OSOBENNOSTI PEREKhODA DIELEKTRIChESKOY PRONITsAEMOSTI V OBLAST' OTRITsATEL'NYKh ZNAChENIY V LEGIROVANNOM KREMNII V TERAGERTsEVOM DIAPAZONE SPEKTRA PRI VOZDEYSTVII SIL'NYKh ELEKTRIChESKIKh POLEY

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Представлены результаты экспериментальных исследований перехода диэлектрической проницаемости легированного кремния n-типа в отрицательную область значений в терагерцевом спектральном диапазоне при воздействии электромагнитной волны с амплитудой электрического поля до 9 МВ/см. Экспериментально показано, что при напряженности электрического поля ~100 кВ/см в спектре коэффициента отражения наблюдается минимум, обусловленный равенством частоты источника ТГц-излучения и плазменной частоты, при котором действительная часть диэлектрической проницаемости кремния становится отрицательной. При увеличении напряженности электрического поля свыше 1 МВ/см переход диэлектрической проницаемости в область отрицательных значений определяется концентрацией носителей, частотой электронных столкновений и не зависит от частоты этой волны. При этом минимум в коэффициенте отражения исчезает, и коэффициент отражения остается практически постоянным во всем исследуемом спектральном диапазоне от 0.8 до 2.5 ТГц. В этом случае действительная часть диэлектрической проницаемости переходит в область отрицательных значений при равенстве плазменной частоты и частоты электронных столкновений.

References

  1. Leitenstorfer A., Moskalenko A.S., Kampfrath T., Kono J., Castro-Camus E., Peng K., Qureshi N., Turchinovich D., Tanaka K., Markelz A.G., Havenith M., Hough C., Joyce H.J., Padilla W.J., Zhou B., Kim K.Y., Zhang X.C. et al. The 2023 Terahertz Science and Technology Roadmap // J. Phys. D. Appl. Phys. 2023. V. 56. № 22. P. 223001.
  2. Shekhar S., Bogacrts W., Chrostowski L., Bowers J.E., Hochberg M., Soref R., Shastri B.J. Roadmapping the Next Generation of Silicon Photonics // Nat. Commun. 2024. V. 15. № 1. P. 751.
  3. Ducournau G. Silicon Photonics Targets Terahertz Region // Nat. Photonics. 2018. V. 12. № 10. P. 574.
  4. Xie J., Ye W., Zhou L., Guo X., Zang X., Chen L., Zhu Y. A Review on Terahertz Technologies Accelerated by Silicon Photonics // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 7. P. 1646.
  5. Koch M., Mittleman D.M., Ornik J., Castro-Camus E. Terahertz Time-domain Spectroscopy // Nat. Rev. Methods Prim. 2023. V. 3. № 1. P. 48.
  6. Van Exter M., Grischkowsky D. Carrier Dynamics of Electrons and Holes in Moderately Doped Silicon // Phys. Rev. B. 1990. V. 41. № 17. P. 12140.
  7. Sokolowski-Tinten K., von der Linde D. Generation of Dense Electron-hole Plasmas in Silicon // Phys. Rev. B. 2000. V. 61. № 4. P. 2643.
  8. Sokolowski-Tinten K., Bialkowski J., von der Linde D. Ultrafast Laser-induced Order-disorder Transitions in Semiconductors // Phys. Rev. B. 1995. V. 51. № 20. P. 14186.
  9. Sabbah A.J., Riffe D.M. Femtosecond Pump-probe Reflectivity Study of Silicon Carrier Dynamics // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. № 16. P. 165217.
  10. Tanaka K., Hirori H., Nagai M. THz Nonlinear Spectroscopy of Solids // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. V. 1. № 1. P. 301.
  11. Chefonov O.V., Ovchinnikov A.V., Romashevsky S.A., Chai X., Ozaki T., Savelev A.B., Agranat M.B., Fortov V.E. Giant Self-induced Transparency of Intense Few-cycle Terahertz Pulses in n-Doped Silicon // Opt. Lett. 2017. V. 42. № 23. P. 4889.
  12. Chefonov O.V., Ovchinnikov A.V., Agranat M.B., Fortov V.E., Ejmenko E.S., Stepanov A.N., Savelev A.B. Nonlinear Transfer of an Intense Few-cycle Terahertz Pulse Through Opaque n-Doped Si // Phys. Rev. B. 2018. V. 98. № 16. P. 165206.
  13. Hirori H., Shinokita K., Shirai M., Tani S., Kadoya Y., Tanaka K. Extraordinary Carrier Multiplication Gated by a Picosecond Electric Field Pulse // Nat. Commun. 2011. V. 2. № 1. P. 594.
  14. Joyce H.J., Boland J.L., Davies C.L., Baig S.A., Johnston M.B. A Review of the Electrical Properties of Semiconductor Nanowires: Insights Gained from Terahertz Conductivity Spectroscopy // Semicond. Sci. Technol. 2016. V. 31. № 10. P. 103003.
  15. Tarekegne A.T., Hirori H., Tanaka K., Iwaszczuk K., Jepsen P.U. Impact Ionization Dynamics in Silicon by MV/cm THz Fields // New J. Phys. 2017. V. 19. № 12. P. 123018.
  16. Zielbauer J., Wegener M. Ultrafast Optical Pump THz-probe Spectroscopy on Silicon // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 68. № 9. P. 1223.
  17. Lloyd-Hughes J., Jeon T.-I. A Review of the Terahertz Conductivity of Bulk and Nano-materials // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2012. V. 33. № 9. P. 871.
  18. Ulatowski A.M., Herz L.M., Johnston M.B. Terahertz Conductivity Analysis for Highly Doped Thin-film Semiconductors // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2020. V. 41. № 12. P. 1431.
  19. Meng F., Thomson M.D., Sernelius B.E., Jörger M., Roskos H.G. Ultrafast Dynamic Conductivity and Scattering Rate Saturation of Photoexcited Charge Carriers in Silicon Investigated with a Midinfrared Continuum Probe // Phys. Rev. B. 2015. V. 91. № 7. P. 075201.
  20. Japanam M.E., Auumkoe C.H., Haanoe A.A., Konauenko A.B., Oswinnikos A.B., Фортос В.Е. Тераптическая фемтосекундная лазерная система на хром-форетерите // Квант. электрон. 2004. Т. 34. № 6. С. 506.
  21. Румянцев Б.В., Пушкин А.В., Сулейманов Д.З., Жидобов Н.А., Потемкин Ф.В. Генерация перестраиваемого мощного малопериодного терагерцового излучения в органических кристаллах при накачке мультигигаваттными чирпированными лазерными импульсами ближнего ИК диапазона на длине волны 1.24 мкм // Письма ЖЭТФ. 2023. Т. 117. № 8. С. 571.
  22. Horii H., Ueda A., Hayashi Y. Optimization of Effective Electron Mass in Strained Silicon Nanosheets // AIP Adv. 2024. V. 14. № 1. P. 15013.
  23. Hoffmann M.C., Hebling J., Hwang H.Y., Yeh K.-L., Nelson K.A. THz-pump/THz-probe Spectroscopy of Semiconductors at High Field Strengths [Invited] // J. Opt. Soc. Am. B. 2009. V. 26. № 9. P. A29.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».