.

118. Jackson J. D. Classical Electrodynamics // John Wiley & Sons. — 1998. —

URL:.

119. Chen H.-T. Identification of a Resonant Imaging Process in Apertureless

Near-Field Microscopy / Chen H.-T., Kraatz S., Cho G.C., Kersting R. //

Phys.Rev.Lett. — 2004. — V. 93. — P. 267401. — URL:

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.267401.

120. Wang K.L. Antenna effects in terahertz apertureless near-field optical

microscopy / Wang K.L. Mittleman D.M., van der Valk N.C.J., Planken P.C.M.

// Applied Physics Letters. — 2004. — T. 85. — № 14. — P. 2715–2717. —

URL: https://doi.org/10.1063/1.1797554.

121. Adam A.J.L. Measurement and calculation of the near field of a terahertz

apertureless scanning optical microscope / Adam A.J.L., van der Valk N.C.,

Planken P.C.M. // J. Opt. Soc. Am. B. — 2007. — V. 24. — № 5. — P. 1080–

1090. — URL: https://doi.org/10.1364/JOSAB.24.001080.

122. Chen H.-T. Identification of a resonant imaging process in apertureless near-

field microscopy / Chen H.-T., Kraatz S., Cho G. C., Kersting R. // Phys. Rev.

Lett. — 2004. — V. 93. — № 26. — P. 267401 — URL:

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.267401.

383

123. Cvitkovic A. Analytical model for quantitative prediction of material contrasts

in scattering-type near-field optical microscopy / Ocelic N. and Hillenbrand R.

// Opt. Express. — 2007. — V. 15. — № 14. — P. 8550–8565. —URL:

https://doi.org/10.1364/OE.15.008550.

124. Astley V. A study of background signals in terahertz apertureless near-field

microscopy and their use for scattering-probe imaging / Astley V., Zhan H.,

Mendis R., Mittleman D. M. // Journal of Applied Physics. — 2009. —V. 105.

— P.113117. — URL: https://doi.org/10.1063/1.3141727.

125. Moon K. Quantitative analysis and measurements of near-field interactions in

terahertz microscopes / Moon K., Jung E., Lim M., Do Y., Han H. // Opt. Express.

— 2011. — V. 19. — № 12. — P. 11539–11544. — URL:

https://doi.org/10.1364/OE.19.011539.

126. Панов В.И. Сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия

поверхности // УФН. — 1988. — T.155. — № 1. — C.155–158. — URL:

https://doi.org/10.3367/UFNr.0155.198805h.0155.

127. Эдельман В.С. Сканирующая туннельная микроскопия // Приборы и

техника эксперимента. — 1989. — № 5. — C. 25 – 49. — URL:.

127. Эдельман В.С. Развитие сканирующей туннельной и силовой

микроскопии // Приборы и техника эксперимента. — 1991. — № 1. — C. 24–

42. — URL:.

128. Магонов С.Н. Сканирующая силовая микроскопия полимеров и

родственных материалов // Высокомолекулярные соединения. —1996. — T.

38. — № 1. — C. 143–182. — (1996). — URL:.

129. Быков В.А. Сканирующая зондовая микроскопия для науки и

промышленности / Быков В.А., Лазарев М.И., Саунин С.А. // Электроника:

наука, технология, бизнес. — 1997. — № 5. — C. 7–14. — URL:

http://www.electronics.ru/files/article_pdf/5/article_5511_906.pdf.

384

131. Саранин В.А. О взаимодействии двух электрически заряженных

проводящих шаров // УФН. — 1997. — Т. 169. — № 4. — С.453-458. —

URL: https://doi.org/10.3367/UFNr.0169.199904f.0453.

132. Landau L.D. Electrodynamics of Continuous Media / Landau L. D., Pitaevskii

L. P., Lifshitz E.M. // Butterworth-Heinemann — 1984. — V. 8. — 1rst ed. —

URL: https://www.elsevier.com/books/electrodynamics-of-continuous-

media/landau/978-0-08-057060-0.

132. Astley V. A study of background signals in terahertz apertureless near -field

microscopy and their use for scattering-probe imaging / Astley V., Zhan H., Mendis

R., Mittleman D. M. // J. Appl. Phys. — 2009. — V. 105. — P. 113117. — URL:

https://doi.org/10.1063/1.3141727.

133. Вайнштейн Л. А. Волны тока в тонком цилиндрическом проводнике. II.

Ток в пассивном вибраторе и излучение передающего вибратора // ЖТФ.

— 1959 — T. 29. — C. 689. — URL:.

134. Уфимцев П. Я. Теория дифракционных краевых волн в электродинамике

// Бином. Лаборатория знаний — Москва. — 2007. — URL:

https://rucont.ru/efd/226434.

135. Mentzer, J. R. Scattering and diffraction of radio waves / Mentzer J. R.// London

and New York: Pergamon Press. — 1955. — P. 142. — URL:.