Semiconductor characterization by terahertz radiation pulses

• Main Author: Koroliov, Anton
• Other Authors: ŽURAUSKIENĖ, NERIJA
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Lithuanian Academic Libraries Network (LABT) 2014
• Subjects: Physics; Terahertz; GaAsBi; GaAs nanowires; SESAM; Solar cells; Terahercinė spinduliuotė; GaAs nanovielutės; Saulės elementai
• Online Access: http://vddb.library.lt/fedora/get/LT-eLABa-0001:E.02~2014~D_20140922_141151-18493/DS.005.1.01.ETD

The goal of this dissertation work was to develop pulsed terahertz radiation techniques and use them to study different properties of the semiconductor materials and semiconductor devices. Three groups of materials were investigated: GaAsBi, GaAs nanowires, copper-indium chalcogenide. The used techniques are THz-TDS, optical pump – THZ probe, optical pump – optical probe and THz excitation spectral measurements. The main results that were presented in this dissertation are the following: thermal annealing has resulted in the shortening of electron lifetime in GaAsBi to picosecond values, which is important achievement for the application of this material in THz range components. In GaAsBi layers with larger than 10% Bi content absorption bleaching recovering on the picosecond time scale and its saturation can be realized when the wavelengths of the optical signals are as long as 1600 nm. The results of these studies can be applied in the production of SESAM with bismide absorption layer. The samples with GaAs nanowires emit THz radiation several times better than the bulk GaAs substrates due to enhanced light absorption because of localized surface plasmon resonances in GaAs nanowires. THz emission efficiency from thin copper-indium chalcogenide layers strongly depends on their stoichiometry and on the parameters of the top transparent contact layers, thus it can be used for the mapping of built-in electric fields in solar cells made from these layers. === Šio darbo tikslas buvo susipažinti su terahercinių impulsų generavimo ir detektavimo būdais, įsisavinti įvairias terahercinių impulsų panaudojimo metodikas bei pritaikyti jas puslaidininkių medžiagų ir puslaidininkinių prietaisų tyrimui. Buvo tirtos trys medžiagų grupės: GaAsBi, GaAs nanovielutės ir Cu – In chalkogenidai. Tyrimui buvo naudojamos: THz – TDS, optinio žadinimo – THz zondavimo, optinio žadinimo – optinio zondavimo bei THz sužadinimo spektroskopijos metodikos. Pagrindiniai rezultatai aprašyti disertacijoje yra šie: GaAsBi bandinių atkaitinimas stipriai sumažino krūvininkų gyvavimo trukmes, kas yra naudinga THz komponentų gamyboj. Optinio praskaidrėjimo efektas ir pikosekundžių eilės krūvininkų gyvavimo trukmės GaAsBi epitaksiniuose sluoksniuose su 10% ir daugiau Bi atomų stebimas žadinant juos optine spinduliuote, kurios bangos ilgiai siekia iki 1600 nm. Šios GaAsBi bandinių savybės leidžia juos priakyti įsisotinančių sugėriklių veidrodžių gamyboje. Bandiniai su GaAs nanovielutėmis emituoja THz spinduliuotę kelis kartus geriau nei GaAs padėklas, dėl padidėjusios sugerties, kurią skatina paviršinių optinių plazmonų rezonansai GaAs nanovielutėse. THz emisijos efektyvumas iš Cu-In chalkogenidų sluoksnių stipriai priklauso nuo jų stechiometrijos ir viršutinio skaidraus kontakto parametrų, ir gali būti naudojamas saulės elementų, pagamintų šių sluoksnių pagrindu, vidinių elektrinių laukų tyrimui.