Нелинейные режимы генерации акустических волн при межзонном поглощении лазерного излучения в полупроводниках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

?го од

. • . московский ордш'л шш,

ОРДШ ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИЯ к ордена ТРУДОВОГО КРАСНОГО 3!ш2ни ГОСУДАРСТВШШКИ Ж-1ВН?аТШГ имена ы.в.лшоносовл

, ОЙЗКЧЕСКШ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рухопяся УДК 535.211:621.315

ТЕЛЕНКОВ Сергей Алексеевич

ШКНЕЯНЫЕ РЕШ&1 ШШРАЦБ! АКУСТИЧЕСКИ ВОЛИ. ПРИ ИЕЗЗСННШ ПОГЛОЩгНЕИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ в ПОЛУШ^ЩНЖАХ . 01,04.21 - лазерная фжзяха

Автореферат дассарташи на соаскакке ученой степени кандидата ^зяко-иагеизтаческпх кзук

йссква 1993 х.

Работа выполнена на кефедре общей фхзшш и вазшошх процессов физического факультета МГУ иы. М.В. Ломоносова

йаучшЭ руководитель: кавдвдат Змзико-цатенагкческжх каук,

Б.В. Мдшов

ОфщдаЕШгЕне оппоненты: доктор $нзшы>-матемаглческиж наук,

Бедтеая организация: Акустический кксткг/т ш.Н.Н.Аэдреева РАН

заседании специализированного Ученого Совета М отделения радаофззаки в Московской государственном уняверснтете ии. Ы.Б.Ломоносова, Е2фр К 053.05.21.

Адрес: 115699 Москва, ГСП, Воробьевы горы, МГУ, физический факуло-гет» учевогф секретаре спедаалазнрованного Ученого Совета Ш отделения радаофжшш.

С диссертацией можно ознакоштсься в библиотеке физического факультета МГУ.

В.Г, ыахаявшч

кандидат фнзихо-изтеыатачески! наук, А.Н. Петровский

1993 г, в

ОЩАЯ ХАРАКТЕК5С1ИКА РАБОТЫ стуадькостъ теш. Спвтсзйетесяйи эффектом, обусловленным взаиыо-гЙсгЕнеа лазерного жареная с аецествса, является аозбуждеияе гогстичесхих в-4та пря яшу-яьсном лазерном, воздействии. Тернии яазерааа штоакустака" ухе прочно вашл в няучну» литературу и задацкояно означав? реакцию вецестзэ в вяде распрострекяхсоася кусткческях волн на вненнее лазерное воздейетвяе.

С точка зрешя фязняв взатшдействая язлучекая с ведествоы, кустнчеснаа отклнк. содержит НЕ^ераацию о переходам, процессах, роясходазах в области сблучети, за времена порядка длительности аэйрного шшульса. Прикладная ценность оотоакустаческого метода остшт в том, что оптически возбуждаеше акустические импульса охут быть использована как для определения параметров огяодагЕзеа среда (напрныер, козйшщентсв теплового расширения, Ешопроводаостн, диффузии носителей зврядз и др.), так и- Для зыерення параметроз дазаршж дапульсов (ях длительности, керпга, кодовой структур« излучения). Перечксленнке возможности ьетульсяой лазерной оптоакустакн позволяли активно иигользсзгть тот ггетод в дефектоскопии, микроскопии и томографии образцов» дедует отметать, что в прикладныз целях очень часто используется отеческая регистрация акустических шпульсов, что позволяет делать метод бесконтактных и дистанционный.

В последнее время существенно возрос интерес к ярииенению тульской лазерной сптоакусвссн в {гвяка твердого тела. Этот нтерес бил ствнулароаан перечясденныаа вше достонястванн как $адного инструмента, позволяпзэго независимо получать информацию ■ процессе взадаодействая лазерного излучения с ведаствоы и

сравнивать с даЕзнда, набученваш еенш способами, кеззрнаер, ыетодаш традиционной otresreecsaS сшакгросксшш. Кро&а того, активное. исследование твердых тел (too шзваво. , я шсто приклздньаш задачам. Это, . главным образом» относится; . к нодунроводаикаши красталаш как осаговншу к&т&рааду шкроэжкт-рох-акзг,

Проблаиа повнЕанйя зффактквноста преобразсвакня оптической зйергнк в акустическую, начиная с персах ексаера^нтев, является оддай шз центр глькш в лазерной штоаяустеке .. Это особенно важно для задач наргзругащей даагЕостЕка ксидексярованшх сред.

Одаш. из Бозисапах путей резен&а пробяеш яазеро-ицдуцнровзяной геверадаа модных акустетасках ишуяьсов являэтся подход, осаозаяЕНЗ нз гсяияьзовшгш фазическах процессов нетешюзоа природа. В Ейяупроводвккошх кристаллах существенный вклад в акустический о?ашк когут дазвзть . uaxzmsm связанные с дефоркзцйонгсш потенциалом и обратный пьезозффвктш. Теореткчесете и экспериментальные иес^эдовакая показывает, что при определенных условиях оптического возбуздевая, гффектавяоеть геаерацкн упругих волн за счет яеречнеяенннх uaasKzsifOB, ыогат значительно превыгать эффективность геверацзш за счет тераоупругого эффекта. Однако, многныа авторши отшчается, что в условиях, когда доминирует затепшш каханзшш гевередан упругих волн, при высоких уровнях сотического возбуждения акустический отклик кристалла становится судзетвензо нежшейнш, что огракачивает эффективность оптоакустичаского преобрвзованая. Опред&леше критической ннтеЕсшаостя штаческого воздействия, когда начинает проявляться наишейность акустического оишпга и

- г -

шсаше фезтесхпх процессов, гаредаитащх этТ жхвчяву, [редстсаляат собой вадауо проблем?« поскольку ее реванна !03®адяе? определять штянаяьвне у еловая сптоакустаческого зреобразовакия. Следует отйепггь, что палу тать точно-г. аналитическое решение такой нелинейной задачи без уярогцатедо фгдпо-йохеянй окэзк&ается незезшаяо. В этих условиях, для збосковзкяя теоретических кодедгй, ошенвйз'дзх одазакусппзсжий з*£$ект в твердой теле, Ескяшзтельнуз роль приобретают зкстЕернУэнтадьиыа дгншэ . по генерация упрутся. вадн нк^яш яззервки взлучешен. Перечжуккзне шее пробдеш определяют ахту&одюсть ядстокпего исследования.

Цадьв дассартадаонноЗ ра<5отц является зкепзршбэнтальное ксс^адовекае яазеро-нвдуцированяой генеоагкл вк/сткческях волк в гюлупроводзнй.аз. зз счет ртззязчшх знзнчесяпх «эхеннгаов я анализ факторов, спределяхх^гг неяшейяоеть акустического отклика кристалла»

Научная невжзаз настоадей работа определяется сдедусе?о£й пояехкеизяыя, шносяшыя на ззздату$

1. При возбуядешш кристалла германия хощшши яавосекуадшгш лазершгда шшульсаш процесс л^фузяонного расширения фотовозбужденней ЭД пяазш существенно дешййроааа потевдиаяьшм полей, возняхакзеи пря пространственно неоднородной тергзп-еекоы сухеялн запретившей зона полуироводняка.

2. Амплитуда акустяческва вата, возбуядаеыых пра поглощении лазерных шшульсов с ввтесиввость» 104г I <.ю7 Вт/ся2 в кристаллах г-1, Се я йаАв, находящихся в контакте4 с явдкям гелием зависит от интенсивности лазерного воздействия по корневому закону.

3. Насыщение ашдатуда ятульса ПАВ, возбуждаемого пря поверхностной поглогзенин лазерного излучении в кристаллах сулы&з&а вдшя связано с процессом нелинейной рехоыбгнацяа, подавлявднм ;в?г£фузи-овное увеличение области локадазацш пьезсйсточккхоа акустических волн

4. Для возбуждения рзлеевскнх воля в кристалла C^o.SS^O.iS за счет пьезоэффекта во внекнаы электрическом nasi, требуется анген-сявеость лазерного излучения на 5 оорядкоз кгншая, чем в случае тершупругой гензраша 1MB равней амплитуды.

5. Даа ашиштуда рэдзавсксй ПАВ в кргетаяяах CdSQ cqSSq _ • воз~ бу*двешго за счет обратного пьезозффеата» характерна логаряфын-ческая нелинейность при ннтеснвностях оптического возбтждешя I £ 300 Вт/си?

Практическая значимость вшашекой работы закапается в том, что исследован фотоакустическкй эффект s содупроводаиковаз кристаллах SI, Се, GaAs, CdS и CdS^jSe^, гиехщях ЕНрокое практическое применение. Основные хюлоягшя* представлащге. практический интерес, итут Оыть сушнровааы сведущий образом:

1, Полученный результат о зависшюста' фэрда акустического тшульса от скоростей даффузяи е поверхностной рекомбинации неравновесных носителей дает возшгность для жачеств^нного аналвзя даффузновиого явзиеная ЭД плазма в фотовозбуядениоа полупроводнике и позволяет идант^шгаровать режш сверхзвуковой даЗфузш. ...

2. Показано, что оотоакустическиа катод ешй? батъ г^фекишко использован для опред&яешя глубани кегрева кристаллов при погжяпеюш мощшх лазерных гашудьсов, что Евеет болыюе втчеше

в задачах лазерной обработки подупроводнЕКОВ.

3. Набдвдавгаяся эффективная генерация поверхностных акустических вода за счет ветешювах механизмов дает возможность возбуждения ксгщых акустических полей пра поглоа^язщ слабых потоков оптического излучения.

4. Полученные данные по важнейшей режимам генерации акустических волн позволяет определять критические параметр! оптического иалученан, когда возбуздэнае упругих воля за счет нетепловых иэхавнэгоз становится неэффективным. Такны образом, удается определить оптимальные услошя оптоакустического преобразования в сароко нспользуешх полупроводниках,

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 13 Международной конференция по когерентной и нелинейной оптике (Минск, 1988), на Всесоюзной шсоде-сеииваре "Фотоакустнческая спектроскопия я шгкрсскопня <Фотоакустаческае в териоволяовые явления) • (Дувзнбе, 1989), ва VII Международно« совещанш по фотоахустическш я фототепловым явленаяы (Дурверт, Нидерланды, 1991), на 14 Международной конгрессе по акусткке (Пекин, Китай, 1932), аа Международной ко^еревдяи "Ультразвук*93й {Вена, Австрия, 15ЭЗь а также яа секшарах кафедры общей физики н волновых процессов физического факультета МГУ и опубликованы в отечественна я зарубежных журналах. . . . . Объем и структура работы. Диссертадкя . состоит из введения, четырех глав, заключения, в котороы изложена основные результаты, приложения, содержадьы програша автсшатгзировакного измерения ишульсного сигнала и списка ццтмруеноЗ йятературн. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста й иддаттрнрована

25 рксуккаш. Сшсох латература ссдарззгг 111 бкблиогра2ячесжах ссаяоя.

СОД2РЗЫНЙЕ РАВОта Во введеваа дана с^ззая характервотика работа, обосноавна актуальность теш диссертации, представлен датерзтураый обзор зкстер&ше- -шальных «1&тодов лазерной фотоакустиха в сфсуиуянровааа цель диссертационной работа.

В первой глава рассмотрена осшваге фгзяческее ыахашгин возбуждения акустических вола в подуцровсдавхаг. Основной акцент сделан на сшсанин тгрыоупрутого, ковдешрзгрояао- деформационного иехв-нкэыов, а также на возбухцвнгш звука за счет, обратного пьезоэф-фекта в пьезодалупрошдникошх кристаллах, Подчеркивается принцк-пиаяьная роль дтшвпга неравновесной фотовозбужденнай злектронно-дарочнсй ОД} плазмы в процессе штоа^стического преобразования в полупроводниках. Для анализа акусткчского отклика крастаяла я коянчественных оценок предложено использовать иодехь на основе одномерных уравнений даффуаия я тешгапроаодЕоста. На щяшере генерации продольных акустических волн, рассмотрен спектралышй подход х анализу фотоакустяческого эффекта в полупроводниках. Вторая глава косаедена эасшринентадьньы методам лазерной шго-акустякн. Сделав краткий обзор ссвремекшх методов лазерной генерации я детектирования акустических импульсов. Центральное место во второе главе занимает описание навосехувдвой лазевой установки в методики измерений, которые использовались в оптоакустическЕх экспериментах, проставлениит в диссертация. *

Ясточннкш дазераих импульсов дххгежьвостьх) 15 - 20 не являлся твердотельный лазер ев гранате с неодамш 1.06

- ? -

аботашдй а рга&га тиссиьзса ксдудацта добротности. Для рее,таза-1Ш реяэдэ поверхностного яогдсегаязот в полупроводниках, псполъзо-алось яз.?гученке ка гардошках основной частот«. Выходное злучекшз' задавшего генератора усядавзлось з двух усилителях на А&-Ш3+, что дало всзщяность исследовать акустический отклик растаяла в игреком диапазоне шгтенсавьостей падащег" излучения.

йфоксполюсше акустические шшульсы детектировались с шодьв пьезоэлектрически преобразователей. В работе проанализированы усхсвяя работа пьезодатчюса, когда выходной здехтркческнй згнал с тсокой точность» Еосяроззводггг форту акустического ыпульсэ.

В заклвчительнсц параграфе второй главы правэдано описание втоиатяз1фованного комплекса, разработанного для проведения нзм~~ ешй акустического скгнэяа с наносекунднш ирежвшш разренэтен.

8 третьеЗ главе представлены результаты расчета профиля родрльЕого акустического импульса в »•гвискиоста от скоростей ;Еффузия а поверхностной рекомбинация нерарновеснах носителей, ксперяизнталыю определен раззазр области рекомбикацконного ¡агрева прн поверхностно» поглсиленш лазерных ншульсов в ■ерьшшн, обнаружен и кссяеаован неяшейкый фотоакустическкй |ффект на границе раздела псоупр^водаил-гшсгай гелий.

В 5?.2 па основе одномерного уравненкд даффузин показана раясфориахиа про$ши импульса продольного звука, вогбуадаемого ¡а счет дефаргшдаовяго механизма прж сверхзвуковых процессах ¡аффузкз и поверхности рексйокяахсш чотовозбувденил носителей, [«я расчета профилей акустагчьсгаа гогокльсов в рехвме, /когда якоростъ даффузяя ЭД плазш а^/т:^ (где длина даффузш

неравновесна* воситежей за врекя действия лазерного ныцульса Cj- скорость продольной акустической водна), расмотрек случай "«гьного и&хзошого поглощения свате. Предполагая, что основной вклад в акустический снт&л дает дефоршщионяый механизм, было получено выражение дяя спектре колайаталъной скорости б аанисшгостн от скоростей деффузяи и поверхностной рекш&янавдя (идя от соответствуй©?* соотватстЕул^а чисел Цаха: - '°b/ci к i5s=s/Cj, где 0- скорость поверхностное^ рекаибиаагьш). При акахн&е спектра акустаческого ишудьса нрн переходе от медленной (дозвуковой, Mq« 1) к режиму оастрой (сверхзвуковой, М^ » даффузии обнаруживается его существенное Езаекеяяе, которое приводит к трансформации бшкишркого акустического шпудьса 5 одншолярвоку профилю nja Mjj » 1. Показано, что оплшадысл условия для генерации звука реализуется пра Мр ^ 1, чт< соответствует режиму квазясишронного в-оэбужделзгя акусткческоз водны, лнаяяз зависимости спектра акустическою ккцульез с скорости поверхностней рекшбинэцзш псказавает, что в режим* сверхзвуковой двффузш, ускорение процессов поверхностно! рекомбинации приводит к сокращению длительности, вкустнческог сигнала и уяенывешв его ашиштуди (vR « Ы^').

В §3.3 представлены результаты эксперскантов по возбугден» кнпульсов продольного звука ирк интенсивной оптнческо воздействии на кркстьлл гершяка. Исследуешй образец шлучадс дазерньшя шщудьсамк длительностью tj* 20 не (а= 1.06 шш) антенсканость» 0.5 < I < 13 МВт/at. Регнстр&ся вкусткчаског отклика осуществлялась "ъезодатчккои, аекрепдекшы на такьнс ст^уоне кристалла к находяздагося в ближней волновой aof

термостатического источника. В эксперименте наблвдались биполярные авустгчзсгаа хаггульсы, тнпичшз для териоупругой генерация на свободней поверхности, н тиэтельно измерялись длительности фаз сжатяя-разреженйя в завагашоста от шггенснвностя воздействия. Теоретическая анализ тернооптэтеской генерация звука в резкие сального iioi-j.oneisu? покасивзет, что длительность фазы <~хатня отвечает оистрс-цу лазерному нагреву за вреда т-^, а фаза ргзрзжзгия- ыедяенноау остеташго области гсрястадлз, нагреваемой при безызяучзтелыгоа рекс«5Сйнацпи диффунлфгегда носителей. Таюш образом, оказывается возиожвш эксперязгевтально определить глубину лазеро- индуцированного нагрева приповерхностной области кристалла.

Поставленное эксперименты показали, что в исследуемо« диапазоне ннтенсавносгей падающего излучения, длительность фаза разрежения не изменяется н остается равной- = (í40 ± 10) не. Полученное значение времена остывания нагретого слоя -кристалла позволяет одашть характерна пространственный иасятаб области реяоийшадаонвого нагрева, которая при i < 3.2 МВТ/см^ равняется 2.2 ши. Важно огиетнть, что подученное значение превышает размер области фотоганаращи носителей а"*, но кеньае длшгн диффузии Ijj, свободно даЗФувдирутаза носителей, т.е. внполнэио неравенство: а~1< 1ф< 1Т,. цроведенние оценки однозначно указывает' на то, что процесс диффузионного движения ЭЗ пар не является свободный: невырожденная ЭД плазма эффективно уде peras ется в слое тошшй i«n.

В §3.4 пообщается о результатах эксперимента основной,цель», которого было возбуждение &кздншс акустических импульсов' в

- ít> ~

полупроводниках ss счет аспвр«ельво1»о аехаашш» на грашде раздела полупроводника с жидам тетей. В отлична от прожддах работ, исследовалась облает1- существенно более шеоккг оптэтесках воздействий (Ю4< I £ Ю^Вт/си2) и рзгнстраровзлзсь акустэтесяие волны, распространящЕеся не в гадкость, а в твердое тело. 8 качестве исследуешх образцов кспольэовались металла Ge, Si и

GOÁB.

Во всех экспериментальна! реалазапдях взблвдадась однопаявр-ныа шшульсн сжатия, ящичные генерации: заука давлением паров гелхя ва поверхность кристаллов. Основаш результате^ зкеперниаи-тов является обнаруженная корневая зашсиаость (А « I ) амплитуда акустических вшульсов от интенсивности сягического воздействия. - Полученные результаты ваходкт объяснение в ранка* кодэлк, основанной ва гналюе ураввекшг теплового баланса и предположения о диффузионно« характере фононной теплопроводности. Рассматривая поток тепла, посгршощй в гет& от потясцахозго свет кристалла, было показано, что при данных условиях лазерного возбуждения затратами энергии на дсрсобрззованяе иояко пренебречь. Это обстоятельство является орзовши физическим отлжчяеи исследуемого фотоакустического эффекта от рассмотренных ранее, в которых оптическая анергия подводилась непосредственно к границе раздела фаз и поэтому в основном расходовалась на фазовое превращение. Используя уравнение состояния идеального газа и

% ш i /Р

температурку» зависимость теплжровожостя в виде ^(Т/Т (где S*- характерная температура), для давленая паров Casa порчена слеяуддая оценка: ? » 1.5 (1/1*>г/2 бвр.

Для определения температуры поверхности £ кристалла от

йтеЕсявяостн I падшзего излучения кеобходнш> учвтшэзть зеесяцость паргшатроз полупроводника от Т. Оцестя, сделанные на ргнере Ge покззаваггс, что пра лазеро-таяупировапноы нагреве оверхноста до температур Т > Т* =* 10 К (что справедливо при > 1G4 Вт/cu2) приращение температура крнсталла происходит рспорцяонально интенсивности: 1 - 2* 0,2 {1/104 Вт/cu2) К. ■ атласно предлогенной модели .шнейноуу росту тешература nosépx-:остя кристалла отвечает корневая завгсяыость давления пвроз 'взообразшго гегая. Существенный обстоятельств««, обеспечзтоакзеы юрпевую завзсшость амплитуда акустнческого сигнала от иятенснв-юста оптического излучения является температурная завясниость гепжоешиэстг н теплопрозодко^та полупроводникового кристалла. i четвертой главе приведены результаты экспериментального яссяе-losams явзщтаго возбуздеша рзлеевсках волн в полупроводниковых срясталлах Si, CdS я CdS1_3;Ses. Основная даль представленных зкс-1ерниентоа состояла в тс«, чтобы определять условия, пра которых; етзаютно эффективное возбуждение рзлеевсяих волн за счет гетепяовах механизмов генерация и использовать акустический. этнлих кристалла для анализа релаксации фотовозбувдения в юлупроводнике.

Оптическое воьоуядевзь гфемння осздаствляяось лазервьан ¡шпульсгает (т^ 20 не) XAG-M лазера на основной частоте и на частоте второй гармоники. Основной результат эксперимента закипчаетез: в обнаруженном инвертировании профядя рэлеевского вшульса upa удвсеняз частота оптического нзлученая. Оценки ппчазнвают, что пря интенсивности a» í .5 МЗ^/гаг"- обнаруженный эффект объясняется нзиенЕшем домлшрувдего механизма генерации

ПАВ прн иэыелешн условий возбувдешя.

Было показано, что оря возбувдеши креывия лззернш яэдучг-киеы с длиной волна 1.06 ыки, нагрев кристалла аа счет быстрой релаксации носителей.к краю энергетических зон неэффективен по сравнению с дефсриацяей кристаллической реяеткя за счет мехашзяа деформационного потенциала. Кохачественная оценка относительного вклада двух механизмов подтверждает этот вывод.

Оря удвоенна частоты лазерного излучения генерадаа ПАВ происходит в усдошях поверхностного поглощения света. В этой репке эффективность деформационного ъеханазда снижается кз-за существенного уменьшения времени хязш неравновесных носителей, в то же время, нагрев . кристалла срсасходат не только за счет лшовешоа <ло сравнен® с т^) релаксадш, но я бастров безвзлу-чательной рекомбинации ЭД пар. Тахт образен, в этш эхепершенте удалось явно выделить вклад в акустическую волну, связанный с генерацией ЭД плазмы и определять условзя оптического возбуждения, когда вклад деформационного механизма в рэлеевскую волну существенно превосходит териоупругяй эффект в хрясталле кремния.

Еда <5олее аффзктвная генерация рзлеевских веян била реализована в кристаллах COS в MS^^Se^. в втнх экспериментах оатнче-ское,, возбуждение осуществлялось при одновременный наложение внешнего постоянного электрического поля SQ. Дет зтого на поверхность кристаллов напылялись кетаяшчесгае. электрода.

В кристалле IMS ваблщвдось возбухдвняэ ПАВ при поглощении лазерных импульсов с данной волна ^ 0.355 шш я кнтезт^Еваостью 10 s I i 1С3 Вт/см2. Пьезоэлектрическая природа акустического

сигнала бала установлена по наблвдзэээйся зшверсяи ншульса ПАВ пря смене направленна внеанего злектраческого поля на противоположное. 8 эксперименте проведена взтревяя анплитуда рэлеевсяих волн от величины электрического поля я от югтеисивяости лазерного воздействия. Линейная зависимость амплитуда сигнала от величины напряжения на электродах также соответствует пьезозлектрпческоС пряродз волан дефориагрш. В то же время, зависимость амплитуда рзлеевсксго шшульса от ннтенеявяости характеризуется бастрам ростом на начальном этапе л надачеяпеи аззшггуда, при интенсивностях лазерных иетульссв I > 50 Вт/су2.

КаблцдавзаЗся неяннейтай эффект объясняется совместным действием эффекта экранировка внеанего поля В0 пространственным разделением неравновесных носителей и да^узионвш распкреннеы облета докализапаа льзояст очников. Проваденшз оценки говорят о тот, что насыщение сигнала происходит всЛедстше ограничения пространственного разгара экранированной области названное сохраняем времени жизни неравновесных носителей при высоких уровнях оптической накачкн.

Для возбуждения ПАВ Рэлея в кристаллах = 0.42)

использовалось излучение с данной волны = 0.53 шш, что позволило существенно расшрить диапазон антенсивностей возбуздаияях шшульсов и наблюдать териоупругув генерацн» ПАВ при ЫО^Вт/си2. Пьезогенеращш ПАВ наблгщзлась пря нлтесявностя 0.5 ¿Ь' ЗООВт/см2 я впезнеа злектрическш поле 0.5 < В0 < 2 кВ/сн. Баяо обнаружено, что форма шшудьса ПАВ, возбуждаемого за счет обратного лъезозф-фекта жцеет трехполярша профиль, что-пршщипиалъю отдаляется от биполярного тершупругого тшульса. йсследованяэ -зависимости

гй -

Ешшггуда сигнала от интенсивности лазерных импульсов показало, что получении данные агшрохсяшруггся логарв$азческой фунвдшй. Оба обнаруженных зффекта (трехполярность ПАВ к логарвфиаческая нелинейность) находят качественное физическое объяснение в ранках теории лазерного пьезовозбужденкя ПАН Рзлея. Ешользуй для оценок ¡«одаль нвазнодаоыерясй диффузии кар&зновеснах носителей с харакхаршаг Бре.улне.м рекойнаадаи -с, показано, что для амплитуды регастряруеисй рзлеевсксй волш должно вкаалняться фунзддонзлькая зйшсзшость А « 1п(1/1сг), где I - критическая интенсивность, соответствутщап концентрация ЭД оааззьа, дос^дточной для полной акрашроЕка внетаего поля Б0. При данных условиях фотовозбуздення вреьвз ~ отвечает механизм рекошЗннаозЕн носителей на ловугках и примесях. Численные оценки дают для времени г величину 350^-200 не.

Наблвденже генерации ШВ в одно« кристалла за счет различных кехяннзмов позволило определить их относительную эффективность. Вало найдено, что пьезогенерацня упругих воет в кристалла! ^О.йЭ^СЫг ^ 5 поРя^оа превызэет эффективность термоупругого аффеета.

В заключении сформулированы основные результата диссертации. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1, Теоретически показано, что при сверхзвуковой дайзузяи и поверхностной рекомбинации носителя, форма акустического шщульса трансформируется от биполярного к одаополярному префнлг».

2. Экеоарикентально определен хярактердай пространственный масштаб области локализации шрившвеской электронно-дырочной плвзаы, возбуадаеыой при поглсе&шш истых яаносекущшх лазерных иипульсов в германии. Обнаружено, что процессу двффузии ЭД пар

эффективно препятствует потенциальное полз, возникэщее при пространственно неоднородно« тёрегческом сугаяки запрещенной зоны золупроводника.

3. Исследован нелинейный фстозхустическяй эффект на граница раздела полупроводника я кздкого гелия. Ваервие обнаружено, что амплитуда акустического импульса, возбуждаемого при взрывном вскипании жидкого гелня и распространящегося в объема кристалла, зависит от интенсивности "лазерного воздействия по ксрневоиу

А Т ■ *>

закону в днгпзгояе оптических воздействий 10 < 5 * 10 Вт/сгг.

"тс природа псбладгпгейся нелинейности акустического ОТК.-П1К.Э определяется завнсетостьо давления рассгяряг^егсся пзрооО-разного гелзш от температуры поверхности полутгроводккгеа.

4. Экепертаектальяо изучен процесс лазерной генерадли рэлеевскюс ооверхностнах акустических волн (ПАВ) в полупроводниковых кристаллах. Б экспериментах по лазерной гекерзцгга ПАВ з кристаллах кремния, шершз удалось явно разделить вклад териоупр^гогс и деформационного механизмов генерации в импульсный акустический сигнал и определить условия пря которых преобладает тот или иной эффект.

о. Показана возможность эффе!етивнсй генерации ПАВ в пряиозонкых полупроводниках СйЗ и СйЗ^^Бе^, пошлинных во внешае электрическое поле, ( за счет обратного пьезозф£екта, инициированного пространственным разделением фотовозбужденных носителей во внешен паче.

6. Обнаружено, что щи возбуждении кристалла СЛБ лазерными ашульсаыя с интенсивностью I > 50 Вт/см2, наблвдаатся ваадакне амплитуда сигнала ПАВ. Показана принципиальная роль изяучательиоЗ

- а -

рекоибанагщи неравновесных носителей в набладавзшися нелинейном

7. В кристалле ССБ^ ^фе^ ^ удалось реализовать возбуждение ПАВ за счет обратного ньезоэф5жкта и наблюдать териоупругутэ генерацию при высоких йнтексавяостях лазерных импульсов. Проведено щште сравнение эффективности генерации двух иеханизмов. Найдено, что эффективность пьеэогенёрэц^н на 5 порядков превышает эффективность терыоупругого возбуждения рэлаевсках волн в кристаллах Сй30>535е0 Обнаружено, что ашяатуда рэлаевсксй волны, возбуждаемой за счет пьезозффента, завксят от интенсивности по логарифмическому закону.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДЮСЕРТАЩ}!

1. Аванесян С.М., Гусев В.Э., Жданов Б.В., Кузнецов В.Й., Теленков С.А. Генерация поверхностных акустических волн ?а счет дефора^ацкояного и теплового механизма пры остнческо" воздействии на кремний // Акуст. журн., 1986, т.32, В.4, с.562-564

2. Гусев В.Э.(5заяов Б.В.,Кузнецов-В.М. .Петросян Е.Г., Теданков С.А. Оптоакустнческое набладеше сверхзвукового расширения облака фотовозбуждеявых носителей в германии при твлав&а. температурах // Тезнси докладов 13 Международной конференции по когерентной н нелинейной оптике, Шнсх, 1983, часть I, с.53-54

3. Гусев В.Э., 1даноа Б.В., Петросян Е.Г., 5аленков С.А. Янзейная теория генерации акустических импульсов прн сверхзвуксшх процессах даффузни и поверхностной ре?Сй*бинащш фотовозбужденной электронно-дырочной плазш//Акуст, жури,1989,т.35,в.3, с.454-460

- /; -

, Гусев В."?,; Б,В., Кузнецов В.Я,, Петросян 2.Г.,

'е ленков С. А. Акустическая регастрзщш удержания фото в озб ужде нкой ^вырожденной электронно- дырочной плазш вблизи поверхности 'ермания // 5-И!, t989. т.23, в.2, с.366-369

. Аванесял С.М.,Гусёв В.Э..Жданов Б. В., Телексов С,А.. Генерация оверхнсетных скустичее.'сп: волн при оптическом воздействии на решай // Тезисы докладов Всесоюзно!! йкощ-сеьшнара "Фотоакуста-:есжая спектроскопия и микроскопия (фотоанустячвские и термовол-оше явления)". Дунеибе, 1983, с. 23

>. Жданов Б.В., Кузнецов В.И., Петросян Е.Г., Теленков С.А. кустичесхая регистрация удержания фотовозбужденной невырожденной лэгггрошто- .¡«грочной плазма вблизи поверхности гер"?'шя // тазиси окладов Всесоюзна пжвяы-сеиинара "Фотоэкусткческая спектроско-ия и микроскопия (фотоакустические п теруоволноше явления)"-jnmбе, 1989, с.26

. Гусев В.Э., Здаяов В.В., Петросян Е.Р., Теленков С.Л. елинейнкй фотоанустическнй эффект на границе полупроводняк-адквй гелий V Ахуст. журн., 1990, т.36, в.5, с.935-937 . Guse7 V.E., Zhdanov B.V., Telenkov S.A. Nonlinear photoefiecl .t the boundary ol semiconductor and. liquid helium // Conference igest ol 7-th. International topical meeting on photoacoustlc and hotothexral phenorsena, Doorwerth. The Netherlands, 1991 9. Gurev .E., Zhdanov B.V., TeLenkov S.A. Nonlinear photoeliect at the orndary oi cemiconductor and liquid helium // Photoacoustlc and hotothensal Phencjrtena 111, Edited by B.D.Bicaaic, Springer eries in Optical Sciences, 1992, r.69, p.£57-299

10, Telenter s., z&ang M., Gusav y. Pl&zoexcitation o1 Rayleigh-iype acouaîlc «raves by near-euriace absorption oi laser puisée // Âppl. Phys, Lett.j 1992,?.60,n.T.p,812-814

! 5. ïelenkoy S., Zhang X., Gisse? V. Piegoexcitation of Rayleigh-type acoustic vzv&s by nfar-suriace absorption oi laser puises // Proc. 14-th Internat ional Congress on Acousticc, Esi.liîigj China, 1932, v.A/Banû l, ài-È

12. ïaleruco7 S.A, Gusev V.E. Excitatioa oî Kayleigh-type acoustic saves in piezoelectric crystal CdSo.5SSe0.42 ift^ced absorption oî laser pulses. // "Ultrasonics International'93, Ceniereace and Exibition" 6-8 July 1993, Vienna, Austria, p. 270-2.71 ,

13. ïelenKov S.A, Gusev V.E. Excitation oi Rayleigh-type acoustic eaves in piezoelectric CoSSe crystal induced by absorption oî laser pulses // (ilpucwra k nyô.sr;:3UKïï b J.Appl.Pfcys.» July 1993)