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研究生: 蔡竣揚
Chun-Yang Tsai
論文名稱: 以表面二次諧波分析銀膜鍍於GaAs晶片上之殘存應力
The second harmonic detection of the stress remnant on GaAs substrates deposited with metal films
指導教授: 呂助增
Juh-Tzeng Lue
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 91
中文關鍵詞: 二次諧波非線性光學應力砷化鎵銀薄膜
外文關鍵詞: second harmonic generation, nonlinear optical, stress, GaAs, silver
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  • 利用單色光子做為探針不僅不會對物體產生破壞,可隨時檢測不需抽真空,並具有高度的時間與空間的辨識率。而二次諧波在表面的分析手法正是其中一種。

    本研究主要利用二次諧波在徑向分佈來檢測成長於GaAs(100)基板之銀薄膜其介面所殘存的微小應力。現今金屬與半導體接觸在元件的製作上是個重要的課題,若能有效的利用二次諧波來檢測介面應力,則能改善金屬膜與半導體接觸的品質,也可判定金屬材料是否和半導體塊材匹配,此將會是一個值得研究的課題。選用銀材料鍍於GaAs(100)基板主要來自於銀和GaAs(100)所產生的二次諧波強度都很大,且銀擁有很好的導電性質,而GaAs為直接能隙之半導體且具有很高的載子遷移率,其在光電元件和高頻元件上應用廣泛。

    從實驗發現鍍於GaAs(100)基板的銀薄膜以入射基頻光、反射二次諧波的不同偏振組合觀察到有不對稱的方位角二次諧波強度分佈情形,此情形主要來自於介面應力所造成。應力的產生主要取決於銀和GaAs(100)介面的晶格常數不匹配使得介面產生了大量電偶極的結果。而這個現象在銀薄膜經由真空快速熱退火形成銀顆粒後,觀察不同偏振下方位角的反射二次諧波結果中獲得證實。

    實驗中除了分析應力外,也對真空快速熱退火後所形成之顆粒所造成的二次諧波現象做一些探討,此外我們也更精確的修正了金屬膜和半導體在方位角上二次諧波強度分佈的理論公式。


    摘要………………………………………………………………………I 致謝………………………………………………………………………II 目錄………………………………………………………………………IV 圖片索引………………………………………………………………VII表格索引…………………………………………………………………XI 第一章 緒論 1.1 前言…………………………………………………………………1 1.2 研究動機……………………………………………………………2 1.3 論文架構……………………………………………………………2 第二章 二次諧波產生的基本理論 2.1 非線性光學…………………………………………………………4 2.2 非線性極化率………………………………………………………5 2.2.1 簡介………………………………………………………………5 2.2.2 非簡諧振盪子模型………………………………………………6 2.2.3 非線性極化率張量………………………………………………8 2.3 二次諧波的產生……………………………………………………10 2.3.1 耦合波動方程式…………………………………………………10 2.3.2 耦合波動方程式之通解…………………………………………14 2.3.3 反射式二次諧波的電場強度……………………………………21 第三章 多晶金屬和GaAs及應力的二次諧波 3.1多晶金屬的二次諧波………………………………………………23 3.1.1金屬限制電磁波傳播深度的因素………………………………23 3.1.2金屬二次諧波產生的原因………………………………………24 3.2 GaAs產生的二次諧波……………………………………………26 3.2.1 GaAs的二次諧波來源…………………………………………26 3.2.2 GaAs(100)產生SHG在ψ角上的分佈……………………………29 3.3應力所產生的二次諧波. …………………………………………30 3.4 Ag/GaAs(100)上的二次諧波在方位角上的分佈…………………33 第四章 儀器設備與實驗步驟 4.1 儀器與量測設備…………………………………………………35 4.1.1磁控濺鍍系統……………………………………………………35 4.1.2 表面測厚儀α-step……………………………………………38 4.1.3 微掃描式電子顯微鏡(SEM)……………………………………38 4.1.4真空快速熱退火(RTA)………………….………………………41 4.1.5 二次諧波量測設備……………………………………………42 4.2 實驗流程圖………………………………………………………45 4.3 樣品製作…………………………………………………………45 4.3.1 清洗基版………………………………………………………45 4.3.2 薄膜製程………………………………………………………46 第五章 實驗結果與討論 5.1燒毀測試……………………………………………………………48 5.2 系統校正…………………………………………………………50 5.3真空快速熱退火後的樣品表面……………………………………52 5.4整體二次諧波在方位較分佈的理論修正…………………………53 5.5實驗結果……………………………………………………………56 5.6實驗討論……………………………………………………………68 第六章 結論 參考文獻…………………………………………………………………79 附錄A SHG量測硬體……………………………………………………83 附錄B SHG自動量測系統控制程式碼…………………………………84

    第一章
    [1] T. H. Maiman, “Stimulated Optical Radiation in Ruby,”
    Nature 187,493(1960)
    [2] P. Fraken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G.Weinreich,”
    Generation of Optical Harmonics” Phys. Rev. Lett.
    7,118 (1961)
    [3] C. S. Wang, ” Propagation of an Intense Light Beam in
    a Nonlinear Medium” Phys. Rev. 173, 908–917 (1968)
    [4] N. Bloembergen, R. K. Chang, and C.H.Lee,“ Second-
    Harmonic Generation of Light in Reflection from Media
    with Inversion Symmetry”Phys. Rev. Lett. 16, 986–989
    (1966)
    [5] F. Brown, R. E. Parks, and A. M. Sleeper,”Nonlinear
    Optical Reflection from a Metallic Boundary“Phys. Rev.
    Lett.14, 1029 (1965).
    [6] H. Sonnenberg and H. Heffner,”Experimental study of
    optical second-harmonic generation in silver” J. Opt.
    Soc. Am.58, 209(1968)
    [7] N.Bloembergen and P.S.Pershan,”Light Waves at the
    Boundary of Nonlinear Media”Phys. Rev. Lett. 14,1029
    (1965)
    [8] S.S.Jha,”Theory of optical Harmonic Generation At
    Metal Surface”Phys. Rev.140,A2020 (1965)
    [9] H. J. Simon, D. E. Mitchell, and J. G. Watson,”
    Optical Second-Harmonic Generation with Surface
    Plasmons in Silver Films” Phys. Rev. Lett. 33, 1531
    (1974)
    [6] 陳照勗,國立清華大學電子研究所博士論文,(國立清華大學電
    子研究所,2004)
    第二章
    [1] A. Kleinman, Phys. Rev. 126, 1977 (1962)
    [2] J. T. Lue, Nonlinear Optics, (National Tsing Hua
    University Publish, 1998)
    [3] 曾錦清,國立清華大學物理研究所博士論文 ,(國立清華大學物
    理研究所,1988)
    [4] 許家榮,國立清華大學物理研究所碩士論文 ,(國立清華大學物
    理研究所,2006)
    第三章
    [1] J. D. Jackson,” Classical Electrodynamics” (John
    Wiley & Sons, 1998)
    [2] 曾錦清,國立清華大學物理研究所博士論文,(國立清華大學物
    理研究所,1988)
    [3] M.Neviere, E.Popov, R.Reinisch and G.Vitrant ,
    “Electromagnetic Resonances in Nonlinear optics”,
    (Glrdon and Breach Pub, 2000),
    [4] 陳照勗,國立清華大學電子研究所博士論文,(國立清華大學電
    子研究所,2004)
    [5] M. Weber and A. Liebsch, Phys. Rev. B 35, 7411 (1987)
    [6] J.E.Sipe,V.C.SO,M.Fukui,G.I.Stegeman,phys.Rev.B21,4389
    (1980)
    [7] J.E.Sipe,V.C.SO,M.Fukui,G.I.Stegeman,“Second Harmonic
    Generation at Metal Surfaces,”Solid states
    Communication,34,523 (1980)
    [8] C. C. Tzeng, and J. T. Lue,“Nonlinear optical
    generation from noble metals and aluminum films in
    various geometric configurations”Phys. Rev. A 39, 191
    (1989)
    [9] R. W. Boyd ,”Nonlinear Optics”(Academic Press,
    Inc,Boston, 1992)
    [10]Ichizo Yagi, Satoru Idojiri, Tadashi Awatani,†and
    Kohei Uosaki,” Electrodeposition of Flattened Cu
    Nanoclusters on a p-GaAs(001) Electrode Monitored by in
    situ Optical Second Harmonic Generation”,J. Phys.
    Chem. B 109,5021(2005)
    [11] Yamada, C.; Kimura, T.” Rotational symmetry of the
    surface second-harmonic generation of zinc-blende-type
    crystals” Phys.ReV. B: Solid State, 49, 14372. (1994)
    [12] I. L. Lyubchanskii,N. N. Dadoenkova,M. I.
    Lyubchanskii,Th.Rasing,Jae-Woo Jeong and Sung-Chul
    Shin “Second-harmonic generation from realistic film–
    substrate interfaces:The effects of strain” Appl.
    Phy. Letters, 76,1848, (2000)
    [13] 高望碩,國立清華大學光電研究所碩士論文 ,(國立清華大學
    光電研究所,2005)
    第四章
    [1] 呂助增著, “實驗物理方法, ”國立編譯館出,1980
    [2] 呂助增,曾錦清,梁繼勇,”二次諧波光譜儀在半導體表面研究上
    之應用”科儀新知第十四卷第五期(民國82年四月)
    [3] 黃靖雯,國立清華大學物理研究所碩士論文(國立清華大學物理
    研究所,2007)
    第五章
    [1] J.E.Sipe,V.C.SO,M.Fukui,G.I.Stegeman,phys.Rev.B21,4389
    (1980)
    [2] J.E.Sipe,V.C.SO,M.Fukui,G.I.Stegeman,“Second Harmonic
    Generation at Metal Surfaces,”Solid states
    Communication,34,523 (1980)
    [3] 曾錦清,國立清華大學物理研究所博士論文,(國立清華大學物
    理研究所,1988)
    [4] 陳照勗,國立清華大學電子研究所博士論文,(國立清華大學電
    子研究所,2004)
    [13] 高望碩,國立清華大學光電研究所碩士論文 ,(國立清華大學
    光電研究所,2005)

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