Инфракрасная спектроскопия проводящих слоистых структур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ 1Г А У К РОССИИ ОТДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ И АСТРОНОМИИ

РГ8 ОЙ 3

ИНСТИТУТ СПЕКТРОСКОПИИ

на правах рукописи УДК 535.33

К.УЗИК Любовь Анатольевна

ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ПРОВОДЯЩИХ СЛОИСТЫХ СТРУКТУР

Специальность 01.04.05 - оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Троицк -

1991

Работа выполнена в Институте спектроскопии Российской АН

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Яковлев В.А.

Официальны» оппонента: доктор физико-математических наук

Тищенко Э.А.

кандидат физико-математических наук Лескова Т.А.

Ейдущан организация: Институт общей физики РАН Занята диссертации состоится "16" июня 1994г. б 10 часов нгз заседании Специализированного Совета Д 002.22.01 по специальности 01.04.05 (оптика) при Институте спектроскопии Российской' АН по адресу: 142092, г. Троицк, Московская обл., Институт спектроскопии РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института спектроскопии РАН.

Автореферат разослан "15" мая 1994г.

Ученый секретарь Специализированного Совета профессор

Сафронова У.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность пробном». Информация о физических свойствах новых материалов необходима в различных областях ляуки и техники. Методы ИК спектроскопии позволяют определить оптические постоянные вещества, что очень важно при разработке новых материалов и покрытий, для идентификации веществ и исследования их структуры, для сравнения свойств различных материалов при разработке новых приборов.

Тонкие илбнки диэлектриков, полупроводников и металлов па подложках различной природа известны широкими применениями в микроэлектронике и интегральной оптике. Сверхтонкие металлические пленки, толщины которых сравнимы с атомными размеряют, могут быть выделены в отдельный класс своей малой изученностью, а они особенно интересны с точки зрения Фундаментальных свойств металлов. Например, сверхрешетки на основе таких пленок, демонстрируют совершенно новые физические свойства. И те, и другие стали доступными для исследований только с развитием новых технология.

Недавно открытые высокотемпературные сверхпроводники также имеют слоистую структуру. Это открытие имеет огромное значение для развития физики твердого тела и также новых технологий. Предполагается, что структуры металл - диэлектрик, в которых используются слои порядка ангстрем, могут стать новым классом сверхпроводников с достаточно высокой температурой сверхпроводящего перехода.

Большим преимуществом методов ИК спектроскопии является го, что они позволяют получать полезную информацию о свойствах веществ, используя не слишком высокие интенсивности. При этом они не вызывают больших возмущений при проведении измерений, не приводят к разрушению и изменению приповерхностных слоев. С развитием ИК спектроскопии появляются новые методы изучения веществ, развиваются новые методики обработки экспериментальных данных.

Одним из новых методов исследования материалов является спектроскопия поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ). Отличительной чертой ГШ является их высокая чувствительность к состоянию поверхности, но которой они распространяются, так кг:ч максимум напряженности электроглягиитн- .•>•<> поля нчголйтм гп

!■ Ч'фХНОСГЛ , (Дкп.трОСКеТМИ Üc)!i ДЯ'УГ l;;^úpr.!au;ííj Ort ПССЛвДУиМОМ i-.'.leCU'f .VjP:i;:-:h;..!C',4íkT распространения П'/iB (íC0í/:iJl:;!;Cli;i¡l

.'»МК'КТ'.НЧШЙ iJCKIKíí'TtíJU. V! - 'ЛЭДДуЛИЯ íioB II..). !.'.ОТОД СПрвДЗДШШИ

M!iiiMw>t\ чапга n,(ij,,, КЗ ;:.'.!;лг'г>;нии поглощения ПЭВ хорош развит. В >..-.• ьрема по.; определении деПсти'ггельной части' тц^ метода: .¡«¡оной сц»ктро :«онии ilPü ноанкк.ли трудности, связанные с wif. .том Д'яюлн^\*:.!¡;>¡'ioiо ¿.азоього сдвига, приоорзтаимого ПЭВ ггрн ui:>r-.'я«шш, распространении ьдпль поверхности и при' обратном .'¿■.••jo'i^.-'ioobHiiiii! ь обьемион излечение.

•■•■! '.ниой не ль«; денной работы было' дальнейшая развитие метод" Ш спектроскопии ПЭВ и исследование новых материалов и М"?«ш!,.»"-еккх съ'фххоикич шйнок комплексом l'lí методов. Для д<п;тю»-г>:;я ¡"i-.'-t! u«üit били nocTdWiómj следующие задачи:

I • гаг naoотить мз»ошку расчета оптическг-: иостсмшшх ма^рим;:*, используя фчздьио измерения распространения ПЭЬ по ¡га.-рчн »:•«) иг.слгдуег&'х материалов, усовершенствовать ик.41'=ри:л!нтн.ньмую установку по измерении характеристик ра-афоотран^-ния 1Ш.

'г'. Раарйботоэь устройство, позволяющее исследовать' и получать иа}.&м»три распространения ПЭВ при шзких температурах..

3. Провести леследонапия. высокотемпературного СЕ;"р;:(ф.)1(ч.'|Ника YTfe CUgO^g с интервале температур 10 - 300 К, íiснольнуя спектроскопию ПЭВ, получить его оптические постоянные и изучит), их температурную зависимость.

4. Провести исследование сверхтонких металлических пленок на диэлектрических и полупроводниковых подложках комплексом методов ИК спектроскопии (отражение.'пропускание, ПЗВ.'НПВО).

Научная новизна,.

í. Экспериментально обнаружен и измерен дополнительный

сдйиг фазы поверхностной электромагнитной волны при возбуждении и распространений ей вдоль поверхности.

2. Впервые было ' изучено распространение ПЭВ по 1шсокот'-мнгфатурно!лу сверхпроводнику ' YBa-jCUgQy^, определены оптические постоянные монокристалла к монокристаллической пленки ь ш-мкм области по характеристиках распространения ПЭВ. По т^минрат^рпчм исследованиям ПЭВ на монокристаллической пленке (в и.п--'С1'0С1я Hb'i било обнаружено, что отношение коннентрации • мосйтелой к эффективной массе не меняется с

температурой.

3. Обнаружены осцилляшгл оптических и электрических свойств сверхтонких металлических плОнок lib, On, Mo, HI, W, T1 при изменении толщшш пленки. Существование этих осцилляций било связано с квантовым размерным аЗфектсм. Температурные измерения спектров отражения показали неизменность периода и амплитуда осцилляция оптических величин при изменении толщины, что согласуется с теорией квантово - размерного эффекта, предложенной Оандомирским.

Практическая ценность

1. Разработанный в работе метод фазовой спектроскопии ГОВ расширил возможности ПК спектроскопии. Его с успехом mosho использовать при исследованиях металлов, высокотемпературных сверхпроводников, тонких плбнон. Метод дает дополнительную информацию об исследуемом веществе, предоставляет возможность расчета его оптических постоянных» может сочетаться с другими широко распространишь?.«! методами !Л( спектроскопия: ПК отражением и пропусканием.

'¿. Впервые были осуществлены измерения характеристик ПЭВ при низких температурах. Создание криостата для этих целей расширило область применения фазо.тсЯ спектроскопии ПЭВ.

3. Изученные свойства сверхтонких металлических пленок могут быть полезными при разработке многослойных структур для элементов интегральной оптики.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: III Всесоюзное совещание "Компьютерная оптика" (Сухуми, 1988); VII int.Conf. on Fourier Transform Spectroscopy (Fairfax, USA, 1989); "II Int. Symposium on Surf. Wave in Solids and Layered Structures" (Varna. Bulgaria, 1989) Всесоюзное совещание по ВТСП (Черноголовка, 1989); VIII Int. Conf. on Fourier Transform Spec troscopy (Lulieck - Tr-aviemunae, 1991); IX Int. Conf. on Fourier Transform Spectroscopy (Calgary, Canada, 1993); 18 Int. Conf. on Infrared and Millimeter- Waves (Colcheter, (JK, 1993); Vlbr. Surf. (Santa -Margarita, Italy, 1993) EOOSS (Warwick, UK, 1993) на семинарах Института спектроскопии и Физического института FAIL

Публикации. Основные результаты диссертации оп.убликер,аны в

12 печатных работах, список которых приведен в конце ьяториферата, а также в тезисах перечисленных выше конференций.

Структура и об1}ем работы. Диссертация состоит из введения,, четырех глав, заключения и списка литературы, содержащего 80 наименований. Объем диссертации страниц, содержит 3 таблицы и 4! рисунок.

Содержания диссертации,

Ё2 введении обосновывается актуальность теми, определяется цель работы, обсуждается научная новизна и практическая уначшость, кратко налагается содержание диссертации.

Первая глава посвящена описании физических основ методов ИК-спектроскопии, используемых в работе для получения оптических постоянных, материалов.

В §1 рассмотрено распространение плоской волны в четырехсложной системе. Выписаны коэффициента отражения и пропускания для такой системы.

И §2 рассмотрены методы расчета оптических постоянных веществ в слоистых системах. Представлены приближенные формулы вычисления мнимой части диэлектрической проницаемости е.^ тонкой пленки толщиной (1 на подложке с диэлектрической проницаемостью на частоте V по спектрам пропускания (или отражения) подложки Лаз пленки Т£) (ЙС)) и пленки на подложке Г (И) в области прозрачности подлокки:

Тп - Г 1 2Н| т^еГ -1 1тег з —---- + -£-3- Н (1)

Т0 (е3-1)(1-в|)

Н - йс (1 к2)2- 1 - Яг -1

1гаег ^-----{4та>(1(—-——-----—-(2)

(е3 - 1 )(1 + а,) Уё^ + 1 В случае непрозрачной подложки (и при условии 1те3 << Нее3 -1 ):

«о

И - ИГ1 Нее - 1

шг * '—щ/а— <3>

В §3 представлены формулы для определения оптических

постоянных подложек и тонких пленок на них по параметрам

распространения поверхностны! элвктромагпитпнх волн (ГШ). В параграфо описан метод» в котором используются данные И С отражения и спектроскопии ПЭВ одновременно для получения комплексной диэлектрической проницаемости вещиств напрямую без использования какой - либо модели.

Во второй главе в §1 описана установка для фазовой спектроскопии поверхностных электромагнитных волй. Схема эксперимента представлена на рис.). Излучение перестраиваемого по частоте С02 лазера (930 си-1- 1090 см-1) падает на зазор между образцом и экраном, расположенным перпендикулярно плоскости образца, при большом угле падения С 85°- 90°). Излучение дифрагирует на щели, часть ото преобразуется в ПЭВ, часть распространяется под скользящими углами вблизи поверхности образца. ПЭВ распространяется вдоль поверхности образца до края, а затем дифрагирует на нем и преобразуется в объемное излучение.

Рис.1. Схема эксперимента по фазовой спектроскопии ПЭВ при угловом сканировании приемника; 1 - образец, г экран, 3 -приемник.

Происходит интерференция двух объемных волн: первой распространяющейся над поверхностью от цеди, второй образованной 11ЭВ при срыве с края и несущей в себе информацию о фазе ПЭВ, приобретенной при распространении вдоль поверхности. Инте{|фгфвнцио1шое распределение регистрируется пироэлектрическим приемником, движущимся, с постоянной скоростью в плоскости, перпендикулярной плоскости образца - линейное сканирование, либо по дуге с центром на щели - угловое сканирование.

Установка для фазовой спектроскопии ПЭВ была усовершенствована, и это позволило с хорошей точностью определить фазу, приобретаемую ПЭВ при возбуждении и распросгранешш ео вдоль поверхности. В §?. описана методика определения характеристик распространения ПЭВ с учетом изморышого набега фазы ПЭВ в приближении геометрической оптики.

В §3 проведено сравнение экспериментально полученных интерферограмм для ПЭВ, распространяющейся но пленке золота с интирферограммами, рассчитанными по программе, в которой сначала вычисляется электромагнитное поле в имиедансном приближении над поверхностью образца, а затем рассчитывается интерференционная картина в дальней зоне. В программу были подставлены оптические постоянные, полученные из экспериментальных интерферограмм при обработке их в хгриближении геометрической оптики. Полученное совпадение расчетных. и экспериментальных интерферограмм подтвердило правомочность использования геометрической оптики для вычисления характеристик распространения ПЭВ.

В §4 рассмотрена интерференционные распределения, полученные при угловом сканировании приемника, приведены основные формулы для расчета параметров распространения ПЭВ для данной геометрии эксперимента.

Третья глава посвящена исследованию высокотемпературного сверхпроводника УБа2Си307_б методом фазовой спектроскопии ПЭВ при комнатной и низких температурах.

В §1 продемонстрировано распространение ПЭВ по керамике ^Ва-.Ои^а^. В §2 определены оптические постоянные монокристалла УВа2Сиз°7_б для плоскости аЪ в 10-мкм области по характеристикам распространения ПЭВ. В предположении применимости модели Друде для данного образца были рассчитаны плазменная частота и частота соударений свободных носителей: г> = 13000 - 16000 спГ1 и г>а =

1ЬОО - ¿ООО .см"' в этой илос1«:-:та, что соглгюуотея »•

ЛИТпрОТурНЫМИ ДОННХМП.

I; 53 опи»-ши температурный исследования мококриоталлкчоской пленки УВа^Ои^Ог^^, ось с которой расположена перпендикуляр!«' плоскости. Показано,что оптические постоянные шюнки в области 10 мкм не изменяются с изтпвннсм томгсрятурм (10 - ЗООК). Ото свидетельствует о том,-что контктряшя свободных носителей в плоскости аЪ для УВа^ОидОу1« мяилвтся с температурой, мклйчаи температуру сверхпроводящего переходя.

'¡отрепточ глава , содерглт результата иселодовяниа сверхтонких металлических шРиок на подлсжссах иг? кристаллического кварца и крошка.

]' настоячюе время все больше шагмата? прптилкзвт объект» с ноик»'Шной размерность». они обладают необычными свойствами, отлмчшмл от объекта свэйстр исходных материале:1,. Исследозапие таких систем имеет фуязаментальнс* знячшше, так как позволит продвинуться в поипм-лнш поведения электронных к колибгтольинх состояния столь тошеа слоев, в изучеккп оототрсхих и электрических свойств кизрорасморних объектоз, что важно при разработке покрытий с гфсгясязруеивмп сьойствям::.

Обт.ок?а:.гл с повкзйчиой рссгс-глюстью являются, в ' частности, сверхтопкие пленки. Буля телгцшл пленок становится сравнимой с досройлевской длиной роля; свободных . носителей, то свойства пленок начинают зависеть от их толщины и могут наблюдаться квантовые размерные эффгкти. Это происходит вследствие квантования импульса электродов з направлении перпендикулярном поверхности пленки.

51 четвертой глзеи содор.чг краткий обзор теоретических и эксяер1я.:Ра?.'1ЛМ1ЫХ работ, тсви^енпых квантовым рг.гморшм эф£?нтам и их гфеяоленлям в • адайтряческих, оттпоо«па и туннельных свойствах пел.у:.« таллом и удталдог?. Для наблюдения размерных ^рфектев • необходимо,. птоби исследуемая пленка сил > соверяюяяа и котрхЕсстъ еб лолжяз быть гладкой. Поэтому одщ а из проблем при 1 исследовании квантовых размерных эф$?ктои в тетях металлических пленках является их изготовление.

С? описаны - условия приготовления образцов из утан-"«т«г »к ок-'пзтзтне.го распадения в£ри1г:п 1Т" .-л.Ч'4, ппгь .^¡ч: лзлуч.чть проводя;;;.-!'- металлические пд'-нки т.'ллино!» и-- -

ангстрем, удошютворямцие названным выше требованиям.

И §3 представлено исследование обзорной серии ниобиеьых пленок с толэдними :з, ь, 12, 25, 50, 100 По спектрам отражений с помощью дисперсионного анализа были определены оптические постоянные подложки - кварца для А- и Е - колебаний, однако применении дисперсионного анализа для определения оптических постоянных самих ниобиовых пленок не дало однозначного результата. При малой толщине пленки из спектров отражения можно определить лишь мнимую часть диэлектрической иршиигемости пленки ТшБр, что и било проделано.

JU>) получения болne полной информации образцы 6 или исследованы методом фазовой спектроскопии ПЭВ. На некоторых частотах, где перекрывается область остаточных лучей кварца с областью перестройки СО,, лазера, были измерены параметры распространения ГОЬ по пленкам «а кварце при распространении ПЭВ параллельно и перпедикулирно оптической оси. Действительные части аффективного показателя преломления ПЗВ п^ф ниобиовых пленок на нескольких частотах для ПЭВ, распространяющейся перпендикулярно оси кварца, представлены рис.?..

Проводящие пленки, у которых Лес < О, уменьшают действительную часть аффективного показателя преломления ПЭВ по сравнению с подложкой, а диьлоктричоскио пленки, у которых Нее > О, увеличивают ее. Из рисунка 2 видно, что зяидатняя пленка кремния m кварце увеличивает п,..^, пленка ниобия ЗЙ увеличивает <<л eti(t') больше, что свидетельствует о положительности действительной части диэлектрической проницаемости этой пленки. Все остальные пленки уменьшают пэ|ф, что говорит о том, что яти пленки проводящие ц "сплошные". В данном случае "сплошные" пленки следует понимать как но островковые, но, возможно содержащие поры.

Для однозначного определения комплексной диэлектрической проницаемости пленок необходимо иметь два независимых

намерения. ПОЭТОМУ бЫЛИ ИСИОЛЬЯОПаНИ значения пуф{| ЮВ и внтмлин коэффициента отражения R на этой же частоте для каждого (•■"'разца. Совместное решение двух уравнений для п,-^ и коэффициента отражения R от подпохки с двумя пленками на кзадой заданной частоте позволило рассчитать £.., чистого кварца для двух направлений (параллельно оптической оси и перпендикулярно ей) и

1U

Рис.2. Частотные зависимости п^ на кварце с пленками для ПЗВ, распространяющейся перпендикулярно оси кварца; О - чистый кварц, 1 - 7 - кварц с пленками ниобия толщиной (2) - 1 - О, 2 - 3„ 3 -6, 4 - 12, 5-25, 6-50, 7 - 100 (точки - эксперимент, кривые - расчет по полученным оптическим постоянным).

пленок ниобия. При этом предполагалось, что пледаи ниобия изотропны в клхт.остн образцов, поэтому для пленок е2 одинакова по обоим направлениям.

Измерения ПЭВ проводились в узком интервале спектра (меньшем 20см"1), поэтому предполагалось, что е2 одинакова для всех рассматриваемых частот в пределах точности измерений. Таким образом, все значения диэлектрической проницаемости, получении»; в направлениях параллельном и перпендикулярном оптической <>-и кварца на всех частотах усреднялись для каздой пленки.

Им рис.2 сплошными линиями показаны кривые дисперсии, рассчитанные по полученным значениям е3 и е?. 01Ш удовлетворительно согласуются с экспериментальными точками.

В <И главы 4 рассмотрены оптические свойства тонких ниобиовых пленок, нанесенных на подлокки из кристаллических кварца и кремния. Были получена спектры отражения и пропускания пленок ь области прозрачности подложек: на кварцевых подложках -?500-5Ш0 см~1, на кремниевых - 500-5000 см-1- на Фурье-спектрометре "К1ШШ0Н-1 Ю" СБОМ!®"). Спектры пропускания пленок ниобия одной из исследованных серий представлены на рис.3. Характерной особенностью спектров пропускания и отражения каждой серии является неравномерное изменение коэффициентов отражения и пропускания пленок при равномерном изменении толщины. Из спектров пропускания и 'отражения была рассчитана мнимая часть диэлектрической

0.7

0.5

2200

МЬ Шскпезз А

3400

4400 ' 4500 СРГЙ

•¡¡о.З. Спектри пропускания пленок ниобия на кварцэ

400

300

200

100

!тс2

1/=3000ст

-1

^.00 '5.6о ЛО.'ОЬ 15.00~ 20.СС 25.00 ЗО.ЬО

4 , л

Рис.Зависимости иншой части диэлектрической прсшцяе-кости ниобиои« пленок т кларцо от тодагаи пленки для серий $ 1 - 3 на частоте V - 3000 см-1.

250 ч 1т г.

200

150

100'

го

/

V

■'"Г"'" 20

д

'Т" ^""г1

40,

"Ж"

50

1нс.5. Загаскмость мнимой части диэлектрической проницаемости Хгг:?^ ниобпепих илоиок на кремнии от толщины пленки на частоте V = 3000 см"'.

проницаемости пленок по приближенным формулам (1,2). Для каждого оораоца величия« Тяйс. совпадали с точность» 5% мехду собой. lía рис./. нрвдст•■г.иД'-'КЬ' графики зависимости Im.<>, от толщины плонки ДЛ). сот.ий обра;-во а планок ниобия па кварцевых подложках, па рис.5 для пдоно''. ниобия ка кремнии для частоты ЗОСОсм

Величины : -гимой части дкэлпктркчоской проницаемости для од-:си и топ же сокщхны пленки тобкя в разных сериях отличаются, однако, характер их толэднншс зависимостей одинаков (независимо от ,r.-¡ re риала подлозсхк и аага изменения по толшине в серии). Ooüio,', особенностью толиишшх зашеикост«й Ice является их осцкллкругесий р.ид. ГфК атом период осцилляции зависит только от пленки. Срвдавй период осщшшцай для пленок ниооия per-tów /»л, что tío порядку величины равно половине деоройлзвской ;y:i!h':,i для ниобия. По мюмой части диэлектрической

мскно рассчитать оптическую проводимость пленок, которая tíijwo является периодической функцией толщины.

В 5-5 главы 4 по измеренным значениям проводимости на постоянном тока пленом ниобия, которая также осциллирует при изменении толщины, и по оптической проводимости в предположении црвмон'/.мости модели Друде были рассчитаны параметр;: электронов: плазменная частота и частота соударения. Зависимости этих величин от толщины имеют осциллирующий характер и отражают связь со свойствами свободных носителей.

Для 'исследования причин, приводящих к осцилляциям оптических к электрических свойств пленок ниобия, были проведены как.-;роняй »гроводимости и спектров отражения пленок ниобия при шг-них температурах (56).

влияние изкокений температуры, на оптические свойства пленок hho'v.í. лоупалось на спектрах отражения, измеренных в области для излучения, направленного параллельно и перпендикулярно оптической оси кристаллического кварца. При комнаткой температуре измерение спектров отражения кварца с тонкими кленками ниобия проводилось на фурье-спектрометре ФС-02. Для изморекия коэффициентов отражения при температуре 1СК° ооращы по очереди помещались в криосгат с прокачкой гелия. ■ Спектры образцов при температуре 10К° измерялись на íypi."-спектром-! гр.; ír'S-11-t. Несколько спектров представлены на

* 7 . ' -

Для расчета оптических постоянных пленок были сначала определены оптические постоянные кварца при обеих темперлтурах с помощью дисперсионно!'о анализа спектров чистого кварца а затем по приближошим формулам были оценены мнимые частя диэлектрической проницаемости пленок на частотах, где поглощение подложки мало для обоих направлений излучения (т.е. между полосами поглощения) по формуле (3). Значения Тте^ пленок, рассчитанные из спектров отражения, поляризованных параллельно и перпендикулярно оптической оси кварцевой подложки, отличались между собой но более, чем на 5Х, что подтверждает изотропность свойств пленок в плоскости подложки.

£ о.а

0

4-> О

m

£ 0.6

0.4

0.2

0.0

Б00 1000 1400 1800 22С0

wavonumber tj/2rrc [cm-1] —

Vue. . Спектры отражения лкобиевых пленок на кварце при

Т'.'МПер-ггуре !ü!i°.

Сравнивая зависимости Im s0 пленок от толшшш для разных температур, «окно сделать выпод, . что период и амплитуда осцилляции мнимой части диэлектрической проницаемости- пленок ниобия. а, следовательно, и осцилляций их WK проводимости не з гьиойт от температуры. К такому же заключению приводят измерения проводимости на постоянном токе при разных температурах. Таким образом, из- провиденных температурных исследований можно сделать шьод. что амплитуда и период осцилляций оптических и электрических характеристик тонких пленок ниобия но зависят от температуры.

В J7 главк! 4 про годится анализ влияния температуры ко характеристики тонких пленок ниобия. Зная проводимость пленок при разных температурах, шпго вычислить их удельное сопротивление как функцию частоты для каждой из этих температур, а затем оценить температурный коэффициент сопротивления (ТКС), усредненный по температуре на разных частотах. Однако, для определения знака '¡АС достаточно знать соотношение м.езду знач.¡пням.: удельного сопротивления или проводимости при двух разных томпература;-., а, следовательно, знать соотношение мезду величинам/ h:,b.

;Лз анализа поведения Irro¿ и проводимости на постоянном токе пленок ниобия при изменении температуры можно сделать вывод о том, что ТКС на постоянном токе и частотах меньших Ю00см~! отрицателен, а на частотах бсльпих 1000см"1 положителен для всех пленок за исключением пленки толщиной 25,5$, у которой ТКС ri0j!0;S5TCJ5.,.i для всех Частот.

Такое поведение 'мо:-:;п> объяснить т^м, что, по-видимому, шонки г освоят- не, плоских ооласте-1 металла, разделенных границами, сс^г'клншвлм и;; дефектов и загрязнений. При этом r.:vi,-i;!7iv;ccTb плен«; я отркиательиоегь. действительной - чаелк ДПЭ.1:';К1 рИЧССК.ОЙ , ПроНКИвеМОСШ определяются ГфОЧКДе ' ..всего областями металла, a не границами г.мкду ними. Это согласуется с рассмотрением пленки в приближении аффективной среды, Олнако границы приватят к тому, что на ичг.чих частотах температурное ПСГеЛОКП'.- ПРОВОДИМОСТИ ОТЛИЧЗОТСЯ от ТИПИЧНОГО ДЛЯ Металл": . •Енач хаг-ак':> гну*, частоту у, на которой происходи? изм-н- вне Г.Н--К-. ТКС с т'е.'л-ц'агуре:1, ;; ^ермне.-.с;.:,-'-) скорость ел-:-: го а и:-в в нпга.\< V., м е:'"::;:';1: р'км 'рч гго-и;-: властей v.- ••."../:. Для

ниобиевых пленок этот размер - ~ 100-?0Сл <где и -

характерная частота в сек-').

Н §8 главы 4 дастся анализ проведенного исследования тонких пленок ниобия. Обнаружение осциллирующей зависимости их оптических и электрических свойств, период которой сравним с атомными размерам, привело к предположению о том, что осцилляции связаны с квантовыми размерными оффоктими.

Тонкую металлическую пленку толаэтной порядка им молшо рассматривать как квантовую яму с бесконечно высокими стевкауд и шириной равной толщине пленки. В такой системе импульс свободных носителей квантуется, что приводит к периодическому изменения свойств пленок с периодом, равным половине дебро^лезской ЬаИШ электрона в исследуемом веществе. Неизменность амплитуда осцилляций с изменением температуры связана с тем, что расстояние между разрешенными уровнями в яме для .металлов много больше ¡«Т.

В §9 главы 4 с помощь» ПК пропускания и отражения оилх исследованы тонкие плевки металлов Си, N1, IV, Ко, ?1, няносвшл;в на подложки из кристаллического кремния методом высокочастотного распыления.

Из спектров пропускания и отражения металлических пленок на кремнии по приближенным формулам (1,2) рассчитывалась мнимая часть диэлектрической ироиицаемости иелледуемых пленок 1тс0. Зо всех рассматриваемых пленках была обнаружена осциллирующая зависимость от толщины. Период осцилляций зависел от

материала пленки: для пленок меда - 2$, молибдена - 2Й, вольфрама - 2Й\ никеля - 3,5 й, титана - 1,5Й.

В приложении приводил вывод приближенно?, фощул! для расчета мнимой части диэлектрической проницаемости тонкой ггленкл на подложке по спектрам отражения или пропускания.

В заключении кратко изложены основные выводы и результаты диссертационной работы:

1. Усовершенствован метод фазовой спектроскопии ПЭБ, разработана новая методика расчета ' параметров распространения ПЭВ по исследуемым материалам, модернизирована экспериментальная установка по спектроскопии ПЭВ. Все это позволило увеличить точность определения оптических постоянных по характеристикам распространения ПЭВ.

Впервые была предложена и использована методика расчета оптических постоянных материалов, использующая одновременно споктом отражения и параметры распространения Г1ЭВ. Два независимых иг-^ереяия позволил/, однозначно без использования каких-либо моделей рассчитать комплексную диэлектрическую прмиигшос'гь подложи и пленок на ней.

3. Разработан криостат, позволяющий исследовать материалы методом фезоьой спектроскопии Г13В при низких (гелиевых) температурах.

4. Исследован высокотемпературный сверхпроводник YBagCUgO^g при комнаткой и гелиевых температурах. С использованием фазовой спектроскопии ПЗВ определены его оптические постоянные в 10-мкм области спектра. Температурные измерения показали, что концентрация свободных носителей в плоскости ab высокотемпературного сверхпроводника 'Л^СЫдО,^ не изменяется при изменении температуры.

5. Впервые методы ПК, спектроскопии были использованы для исследования сверхтонких металлических пленок, что позволило получить дополнительную информацию о структуре пленок, их оптических постоянных и характеристики свободных носителей.

6. Обнаружено осциллирующее поведение оптических и электрических свойств металлических пленок при изменении толщины пленки. Проведенное исследование показало, что осцилляции связаны с квантовыми размерными эффектами и их период равен полоняне добройлеьской длины волны свободных носителей исследуемого материале-;. Были измерены периоды осцилляций оптических характеристик тонких пленок Nb, Си, N1, Mo, W, 't'i, лежащие в пределах 2 - 6 8.

«ггазккв мате'оиалы диссертации содержатся в следующих

1. Воронов С.А.., Жижкн Г.К., Киселев С.А., Кузик Л.А., Яковлев В.А. Фазовая спектроскопия поверхностных электромагнитных волн. // Компьютерная оптика. 1589. вып.4 с.66-71.

2. Жилки Г.Н., Киселев O.A., Кузик Л.А., Яковлев В.А. Моделирование процесса интерференции ПЭБ и объемного излучения. // Ксглпь'^терная оптика. 1989. вып.4 с.Т1-77.

3. Г.И., Киселев С.А., Кузик Л.А., Фирсов Е.И., Яковлев В.А. '.'лтерфзронция ИЗБ и объемного дифрагированного излучения.

Троицк. 1988. 16с. / I.репринт Института спектроскопии АН СССР JKM.

4. Жизкин Г.Н., КраЯская К.В., Кузик Л.А., Уваров Ф.А., Яковлев В.Л. Распространение поверхностных электромагнитных волн по керамике УБаа«и О 0. //«ИТ. 1983. т.30. вып. 3, с. 929-931.

5. Goncharov A.F., Zhlzhln G.n., Klselev S.A., KuziV; L.A., Yakovlev V.A. Determination of the dielectric constant of YDa Cu307_e single crystal in the.- 10 цш spectral range by SEW phase spectroscopy. // Phys. Lett. a. 1988. v.133. N3. p. 163-166.

6. Алиева E.B., Жижин Г.Н., Кузик J1.A., Печень S.B., Фирсов К.И., Яковлев ПЛ. Влияние температуры на распространение поверхностных электромагнитных волн на пленке УВа?С1цО а. // ЖЭТФ. 1990. т.97. вшг.2. с. 566-569.

. 7. Alleva E.V., Flrsov E.I., Kuzlk L.A., Yakovlev V.A. Optical properties of superthln niobium films deposited on crystalline quart«. // Phys. Lett. A. 1991. v.152. N1,2. p.89-95. «. Кузик Л.Л., Пудснин Ф.Л., Фирсов Е.К., Яковлев В.Л. Оптические свойства сверхтонких пленок ниобия, нанесенных на кристаллических кварц. // Оптика и спектроскопия. 1991. т.70. вып.З. с. 5УЗ- iiWt.

9. Алиева К.В., Кузик Л.Л., Пудонин Ф.Л., Яковлев В.Л. Распространение поверхностных электромагнитных волн по кварцу со сверхтонкими пленками ниобия. // ФТТ. 1990. , т.32. >12. с.3550-3554.

10. Kualk L.A., Petrov Yu.Ye., Yakcvlev V.A., ZhJahin G.N., Pudonln F.A. Optical and electrical properties of superthin niobium films deposited on crystalline quarts. // Phys.Lett.A. 1992. V . 171. p.418-420.

11. Ku^irC L.A., Petrov Yu.Ye., Yakovlev V.A., Zhlzhln G.N., Pudonln F.A., Grouse P., Offermarm 'V. Conductivity spectra of niobium I'll ins on crystalline quarts at room and low temperature. // Z. fur Phys. II. 1994. v.93. p.¿39-242.

12. Купик Л.Л., Петров Ю.Е. Пудонин Ф.Л., Яковлев В.Л. Оптические и электрические свойства сверхтонких металлических пленок. // ЮТФ. 1994. т. 105. с.215-223.

/