Оптические свойства и электронная структура неметаллов: моделирование интегральных спектров элементарными полосами. Том 2

Аннотация

Монография посвящена теории электронной структуры и спектроскопии переходов неметаллов в широкой области энергии фундаментального поглощения. Обобщены данные многочисленных методов определений спектров полных комплексов оптических фундаментальных функций в широкой области энергии по экспериментальным спектрам только одной или двух из них. Особенно детально рассмотрены два случая: 1) применение соотношений Крамерса-Кронига при наличии экспериментального спектра отражения в широкой области энергии, 2) применение аналитических формул связи между оптическими функциями при наличии экспериментальных эллипсометрических данных в ограниченной области энергии. Предложены апробированные методы расчетов комплексов оптических функций, т. е. методы решения первой фундаментальной задачи спектроскопии.
Вторая часть посвящена многочисленным методам воспроизведения интегральной спектральной кривой наборами полос с большим количеством подгоночных параметров, примененных для многих конкретных материалов и используемых до сих пор. Рассмотрен беспараметрический метод разложения спектров диэлектрической проницаемости и объемных характеристических потерь энергий электронов на элементарные полосы и определение основных параметров полос на основе метода объединенных диаграмм Арганда, который успешно многократно апробирован.
Монография предназначена для научных работников и инженеров, работающих в области физики конденсированных сред и материаловедения, а также преподавателей, аспирантов, студентов университетов.

Содержание

Введение

ГЛАВА 1. Фундаментальные оптические функции
1.1. Фундаментальные оптические функции (в случае нормального падения света из вакуума (воздуха) на плоскую зеркальную поверхность вещества)
1.2. Уравнения Максвелла. Формулы Френеля
1.3. Отражение от анизотропных сред
1.4. Влияние шероховатости на отражение

ГЛАВА 2. Экспериментальные методы измерения оптических функций
2.1. Методы измерения R и α[1—8,31—44]
2.2. Методы измерения показателя преломления
2.3. Методы определения n и k сильно поглощающих материалов по параметрам отраженного света
2.4. Методы определения характеристических потерь электронов
2.5. Методы определения остальных, кроме R и −Im ε-1, оптических функций в широкой области энергии

ГЛАВА 3. Методы расчетов мнимой части комплексной спектральной функции по известной ее реальной компоненте или наоборот — методы расчетов реальной части функции по известной ее мнимой части (особенно метод интегральных соотношений Крамерса-Кронига)
3.1. Вывод дисперсионных соотношений по Фрелиху [86]
3.2. Соотношения между ε1 и ε2 по Моссу [1]
3.3. Причинность и дисперсионные соотношения
3.4. Дисперсионные соотношения по работе [32]
3.5. Нарушения соотношений Крамерса-Кронига для диэлектрической проницаемости .
3.6. Правила сумм

ГЛАВА 4. Графические зависимости между оптическими функциями
4.1. Спектры k(n) при различных R [1]
4.2. Зависимости: n® при различных фазах; k, ε1, ε2 от фазы при различных R; R(n) при различных k и R(k) при различных n (рис. 13–15)
4.3. Графически-геометрические методы определения оптических функций по экспериментальному спектру отражения [118–125]

ГЛАВА 5. Методы расчетов оптических функций с помощью соотношений Крамерса-Кронига в случае нормального падения света
5.1. Особенности применений дисперсионных соотношений Крамерса-Кронига при отражении от тонких диэлектрических слоев [157–159]
5.2. Расчет коэффициента преломления в области длинноволнового края поглощения [161]
5.3. Инверсные методы в инфракрасной спектроскопии [162]
5.4. Корректировка фазы отражения в расчетах спектров поглощения полуметаллических силицидов [163]
5.5. Анализ дисперсионных соотношений и их применение в работах [150–153, 179–182]
5.6. Случай изолированных систем полос

ГЛАВА 6. Анализ погрешностей расчетов оптических функций с использованием соотношений Крамерса-Кронига
6.1. Погрешность фазы ΔΦ(ω0), коэффициента отражения, определяемой по соотношениям Крамерса-Кронига
6.2. Влияние поверхностной посторонней пленки

ГЛАВА 7. Соотношения Крамерса-Кронига для наклонных углов падения света

ГЛАВА 8. Характеристические поверхностные потери электронов и соотношения Крамерса-Кронига

ГЛАВА 9. Другие методы расчетов оптических функций, математически эквивалентные методу соотношений Крамерса—Кронига

ГЛАВА 10. Формы спектров оптических функций
10.1. Контуры оптических функций полосы простейшей одноосциляторной модели
10.2. Основные типы контуров полосы ε2
10.3. Спектры оптических функций веществ сложного состава, в том числе некристаллических, в ограниченной области энергии
10.4. Модель Друде
10.5. Форма полосы отражения
10.6. Формы экситонных полос поглощения и отражения
10.7. Резонансная интерференция экситонов со сплошным фоном

ГЛАВА 11. Методы воспроизведения интегральной спектральной кривой набором элементарных компонент
11.1. Статистические методы обработки суммарного вклада полос компонент и определения параметров полос компонент
11.2. Классический дисперсионный анализ сложных фононных спектров
11.3. Дисперсионный анализ сложных фононных спектров на основе модели нулей и полюсов диэлектрической проницаемости
11.4. Дисперсионный анализ сложных фононных спектров некристаллических материалов
11.5. Применение дисперсионных формул для описания спектра показателя преломления

ГЛАВА 12. Результаты воспроизведения экспериментальных интегральных спектров диэлектрической проницаемости и отражения подгоночными параметрами наборов элементарных полос
12.1. Введение
12.2. Алмаз С
12.3. Кремний Si
12.4. Германий Ge
12.5. Карбид кремния SiC
12.6. Арсенид галлия GaAs
12.7. Арсенид алюминия AlAs и AlxGa1−xAs
12.8. Фосфид галлия GaP
12.9. Фосфид индия InP
12.10. Арсенид индия InAs
12.11. Антимонид алюминия AlSb
12.12. Антимонид галлия GaSb
12.13. Антимонид индия InSb
12.14. Оксид цинка ZnO
12.15. Селенид цинка ZnSe
12.16. Теллурид цинка ZnTe
12.17. Сульфид кадмия w-CdS
12.18. Селенид кадмия CdSe
12.19. Теллурид кадмия CdTe, Сd1-xZnxTe, Hg1-xZnxTe, HgxСd1-xTe
12.20. Селенид свинца PbSe и сульфид свинца PbS, теллурид олова SnTe и Pb1-xSnxTe
12.21. Оксид магния MgO, кварц SiO2 и сапфир Al2O3
12.22. Сложные сплавы и аморфные полупроводники

ГЛАВА 13. Беспараметрический метод разложения интегральных спектров диэлектрической проницаемости и характеристических потерь электронов на элементарные компоненты. Определение основных параметров компонент
13.1. Диаграмма Арганда
13.2. Форма полос ε2(E), ε1(E) и диаграммы Арганда в зависимости от параметров лорентциана
13.3. Метод объединенных диаграмм Арганда
13.4. Разложение спектров ε2 и −Im ε-1 флюорита

Литература