Фотонно-кристаллические гибридные структуры опал/Ge2Sb2Te5: получение, структурные и оптические свойства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат наук Яковлев, Сергей Александрович

• Яковлев, Сергей Александрович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Яковлев, Сергей Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Основные условные обозначения и сокращения

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. ФОТОННЫЕ КРИСТАЛЛЫ

1.2. ФОТОННО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

1.3. ХАЛЬКОГЕНИДНЫЕ СТЕКЛООБРАЗНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ СИСТЕМЫ ве-БЬ-Те

1.3.1. Структурные и электронные свойства соединений системы Се-БЬ-Те

1.3.2. Оптические свойства соединений системы Се-БЬ-Те

1.3.3. Эффекты переключения и памяти в соединениях системы Се-БЬ-Те

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ГЛАВА 2. СИНТЕЗ И ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ СВОЙСТВ ПЛЕНОЧНЫХ ОПАЛОВ, ПЛЕНОК Се28Ь2Те5 И ГИБРИДНЫХ СТРУКТУР ОПАЛ/Се28Ь2Те5

2.1. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ОПАЛА

2.2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ае28Ъ2Те5 НА ПОВЕРХНОСТИ ОПАЛА

2.2.1. Метод термического испарения в вакууме

2.2.2. Метод лазерного электродиспергирования

2.3. СТРУКТУРНАЯ ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ СИНТЕЗИРОВАННЫХ ОБРАЗЦОВ

2.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.5. ОПТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ОПАЛОВЫХ ПЛЕНОК

2.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНОК СИНТЕТИЧЕСКОГО ОПАЛА ПО СПЕКТРАМ ОТРАЖЕНИЯ

2.7. ОПТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ПЛЕНОК Ое28Ь2Те5, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ТЕРМИЧЕСКОГО ИСПАРЕНИЯ

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ОТКЛИКА ГИБРИДНЫХ СТРУКТУР ОПАЛ/Се28Ь2Те5

3.1. СПЕКТРЫ ОТРАЖЕНИЯ ГИБРИДНЫХ СТРУКТУР С РАЗЛИЧНОЙ ТОЛЩИНОЙ СЛОЯ Се28Ь2Те5

3.2. СПЕКТРЫ ОТРАЖЕНИЯ ГИБРИДНЫХ СТРУКТУР С РАЗЛИЧНОЙ ТОЛЩИНОЙ ПЛЕНКИ ОПАЛА

3.3. ЗАВИСИМОСТЬ СПЕКТРОВ ОТРАЖЕНИЯ ГИБРИДНЫХ СТРУКТУР ОТ УГЛА ПАДЕНИЯ И ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА

3.4. АЗИМУТАЛЬНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ СПЕКТРОВ ОТРАЖЕНИЯ ГИБРИДНЫХ СТРУКТУР

3.5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.5.1. Аномалии Вуда

3.5.2. Качественный анализ результатов эксперимента

3.5.3. Полуколичественный подход объяснения результатов эксперимента

3.5.4. Взаимодействие аномалии Вуда и 3D брэгговского резонанса

3.6. ЧИСЛЕННЫЙ РАСЧЕТ СПЕКТРОВ ОТРАЖЕНИЯ ГИБРИДНЫХ СТРУКТУР OnAJI/Ge2Sb2Te5

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3

ГЛАВА 4. УПРАВЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИМ ОТКЛИКОМ ГИБРИДНЫХ СТРУКТУР ОПАЛ/Ge2Sb2Te5

4.1. ИЗМЕНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЛЕНОК Ge2Sb2Te5 ПОД ВЛИЯНИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

4.2. УПРАВЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИМ ОТКЛИКОМ ГИБРИДНЫХ СТРУКТУР ОПАЛ/Ое28Ь2Те5 С ПОМОЩЬЮ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

4.3. ВЫСОКОКОНТРАСТНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ УСТРОЙСТВ ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЙ ФАЗОВОЙ ПАМЯТИ НА ОСНОВЕ ГИБРИДНЫХ СТРУКТУР OnAJI/Ge2Sb2Te5

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основные условные обозначения и сокращения

ФК - фотонный кристалл

ХСП - халькогенидный стеклообразный полупроводник

GST - Ge-Sb-Te

GST225 - Ge2Sb2Te5

ID - одномерный

2D - двухмерный

3D - трехмерный

ФЗЗ - фотонная запрещенная зона

СЭМ - сканирующая электронная микроскопия

АСМ - атомно-силовая микроскопия

ГЦК - гранецентрированная

ЛЭД - лазерное электродиспергирование

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Фотонно-кристаллические гибридные структуры опал/Ge2Sb2Te5: получение, структурные и оптические свойства»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

Тематика фотонных кристаллов (ФК) - интенсивно развивающееся направление современной физики конденсированного состояния, оптики и физического материаловедения. Общее количество публикаций по этой теме (включая десятки статей в таких журналах как Nature, Science, Phys. Rev. Lett) приближается к 20000. Основное свойство ФК - существование энергетических запрещенных зон для фотонов. Наличие фотонно-кристаллической зонной структуры позволяет осуществить контроль, управление и модификацию световых потоков внутри ФК и открывает пути их возможных применений в оптоэлектронике и нанофотонике [1].

Одним из эффективных способов управления свойствами ФК является использование для его создания материалов, обладающих фазовым переходом, например, сложных халькогенидов системы Ge-Sb-Te (GST) и их аналогов, уже широко применяемых в настоящее время для создания быстродействующих устройств энергонезависимой фазовой памяти и пороговых переключателей для современных компьютерных технологий [2]. Разработка принципов создания гибридных пленочных структур опал/халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП) и их реализация даст уникальную возможность совместить в едином объекте пространственно-периодическую структуру опала (ФК) со специфическими свойствами халькогенидов, такими как оптическая память, обратимая кристаллизация-аморфизация, фотоиндуцированные структурные трансформации, фотоиндуцированная анизотропия, фотолегирование, сильная оптическая нелинейность и т.д. С одной стороны, исследования подобных структур представляют несомненный интерес для решения фундаментальной проблемы - как необычные свойства сложных халькогенидных полупроводниковых сплавов, определяемые их составом, а также температурными и фотоиндуцированными изменениями структурных

и оптических характеристик, влияют на специфику распространения света в ФК. С другой стороны, изучение подобных структур - путь к созданию новых устройств для управления световыми потоками, работающих по принципу "свет-свет" или "электрическое поле-свет" и характеризуемых высоким быстродействием и большой глубиной модуляции сигналов.

Цель работы.

Целью работы является разработка лабораторной методики синтеза пространственно-периодических пленочных гибридных структур ФК (опал)/ХСП (0е28Ь2Те5-08Т225), экспериментальное и теоретическое исследование особенностей распространения света в таких структурах, а также изучение возможности управления оптическим откликом синтезированных гибридных структур с помощью внешних воздействий.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать методику синтеза фотонно-кристаллических гибридных структур опал/С8Т225, позволяющую создавать однородное по составу и равномерное по толщине покрытие опаловых шаров слоем 08Т225;

2. Исследовать геометрические (пространственный рельеф верхнего монослоя опала, покрытого 08Т225) и структурные (фазовое состояние) свойства исходных и отожженных гибридных структур;

3. Исследовать оптический отклик гибридных структур. Изучить влияние толщины слоя 08Т225, угла падения света и относительной ориентации плоскости падения света к кристаллографическим направлениям ФК на спектры отражения гибридных структур;

4. Развить качественный феноменологический подход, описывающий экспериментальные данные;

5. Изучить возможности управления оптическим откликом фотонно-кристаллических гибридных структур за счет фазовых превращений в слое 08Т225 при воздействии температуры и/или лазерного излучения.

Научная новизна.

1. Предложена и реализована оригинальная концепция управляемых фотонно-кристаллических гибридных структур, в которых в качестве управляемого элемента использовано сложное халькогенидное соединение, обладающее фазовым переходом аморфное-кристаллическое состояние;

2. Исследован оптический отклик фотонно-кристаллических гибридных структур опал/С8Т225 и продемонстрирована важная роль в его формировании дифракционных аномалий (аномалий Вуда), возникающих вследствие резонансной связи между падающим светом и квазиволноводными модами, возбуждающимися в поверхностном слое гибридной структуры.

3. В гибридных структурах опалА58Т225 детально исследована зависимость спектрального положения аномалии Вуда от условий эксперимента (угла падения света; относительной ориентации плоскости падения света к кристаллографическим направлениям ФК), геометрических параметров структур (толщины слоя 08Т225) и диэлектрических констант слоя 08Т225;

4. Развит оригинальный феноменологический подход, учитывающий частотную дисперсию квазиволноводных мод, который дает возможность наглядно интерпретировать результаты эксперимента. Получено аналитическое выражение, позволяющее количественно описать зависимости положения аномалии Вуда от толщины слоя 08Т225 и угла падения света.

5. Показана возможность управления оптическим откликом гибридных структур опалЛ38Т225 с помощью стимулированного температурой и/или лазерным излучением изменения фазового состояния слоя 08Т225.

Практическая значимость.

Пленочные фотонно-кристаллические гибридные структуры опал/С8Т225, синтезированные и исследованные в настоящей работе, могут служить основой для создания прототипов элементов (ячеек памяти, мультиплексоров, модуляторов, коммутаторов) для нового поколения

оптических микрочипов, отличающихся высоким быстродействием, долговременной стабильностью характеристик, малым энергопотреблением.

Основные положения^ выносимые на защиту.

1. Разработанный метод термического испарения в вакууме объемного халькогенидного соединения Се2ЗЬ2Те5 позволяет создавать пленочные фотонно-кристаллические гибридные структуры опал/Ое28Ь2Те5, в которых слой ОегЗЬгТез покрывает поверхность пленки опала однородно по составу и равномерно по толщине, повторяя рельеф верхнего монослоя гексагонально-упорядоченных шаров аморфного БЮг, формирующих опаловую пленку.

2. Оптический отклик фотонно-кристаллической гибридной структуры опал/Ое28Ь2Те5 на воздействие электромагнитного излучения формируется комбинацией следующих процессов: 1) брэгговской дифракцией света на периодической системе плоскостей трехмерного фотонного кристалла; 2) брэгговской дифракцией света на двухмерно-упорядоченной поверхности гибридной структуры; 3) аномалиями Вуда, возникающими при резонансе между падающим излучением и квазиволноводными модами в поверхностном слое гибридной структуры; 4) интерференцией Фабри-Перо на всей толщине пленочной гибридной структуры.

3. Наблюдаемые в эксперименте особенности спектрально-угловых зависимостей аномалии Вуда в фотонно-кристаллической гибридной структуре опал/Ое28Ь2Те5, а именно, сдвиг максимумов в длинноволновую сторону по мере увеличения угла падения света и толщины слоя Ое28Ь2Те5 и выполаживание спектрально-угловой зависимости с ростом толщины слоя Се28Ь2Те5 адекватно описываются теоретической моделью, учитывающей вид дисперсии квазиволноводных мод и включающей два параметра (эффективный показатель преломления (п*) волноводного слоя гибридной структуры и величину поперечной компоненты волнового вектора (к2) квазиволноводной моды).

4. Индуцированный внешним воздействием фазовый переход аморфное-кристаллическое состояние в пленке Се28Ь2Те5 контролирует

интенсивность и спектральное положение аномалии Вуда, превращая гибридную структуру опал/Се28Ь2Те5 в элемент с высоким оптическим контрастом для управления световыми потоками.

Достоверность и надежность полученных результатов обеспечивается использованием хорошо проверенных экспериментальных методик и теоретических методов анализа и подтверждается согласованностью количественных расчетов с полученными и известными из литературы экспериментальными данными, а также с общепринятыми теоретическими представлениями.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на следующих научных конференциях: VII Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники», С.-Петербург, 2010; I Международного симпозиума «Физика межфазных границ и фазовые переходы», Ростов-на-Дону, 2011; Конференции по физике и астрономии для молодых ученых Санкт-Петербурга и Северо-запада "Физика. СПб", С.Петербург, 2011; Международной зимней школе по физике полупроводников, Зеленогорск, 2012; Всероссийской молодежной конференции «Опалоподобные структуры», С.-Петербург, 2012; VIII Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники», С.-Петербург, 2012; Российской молодежной конференции по физике и астрономии "Физика. СПб", С.-Петербург, 2012; 21th Int. Symp. «Nanostructures.'Physics and Technology», С.-Петербург, 2013; XI Российской конференции по физике полупроводников, С.-Петербург, 2013.

Победитель конкурса инновационных проектов по программе «У.М.Н.И.К.», С.-Петербург, 2012.

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 4 статьях в журналах, рекомендованных ВАК, и 11 трудах и тезисах докладов на конференциях.

Личный вклад автора. Автор диссертации принимал участие в постановке целей и задач работы, конструировании экспериментальной установки и изготовлении образцов для исследований, проведении оптических исследований, обработке и интерпретации экспериментальных результатов, написании научных статей в составе авторского коллектива и подготовке их к опубликованию, представлял доклады по теме работы на конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 161 страницы машинописного текста, включая 82 рисунка и 1 таблицы. Список литературы содержит 140 ссылок.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Фотонные кристаллы

Концепция ФК была сформулирована в пионерских публикациях Е. Яблоновича [3] и С. Джона [4] и получила дальнейшее развитие в работах [59]. Она основывается на аналогии между электронами в периодическом потенциале кристаллической решетки и электромагнитными волнами в среде с периодически модулированной диэлектрической проницаемостью. Вместе с тем следует подчеркнуть, что впервые возможность управления спонтанным излучением атомов, находящихся в периодической среде с сильной модуляцией диэлектрических констант, была показана в теоретической работе нашего соотечественника В. П. Быкова [10].

Детальному описанию свойств одномерных (Ш), двумерных (2Б) и ЗБ ФК посвящено большое количество прекрасных монографий, вышедших в последние годы [1, 11-14]. Здесь мы ограничимся основными сведениями о ФК, необходимыми для изложения конкретных результатов диссертационной работы.

Отклик вещества на воздействие электромагнитных волн описывается его диэлектрической проницаемостью е и магнитной восприимчивостью ¡л. Диэлектрическая проницаемость в общем случае комплексная величина е=е'+е". Ее действительная часть е' описывает преломляющие свойства вещества и часто представляется показателем преломления. Мнимая часть е описывает диссипативное затухание интенсивности волны при поглощении. В большинстве материалах поглощение пренебрежимо мало, и £=£'. Кроме того, частотная зависимость е' также незначительна в широком диапазоне частот, и е'(со) является приближенно диэлектрической постоянной, обозначаемой просто как е. Материалы считают не магнитными, когда ^=1 и не зависит от пространственных координат.

Главное сходство между фотонным и электронным кристаллами - это их трансляционная симметрия. ФК должны удовлетворять требованиям

периодической модуляции их диэлектрических свойств с в пространстве. Простой способ реализации ФК - взять материал с диэлектрической проницаемостью 81, периодически удалить из него часть объема, и заполнить его материалом с другой диэлектрической проницаемостью 82 ф В итоге получим диэлектрический контраст Несмотря на то, что воздух имеет низкое значение £=1, ФК может быть сформирован, периодически удалив часть материала с диэлектрической проницаемостью е>1.

ФК должен иметь период соизмеримый с длиной электромагнитной волны (обычно от микроволнового до видимого диапазона).

Одна из характеристик фотоно-кристаллических структур -коэффициент заполнения {. Эффективная диэлектрическая проницаемость ФК можно записать как е=Б/+е2(1-$, где / обозначает относительную долю объема, занимаемого средой с диэлектрической проницаемостью £], а (1-[) -доля объема, приходящаяся на среду с диэлектрической проницаемостью 82.

На рис. 1.1 (а) изображена примитивная ячейка структуры ФК, состоящая из сферических атомов, расположенных в узлах объемной кубической решетки. Полная структура ФК может быть получена трансляцией элементарной ячейки вдоль векторов (рис. 1.16)

гЦрй+^+й, (1.1)

где х,у,г - векторы примитивных трансляций, а к - произвольные целые числа.

Определение и классификация типов фотоно-кристаллических решеток принимается из кристаллографии. Обратная решетка ФК с векторами примитивных трансляций определена в обратном пространстве по аналогии с физикой твердого тела:

_ 2 л* г_ _ 2 л- х- -л - 2яг г_ g\ = -.г-, -.п^хг], 82 = -г-. Лгххи 83 = -г- -л1ххУ\' х[ухг\ х\ухг\ х\ухг\

сшжж

Щтт

Рис. 1.1. (а) Схематичные изображения 30 кубического ФК: примитивная ячейка сферических диэлектрических "атомов", имеющих е2 и расположенных в узлах решетки в среде с е, Ф е2 и (б) расширенная кубическая ЗЭ решетка.

Кроме ЗО ФК, существуют также Ш и 2Э ФК на подобие тех, что изображены на рис. 1.2. В этих структурах дискретная трансляционная симметрия существует только вдоль одной (рис. 1.2а) или двух (рис. 1.26) координатных осей. В других направлениях трансляционная симметрия является непрерывной, т.е. среда однородна.

Ш

Щ :

■

: ;

Мганг I I

б)

I

Рис. 1.2. Примеры Ш и 2Б ФК: (а) Ш слоистая структура чередующихся слоев с различными диэлектрическими проницаемостями, периодичность только вдоль оси 2 и (б) квадратная 2Т) решетка диэлектрических столбиков, периодичность вдоль х-у и однородная вдоль направления г.

Если электромагнитная волна с длиной волны Я падает на ФК, то периодичность слоев с разными диэлектрическими проницаемостями будет

проявляться в многократном рассеивании и дифракции. Интерференция между областями рассеивания может быть усиливающей или ослабляющей, также как и в случае рентгеновских лучей в твердых телах.

Широко известное условие Брэгга [15] описывает полное отражение рентгеновских лучей в периодическом кристалле щтЛ = 2(Лътв, где в - угол падения света. Это условие также применяют для электромагнитных волн в

Понять природу ФЗЗ можно, сравнивая уравнения, определяющие распространение электромагнитных волн и электронов.

Распространение электромагнитных волн описывается уравнениями Максвелла. Можно показать, что уравнения Максвелла могут быть преобразованы в следующие выражения для гармонических магнитных мод:

где V(ir) - потенциал, т - масса и у/{7) - волновая функция частицы. Уравнения (1.2) и (1.3) имеют одинаковую структуру. Это позволяет нам ожидать сходства в явлениях, которые они описывают.

С учетом того, что среда, в которой распространяются электроны или электромагнитная волна, описывается V(r) и s(a>,r), соответственно, можно наглядно рассмотреть переход от пространственно однородной к периодической среде в обоих случаях. Для свободных электронов (F(r) = const) решениями уравнения Шредингера являются плоские волны y/k(r,co,t) = i//0 exp(i(kr-a)t)),

где к - волновой вектор <\к\ = к = 2л! X). Их дисперсионная зависимость

(зависимость энергии электрона Е/е от волнового вектора к) - гладкая и описывается квадратичным законом:

ФК.

Vx-i-V xHa){r) = o32H{r). s{r) J

Распространение электрона описывается уравнением Шредингера:

(1.2)

(1.3)

h2 9

E fe(k) = hco(k) = -—к . (1.4)

J 2m

Эта зависимость показана на рис. 1.3(a).

Для электромагнитных волн в изотропной среде ( e(r) = const) уравнение (1.1) имеет решения плоской волны: Ек (г, со, t) = Eq exp(i(kr - cot)).

В этом случае, дисперсионная зависимость является также

непрерывной, но описывается линейным законом (рис. 1.36):

ск 0} = -=,

Js

где с — скорость света.

Следующим шагом необходимо ввести периодическую модуляцию в окружающей среде для электронов и электромагнитных волн и сравнить результирующие электронные и фотонные состояния. В обоих случаях периодичность может быть описана следующими условиями:

V(?+f) = V(r), S(r+T) = £(r),

где вектор трансляций определяется уравнением (1.1). Для электронов в периодическом кристалле блоховские состояния, являющиеся решением уравнения (1.3), описываются как Wk (?)к ехР(йг)ик (г), иk(r+f) = ик (г),

где функция ик{7) - показывает периодичность потенциала V(r). Таким образом, электронные состояния в кристалле - это плоские волны, промодулированные периодической функцией (V(r)). Из сходства между уравнениями (1.2) и (1.3) можно сделать вывод, что магнитные моды электромагнитного поля в периодическом ФК — это тоже блоховские состояния.

Свойства блоховских состояний общеизвестны из физики твердого тела. Ниже — коротко суммируются эти результаты для идеального 1D кристалла (V(r) = V(x)) с периодом решетки а, и проводится аналогия для похожего 1D ФК (e(r) = s(x)). Пространственные профили изменения

атомного потенциала и диэлектрической проницаемости в обеих системах изображены на рис. 1.3 (в) и (г) соответственно. В приближении почти свободных электронов электронная дисперсия имеет вид: Е(к) = ТмЖк) = Е/е+ АЕ(к),

где первый член соответствует дисперсии свободных электронов (1.4), а АЕ(к) - энергетическая поправка, которая возникает из-за электронного возмущения периодическим потенциалом.

а а а а

Рис. 1.3. (а) Дисперсионные зависимости для свободных электронов и (б) электромагнитных волн в изотропной среде, в обоих случаях отмечены сплошными линиями, (в) Схематическое изображение одномерного периодического потенциала V(r) и (г) периодической диэлектрической проницаемости е(х). Дисперсионные зависимости для электронов и электромагнитных волн видоизмененные из-за периодичности изображены на рис. (а) и (б) пунктирными линиями. Свернутое ^-пространство в первую зону Бриллюэна и изображение энергетических зон в этой области для электронов (д) и электромагнитных волн (е).

Поправка на возмущение АЕ(к) исчезает при к=0, но становится существенной при kt ->я(2я7а), i=l,2... Значения к\ отмечают границы различных зон Брюллиэна в обратном пространстве. Видоизмененная дисперсия с включенной в нее поправкой схематически изображена на рис. 1.3(a) пунктиром: появляются запрещенные энергетические зоны. Таким образом, электроны с энергиями, лежащими в области запрещенных зон, не могут существовать в кристалле. Периодичность кристалла в реальном пространстве приводит к периодической зависимости Е(к) с периодом 2л/а в обратном пространстве: дисперсионные зависимости сворачиваются в первую зону Бриллюэна ([-7г/а;тг/а]) так, как показано на рис. 1.3(д).

Для электромагнитных волн приближение эквивалентное приближению почти свободных электронов получается при подстановке блоховских электромагнитных волн в уравнение (1.2), и дает зависимость Е(к). На рис. 1.3(6) схематично изображена эта зависимость. Также как и в случае электронов, дисперсионные зависимости больше не являются гладкими: в них появляются запрещенные энергетические зоны, или ФЗЗ при

Периодичность ФК сворачивает дисперсионные зависимости в первую зону Бриллюэна ([-к/а;п/а\) в обратном пространстве, как показано на рис. 1.3(e). Существование электромагнитных состояний с энергиями, попадающими в ФЗЗ, невозможно, и такие волны при падении на фотонную структуру отразятся от нее. Этот механизм отражения света широко используется в брэгговских зеркалах, которые, фактически, являются набором чередующихся диэлектрических слоев с различными значениями коэффициентов преломления. Толщина этих слоев равна четверти длины волны. Обычное объяснение почти 100% способности отражения брэгговскими зеркалами волн в некотором диапазоне длин волн (стоп-зона) основывается на ослабляющей интерференции между волнами, многократно отраженных от внутренних границ слоев. С другой стороны, стоп-зоны можно понимать, как проявление 1D ФЗЗ.

Эта картина, более того, может быть распространена для 2В и ЗБ случаев, где и дисперсия электронов, и дисперсия фотонов показывают более сложные зависимости Е(к) с разрешенными энергетическими зонами: одна или более запрещенных зон может разделять разрешенные зоны. Это проиллюстрировано на рис. 1.4(а) и (б), которые показывают электронную ЗБ зонную диаграмму для ваАэ и электромагнитную зонную диаграмму для яблоновита, представляющего собой гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку миллиметровых отверстий, высверленных в материале с высоким показателем преломления (подробнее см. ниже). В обоих случаях, энергетические диаграммы представлены для первой зоны Бриллюэна вдоль главных кристаллических направлений соответствующих кристаллов. На рисунках отчетливо видны запрещенные зоны. Схожесть между картинами дисперсии электронных и фотонных кристаллов показывает, что периодическая модуляция е(г) подавляет электромагнитные моды с энергиями, попадающими в область ФЗЗ, и отражает их без потерь, связанных с электромагнитным поглощением. Из рис. 1.4(6) видно, что моды с энергиями, попадающими в область ФЗЗ, будут отражены ФК независимо от их волновых векторов и угла падения.

Vteve vector

Г/г Уг Щ [СЩ 1«Ч

Vteve vector

Рис. 1.4. (а) Электронная зонная диаграмма ОаАэ [16] и (б) фотонная зонная диаграмма яблоновита [17].

Как уже было упомянуто, ФК могут обладать стоп-зонами и полной ФЗЗ. Наличие полной ФЗЗ означает, что в некотором спектральном диапазоне электромагнитные волны любой поляризации не могут ни войти в кристалл, ни выйти из него, ни в каком кристаллографическом направлении. Под термином стоп-зона понимается диапазон длин волн, запрещенный для распространения в каком-либо определенном кристаллографическом направлении. ЗБ ФК могут иметь полную ФЗЗ, одну или несколько стоп-зон. Ши 2и ФК характеризуются только наличием стоп-зон.

Первый случай лабораторной реализации ЗБ ФК с полной ФЗЗ в микроволновом диапазоне был осуществлен Е. Яблоновичем [6]. В честь открывателя эта структура была названа яблоновитом. Общая схема получения такого объекта показана на рис. 1.5. Поверхность диэлектрика покрывается маской с треугольной решеткой отверстий, затем в местах их расположения проводится механическое высверливание отверстий в трех направлениях, составляющих угол 35° по отношению к нормали и 120° по отношению друг к другу по азимуту. Пересечение высверленных цилиндрических полостей внутри образца определяет трехмерно-периодическую ГЦК решетку, при этом поверхность образца соответствует плоскости (111), а оси отверстий - направлениям [110]. Такая структура показывает 19% полной ФЗЗ (АЕ/Е-100%, где АЕ - ширина ФЗЗ, Е - энергия, соответствующая центру ФЗЗ) (рис. 1.46).

Первый ЗЭ ФК с полной ФЗЗ, изготовленный в микронном масштабе для света в инфракрасной области, была структура, показанная на рис. 1.6(а). Эта структура была предложена независимо в двух работах [18], [19]. Ее назвали структура типа "поленница". Кристалл типа "поленница" формировался последовательностью диэлектрических "стержней" (обычно прямоугольных) с чередующимися ортогональными ориентациями. Главным преимуществом такой структуры по сравнению с другими ЗБ ФК является то, что она может быть изготовлена как последовательность слоев, осажденных

Рис. 1.5. Метод изготовления яблоновита [1].

Рис. 1.6. (а) Изображение структуры ФК типа "поленница", полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), (б) зонная диаграмма такой структуры с полной ФЗЗ для диэлектрического контраста 13:1[1].

литографическими методами, хорошо развитыми для полупроводниковой электронной технологии. Используя только такой процесс, ФК такого типа изготавливался из кремниевых (е=12) стержней [20], и таким образом была получена ФЗЗ около длины волны 12 мкм. Позднее [21] размер структуры уменьшили в 8 раз, получив ФЗЗ около длины волны 1.6 мкм.

Самая простая структура типа "поленница" - это АВАВ... последовательность, где А - обозначает одну ориентацию стержня; В -обозначает ортогональную ориентацию, но такая последовательность не образует значимую зону. Вместо этого оказывается, что четырехслойная АВСБАВСВ... последовательность лучше. При этом С и Б - слои, обладающие такой же ориентацией, что А и В, но сдвинутые на половину горизонтального расстояния, как изображено на рис. 1.6(а). Зонная диаграмма этой структуры для диэлектрического контраста 13:1 показана на рис. 1.6(6). Она демонстрирует 19.5 % полной ФЗЗ между второй и третьей зоной. Эта структура имеет периодичность ГЦК решетки, в которой каждый "атом" этой решетки заменен пересечением пары ортогональных стержней в направлениях [110] и [ 110].

В настоящее время наибольший интерес представляют ФК, для которых ФЗЗ лежит в видимой (А, ~ 0.4 - 0.7 мкм) или в ближней ИК (X, ~ 1 -1.5 мкм) областях [22-24]. Примером таких материалов являются синтетические опалы.

Также как и ювелирные опалы природного происхождения, синтетические опалы образованы монодисперсными плотноупакованными (74% от общего объема) сферическими частицами аморфного кремнезема (а-8Ю2) (рис. 1.7).

Пространственная решетка опала - ГЦК решетка с единственным сферическим атомом в качестве базиса.

Рис. 1.7. Плотноупакованная ГЦК решетка.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Яковлев, Сергей Александрович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. J.D. Joannopoulos, S.G. Johnson, J.N. Winn, R.D. Meade. Photonic Crystals: Molding the Flow of Light. - Princeton, Princeton University Press, 2008, 304 p.

2. S. Raoux, W. Welnic, D. Ielmini. Phase change materials and their application to nonvolatile memories // Chem. Rev., v.l 10, pp.240-267,2010.

3. E. Yablonovitch. Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physics and Electronics // Phys. Rev. Lett., v.58, n.20, pp.2059-2062, 1987.

4. S. John. Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices // Phys. Rev. Lett., v.58, pp.2486-2489, 1987.

5. E. Yablonovitch, T.J. Gmitter. Photonic band structure: the face-centered-cubic case // Phys. Rev. Lett., v.63, pp.1950-1953, 1989.

6. E. Yablonovitch, T.J. Gmitter, K.M. Leung. Photonic band structure: the face-centered-cubic case employing nonspherical atoms // Phys. Rev. Lett., v.67, pp.2295-2298,1991.

7. E. Yablonovitch, T. Gmitter, R. Meade, A. Rappe, K. Brommer, J. Joannopoulos. Donor and acceptor modes in photonic band structure // Phys. Rev. Lett., v.67, pp.3380-3383, 1991.

8. R.D. Meade, A.M. Rappe, K.D. Brommer, J.D. Joannopoulos, O.L. Alerhand. Accurate theoretical analysis of photonic band-gap materials // Phys. Rev. B, v.48, pp.8434-8437, 1993.

9. R.M. Hornreich, S. Shtrikman, C. Sommers. Photonic band gaps in body-centered-cubic 08 structures // Phys. Rev. B, v.49, pp. 10914-10917, 1994.

10. V.P. Bykov. Spontaneous emission in a periodic structure // Sov. Phys. JETP, v.35, pp.269-273, 1972.

11. D.W. Prather, S. Shi, A. Sharkawy, and G.J. Schneider. Photonic crystals; theory, applications, and fabrication. - Hoboken, Wiley, 2009,405 p.

12. C. Sibilia, T.M. Benson, M. Marciniak, T. Szoplik. Photonic crystals: physics and technology. - Springer-Verlag, Italia, 2008, 284 p.

13. К. Busch, S. Lölkes, R.B. Wehrspohn, H. Foil. Photonic crystals: advances in design, fabrication, and characterization. - Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2006, 354 p.

14. M.F. Limonov, R.M. De La Rue. Optical Properties of Photonic Structures: Interplay of Order and Disorder (Series in optics and optoelectronics). - CRC Press, Boca Raton. FL, USA, 2012,514 p.

15. C. Kittel. Introduction to solid state physics, 3d Ed. - New York, Wiley, 1967, 696 p.

16. F. Bassani, P. Parravicini. Electronic states and optical transitions in solids. -Pergamon Press, Oxford, 1975, 300 p.

17. J.D. Joannopoulos, R.D. Meade, J.N. Winn, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light. - Princeton, Princeton University Press, 1995, 184 p.

18. K.M. Ho, C.T. Chan, C.M. Soukoulis, R. Biswas, and M. Sigalas. Photonic band gaps in three dimensions: new layer-by-layer periodic structures // Solid State Commun., v.89, pp.413-416,1994.

19. H.S. Sözüer, J.P. Dowling. Photonic band calculations for woodpile structures // J. Mod. Opt., v.41, pp.231-239, 1994.

20. S.Y. Lin, J.G. Fleming, D.L. Hetherington, B.K. Smith, R. Biswas, K.M. Ho, M.M. Sigalas, W. Zubrzycki, S.R. Kurtz, J. Bur. A three-dimensional photonic crystal operating at infrared wavelengths// Nature, v.394, pp.251-253, 1998.

21. S.Y. Lin, J.G. Fleming. A three dimensional optical photonic crystal // J. Lightwave Technol., v. 17, pp. 1944-1947,1999.

22. M. Jacoby. Photonic crystal: whole lotta holes // C&EN, v.23, pp.38-43, 1998.

23. A.C. Бирюков, E.M. Дианов. Передача энергии по волоконным световодам // Квантовая электроника, т.37, в.4, с.379-382, 2007.

24. О. Toader, S. John. Proposed square spiral microfabrication architecture for large three-dimensional photonic band gap crystals // Science, v.292, pp.1133-1135,2011.

25. B.H. Богомолов, T.M. Павлова. Трехмерные кластерные решетки // ФТТ, т.29, с.826-841, 1995.

26. A. Blaaderen, R. Ruel, P. Wiltzius. Templed-directed colloidal crystallization // Nature, v.385, pp.321-324, 1997.

27. H. Miguez, C. Lopez, F. Meseguer, A. Blanco, L. Vazquez, R. Mayoral, M. Ocana, Y. Fornes, A. Mifsud. Photonic crystal properties of packed submicrometric Si02 spheres // Appl. Phys. Lett., v.71, n.9, pp.1148-1150, 1997.

28. Yu.A. Vlasov, V.N. Astratov, A.V. Baryshev, A.A. Kaplyanskii, O.Z. Karimov, M.A. Limonov. Manifestation of intrinsic defects in optical properties of self-organization opal photonic crystal // Phys. Rev. E, v.61, n.5, pp.5784-5793, 2000.

29. S.G. Romanov, H.M. Yates, M.E. Pemble, R.M. De La Rue. Impact of GaP layer deposition upon photonic band gap behavior of opal // J. Phys: Condens. Matter, v.12, pp.339-348,2000.

30. S. Brorson, H. Yokoyama, E. Ippen. Spontaneous emission rate alternation in optical waveguide structures // IEEE J. Quantum Electron, v.26, pp. 1492-1499, 1990.

31. T.F. Krauss, R.M. de La Rue. Photonic crystals in the optical regime past, present and future // Prog. Quantum Electron, v.23, pp.51-96, 1999

32. Photonic crystals.

http://fisicavolta.unipv.it/dipartimento/ricerca/Fotonici/Index.htm

33. В.Г. Голубев, В.А. Кособукин, Д.А. Курдюков, A.B. Медведев, А.Б. Певцов. Фотонные кристаллы с перестраиваемой запрещенной зоной на основе заполненных и инвертированных композитов опал-кремний // ФТП, (2001), т.35, в.6, с.710-713,2001.

34. В.Г. Голубев, Д.А. Курдюков, А.В. Медведев, А.Б. Певцов, J1.M. Сорокин, Дж. Хатчисон. Структурные и фотонные свойства нанокомпозитов опал-GaN // ФТП, т.35, в.11, с. 1376-1379,2001.

35. Г.М. Гаджиев, В.Г. Голубев, Д.А. Курдюков, А.Б. Певцов, А.В. Селькин, В.В. Травников. Характеризация фотонных кристаллов на основе композитов опал-полупроводник по спектрам брэгшвского отражения света // ФТП, т.39, в.12, с. 1423-1429, 2005.

36. Y.A. Vlasov, B. Xiang-Zheng, J.C. Sturm, J.D. Norris. On-chip natural assembly of silicon photonic bandgap crystals // Nature, v.414, pp. 289-203,2001.

37. A. Faraon, D. Englund, D. Bulla et al. Local tuning of photonic crystal cavities using chalcogenide glasses // J. Appl. Phys. Lett., v.92, pp.043123-1-3,2008.

38. D. Freeman, S. Madden, B. Luther-Davies. Fabrication of planar photonic crystals in a chalcogenide glass using focused ion beam // Opt. Express, v. 13, pp.3079-3086, 2005.

39. C. Grillet, D. Freeman, B. Luther-Davies, S. Madden, R. McPhedran, D.J. Moss, M.J. Steel, B.J. Eggleton. Characterization and modeling of Fano resonances in chalcogenide photonic crystal membranes // Opt. Express, v. 14, pp.369-376,2006.

40. C. Grillet, C. Smith, D. Freeman, S. Madden, B. Luther-Davies, E. Magi, D. Moss, B. Eggleton. Efficient coupling to chalcogenide glass photonic crystal waveguides via silica optical fiber nanowires // Opt. Express v. 14, pp. 1070-1078, 2006.

41. D. Freeman, C. Grillet, W. Lee, C.L.C. Smith, et al. Chalcogenide glass photonic crystals // Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications, v.6, n.l, pp. 3-11, 2008.

42. W. Lee, C. Grillet, C.L.C. Smith, D.J. Moss, B.J. Eggleton, D. Freeman, B. Luther-Davies, S. Madden, A. Rode, Y. Ruan, Y.-H. Lee. Photosensitive post tuning of chalcogenide photonic crystal waveguides // Opt. Express, v. 15, pp.1277-1285, 2007.

43. Y. Ruan, M.-K. Kim, Y.-H. Lee, B. Luther-Davies, A. Rode. Fabrication of high-Q chalcogenide photonic crystal resonators by e-beam lithography // Appl. Phys. Lett., v.90, n.7, pp.071102-1-3,2007.

44. A. Feigel, M. Veinger, B. Sfez, A. Arsh, M. Klebanov, V. Lyubin. Two dimensional photonic band gap pattering in thin chalcogenide glassy films // Thin Solid Films, v.488, pp. 185-188, 2005.

45. A. Feigel, Z. Kotler, B. Sfez, A. Arsh, M. Klebanov, V. Lyubin. Chalcogenide glass-based three-dimensional photonic crystals // Appl. Phys. Lett., v.77, pp.3221-3223, 2000.

46. A. Feigel, M. Veinger, B. Sfez, A. Arsh, M. Klebanov, V. Lyubin. Three-dimensional simple cubic woodpile photonic crystals made from chalcogenide glasses // Appl. Phys. Lett., v.83, pp.4480-4482, 2003.

47. S. Wong, M. Deubel, F. Perez-Willard, S. John, G.A. Ozin, M. Wegener, G. von Freymann. Direct Laser Writing of Three- Dimensional Photonic Crystals with a Complete Photonic Bandgap in Chalcogenide Glasses // Adv. Mater, v. 18, pp.265-269, 2006.

48. E. Nicoletti, G. Zhou, B. Jia, M.J. Ventura, D. Bulla, B. Luther-Davies, M. Gu. Observation of multiple higher-order stopgaps from three-dimensional chalcogenide glass photonic crystals // Opt. Lett., v.33, n.20, pp.2311-2313, 2008.

49. E. Nicoletti, D. Bulla, B. Luther-Davies, M. Gu. Wide-angle stop-gap chalcogenide photonic crystals generated by direct multiple-line laser writing // Appl. Phys. B, v.105, pp.847-850,2011.

50. E. Nicoletti, D. Bulla, B. Luther-Davies, M. Gu. Planar defects in three-dimensional chalcogenide glass photonic crystals // Opt. Lett, v.36, n.12, pp.2248-2250,2011.

51. V.N. Astratov, A.M. Adawi, M.S. Skolnik, V.K. Tikhomirov, V.M. Lyubin, D.G. Lidzey, M. Ariu, A.L. Reynolds. Opal photonic crystals infiltrated with chalcogenide glasses // Appl. Phys. Lett., v.78, pp.4094-4096,2001.

52. A.E. Aliev, A.A. Zakhidov, R.H. Baughman, E. Yablonovith. Chalcogenide Inverted Opal Photonic Crystal as Infrared Pigments // International J. of Nanoscience, v.5, n.l, pp. 157-172, 2006.

53. T. Kohoutek, J. Orava, T. Sawada, H. Fudouzi. Inverse opal photonic ciystal of chalcogenide glass by solution processing // Journal of Colloid And Interface Science, v.353, n.2, pp.454-458, 2011.

54. В. Ding, М.Е. Pemble, A.V. Korovin, U. Peschel, S.G. Romanov. 3-dimensional photonic crystals with active surface - gold film-terminated opals // Phys. Rev. B, v.82, pp.035119-1-9,2010.

55. A.C. Романова, A.B. Коровин, С.Г. Романов. Опалы с тонкопленочным металлическим дефектом - гибридные коллоидные плазмонно-фотонные кристаллы // ФТТ, т.53, с. 1097-1105,2011.

56. A. Romanova, A. Kriesch, U. Peschel. Probing guided modes in a monolayer colloidal crystal on a flat metal film // Phys. Rev. B, v.86, pp. 195145-1-10,2012.

57. L. Landstrom, D. Brodoceanu, K. Piglmayer, D. Bauerle. Extraordinary optical transmission through metal-coated colloidal monolayers // Appl. Phys. A, v.84, pp.373-377,2006.

58. C. Farcau, S. Astilean. Probing the unusual optical transmission of silver films deposited on two-dimensional regular arrays of polystyrene microspheres // J. Opt. A: Pure Appl. Opt., v.9, pp.S345-S349,2007.

59. L. Landstrom, D. Brodoceanu, D. Bauerle, F.J. Garcia-Vidal, S.G. Rodrigo, L. Martin-Moreno. Extraordinary transmission through metal-coated monolayers of microspheres // Opt. Exp., v.17, n.2, pp.761-772, 2009.

60. M. Nardone, M. Simon, I.V. Karpov, V.G. Karpov. Electrical conduction in chalcogenide glasses of phase change memory // J. Appl. Phys., v.l 12, pp. 0711011-20, 2012.

61. B.-S. Lee, J.R. Abelson, S.G. Bishop, D.-H. Kang, B. Cheong, K.-B Kim. Investigation of the optical and electronic properties of Ge2Sb2Te5 phase change material in its amorphous, cubic, and hexagonal phases // J. Appl. Phys. v.97, pp.093509-1-10,2005.

62. N. Yamada, E. Ohno, K. Nishiuchi, N. Akahira, M. Takao. Rapid-phase transitions of GeTe-Sb2Te3 pseudobinary amorphous thin films for an optical disk memory // J. Appl. Phys., v.69, n.5, pp.2849-2856, 1991.

63. A.L. Lacaita. Phase change memories: state-of-the-art challenges and perspectives // Sol. St. Electron., v.50, pp.24-31, 2006.

64. Н.Х. Абрикосов, Г.Т. Данилова-Добрякова. Исследование диаграммы состояния Sb2Te3-GeTe // Неорган, матер., т.1, в.2, с.204-208, 1965.

65. N. Yamada, Т. Matsunaga. Structure of laser-crystallized Ge2Sb2+xTe5 sputtered thin films for use in optical memory // J. Appl. Phys., v.88, pp.7020-7028,2000.

66. E. Rimini, R. De Bastiani, E. Carria, M. G. Grimaldi, G. Nicotra, C. Bongiorno, C. Spinella. Crystallization of sputtered-deposited and ion implanted amorphous Ge2Sb2Te5 thin films // J. Appl. Phys., v.105, pp.123502-1-6, 2009.

67. И.И. Петров, P.M. Имамов, З.Г. Пинскер. Электронографическое определение структур Ge2Sb2Te5 и GeSb4Te7 // Кристаллография, т. 13, в.З, с.417-421,1968.

68. М.А. Paesler, D.A. Baker, G. Lucovsky, P.C. Taylor, J.S. Washington. Bond constraint theory and EXAFS studies of local bonding structures of Ge2Sb2Te4, Ge2Sb2Te5 and Ge2Sb2Te7 //J. Optoelectronics and Advanced Materials, v.9, n.10, pp.2996-3001,2007.

69. A. V. Kolobov, P. Fons, J. Tominaga et al. Why Phase-Change Media are Fast and Stable: A New Approach to an Old Problem // Jpn. J. Appl. Phys., v.44, n.5B, pp.3345-3349, 2005

70. A. V. Kolobov, J. Tominaga, P. Fons, T. Uruga. Local structure of crystallized GeTe films // Appl. Phys.Lett., v.82, pp.382-384, 2003.

71. A.V. Kolobov, P. Fons, J. Tominaga, T. Uruga, J. Haines. Nanometer-scale mechanism of phase - change in Ge-Sb-Te alloys probed by XAFS // NUCL INSTRUM METH PHYS RES B, v.246, n.l, pp.69-74, 2006

72. I. Friedrich, V. Weidenhof, W. Njoroge, P. Franz, M. Wuttig. Structural transformations of Ge2Sb2Te5 films studied by electrical resistance measurements // J. Appl. Phys., v.87, n.9, pp. 4130-4134,2000.

73. T. Kato, K. Tanaka. Electronic properties of amorphous and crystalline Ge2Sb2Te5 films // Jpn. J. Appl. Phys., v.44, n.10, pp.7340-7344, 2005.

74. R.M. Shelby, S. Raoux. Crystallization dynamics of nitrogen-doped Ge2Sb2Tes // J. Appl. Phys., v.105, pp. 104902-1-6,2009.

75. J. P. Reifenberg, M.A. Panzer, S. Kim, A.M. Gibby, Y. Zhang, S. Wong, H.-S. P. Wong, E. Pop, K.E. Goodson. Thickness and stoichiometry dependence of the thermal conductivity of GeSbTe films // Appl. Phys. Lett., v.91, n.ll, pp.111904-1-3,2007.

76. D.V. Tsu. Obtaining optical constants of thin GexSbyTez films from measurements of reflection and transmission // J. Vac. Sci. Technol., V.A17, pp.1854-1860, 1999.

77. J.K. Olson, H. Li, T. Ju, J.M. Viner, P.C. Taylor. Optical properties of amorphous GeTe, Sb2Te3, and Ge2Sb2Te5: The role of oxygen // J. Appl. Phys., v.99,103508-1-10,2006.

78. Б.Т. Коломиец, Э.А. Лебедев. Вольт-амперная характеристика точечного контакта со стеклообразными полупроводниками // Радиотехника и электроника, т.8, с.2097-2098, 1963.

79. S.R. Ovshinsky. Reversible electrical switching phenomena in disordered structures // Phys. Rev. Lett., v.21, n.20, pp. 1450-1453, 1968.

80. S.R. Ovshinsky, H. Fritzsche. Reversible structural transformations in amorphous semiconductors for memory and logic // Metallurgical Transactions, v.2, pp.641-645, 1971.

81. J. Feileib, S. Iwasa, S.C. Moss, J.P.de Neufville, S.R. Ovshinsky. Reversible optical effects in amorphous semiconductors // J. Non-Crystal. Solids, v.8-10, pp.909-916, 1972.

82. H.A. Богословский, К.Д. Цэндин. Физика эффектов переключения и памяти в халькогенидных стеклообразных полупроводниках // Физика и техника полупроводников, т.46, в.5, с.577-608, 2012.

83. К.Д. Цэндин. Электронные явления в халькогенидных стеклообразных полупроводниках. - С.Петербург, Наука, 1996, с.224-279.

84. С.А. Козюхин, А.С. Кузьминых, А.Ю. Митягин, Б.В. Хлопов, Г.В. Чучева. Эффекты переключения в пленках на основе Ge2Sb2Tes // Радиотехника и электроника, т.56, в.2., с.208-211,2011.

85. А.Б. Певцов, С.А. Грудинкин, А.Н. Поддубный, С.Ф. Каплан, Д.А. Курдюков, В.Г. Голубев. Переключение фотонной запрещенной зоны в трехмерных пленочных фотонных кристаллах на основе композитов опал-V02 в спектральной области 1. 3-1. 6 мкм // ФТП, т.44, в.12, с.1585-1590, 2010.

86. Е.Ю. Трофимова, А.Е. Алексенский, С.А. Грудинкин, И.В. Коркин, Д.А. Курдюков, В.Г. Голубев. Влияние предварительной обработки тетраэтоксисилана на синтез коллоидных частиц аморфного диоксида кремния // Коллоидный журнал, т.73, п.4, с.535-539, 2011.

87. И.А. Карпов, Э.Н. Самаров, В.М. Масалов, С.И. Божко, Г.А. Емельченко. О внутренней структуре сферических частиц опала // ФТП, т.47, в.2, с.334-338,2005.

88. A.J. Gaskin, P.J. Darragh. Opaline materials and method of preparation // US Patent, n.3497.367, 1970.

89. W. Stober, A. Fink, E. Bohn. Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range // J. of Colloid and Interface Science, v.26, pp.62-69, 1968.

90. Н.Д. Денискина, Д.В. Калинин, JI.K. Казанцева. Благородные опалы. -Новосибирск, Наука, Сибирское отделение, 1987, с.47-49.

91. V.M. Kozhevin, D.A. Yavsin, V.M. Kouznetsov, V.M. Busov, V.M. Mikushkin, S.Yu. Nikonov, S.A. Gurevich, A. Kolobov. Granulated metal nanostructure deposited by laser ablation accompanied by cascade drop fission // J. Vac. Sci. and Tech. B, v.18, pp.1402-1405,2000.

92. Руководство по эксплуатации микропроцессорного измерителя-регулятора TPM101, ОВЕН, www.arc.com.ru.

93. С.А. Гуревич, Д.А. Явсин, В.М. Кожевин, С.А. Яковлев, М.А. Яговкина, Б.Т. Мелех, А.Б. Певцов. Получение аморфных пленок Ge2Sb2Tes методом лазерного электродиспергирования // Сборник трудов VIII Международной конференции "Аморфные и микрокристаллические полупроводники", С.Петербург, 2012, с.243.

н

94. М.В. Горохов, В.М. Кожевин, Д.А. Явсин, А.В. Анкудинов, А.А. Ситникова, С.А. Гуревич. Получение структур из аморфных металлических наночастиц диспергированием металлических капель, непрерывно заряжаемых в потоке электронов // ЖТФ, т.82, в.6, 2012.

95. М.В. Горохов, В.М. Кожевин, Д.А. Явсин, С.А. Гуревич. Электрогидродинамическое диспергирование металлов с использованием электронно-лучевого нагрева // ЖТФ, т.78, в.9, с.46-51, 2008.

96. М. Krbal, A.V. Kolobov, J. Haines, A. Pradel, M. Ribes, P. Fons, J. Tominaga, C. Levelut, R. Le Pare, M. Hanfland. Temperature independence of pressure-induced amorphization of the phase-change memory alloy Ge2Sb2Te5 // Appl. Phys. Lett., v.93, 031918-1-3,2008.

97. M. H. R. Lankhorst, B. W. S. M. M. Ketelaars, R. A. M. Wolters. Low-cost and nanoscale non-volatile memory concept for future silicon chips // Nature Materials, v.4, n.4, pp.347-352, 2005.

98. A.A. Sherchenkov, S.A. Kozyukhin, E.V. Gorshkova. Transformations in phase-change memory material during thermal cycling // J. Optoelectron. Adv. Mater., v.l 1 n.l, pp.26-33,2009.

99. A.V. Kolobov, P. Fons, A.I. Frenkel, A.I. Ankudinov, J. Tominaga, T. Uruga. Understanding the phase-change mechanism of rewritable optical media // Nature Mater., v.3, pp.703-708,2004.

100. R.De Bastiani, A.M. Piro, M.G. Grimaldi, E. Rimini, G.A. Baratta, G. Strazzulla. Ion irradiation-induced local structural changes in amorphous Ge2Sb2Te5 thin film // Appl. Phys. Lett., v.92, pp.241925-1-3, 2008.

101. R. De Bastiani, E. Carria, S. Gibilisco, A. Mio, C. Bongiorno, F. Piccinelli. Crystallization of ion amorphized Ge2Sb2Te5 thin films in presence of cubic or hexagonal phase // J. Appl. Phys., v.107, pp.113521-1-5, 2010.

102. K. S. Andrikopoulos, S.N. Yannopoulos, A.V. Kolobov, P. Fons, J. Tominaga. Raman scattering study of GeTe and Ge2Sb2Te5 phase-change materials // J. Phys. Chem. Solids, v.68, pp.1074-1078, 2007.

103. M. Forst, Т. Dekorsy, С. Trappe, М. Laurenzis, Н. Kurz, В. Béchevet. Phase change in Ge2Sb2Te5 films investigated by coherent phonon spectroscopy // Appl. Phys. Lett., v.77, pp.1964-1967, 2000.

104. P. Nemec, A. Moreac, V. Nazabal, M. Pavlista, J. Prikryl, M. Frumar. Ge-Sb-Te thin films deposited by pulsed laser: An ellipsometry and Raman scattering spectroscopy study// J. Appl. Phys., v.106, pp.103509-1-7,2009.

105. L. Bo, S. Zhi-Tang, Z. Ting, F. Song-Lin, C. Bomy. Raman spectra and XPS studies of phase changes in Ge2Sb2Te5 films // Chin. Phys., v.13, n.ll, pp.19471950, 2004.

106. Э.И. Рашба М.Д. Стерджа. Экситоны. - Москва, Наука, 1985, 616 с.

107. García-Santamaría F., Galisteo J.F., Braun P.L., López С. Optical diffraction and high-energy features in three-dimensional photonic crystals // Phys. Rev. B, v.71, n.19, pp.195112-1-5,2005.

108. H.M. van Driel, W.L. Vos. Multiple Bragg wave coupling in photonic bandgap crystals // Phys. Rev. B, v.62, n.15, pp.9872-9875,2000.

109. S.G. Romanov, Т. Мака, C.M. Sotomayor Torres, M. Muller, R. Zentel, D. Cassagne, J. Manzanares-Martinez, C. Jouanin. Diffraction of light from thin-film polymethylmethacrylate opaline photonic crystals // Phys Rev. E, v.63, n.5, pp.056603-1-5,2001. .

110. A.B. Мороз, М.Ф. Лимонов, M.B. Рыбин, К.Б. Самусев. Многоволновая брэгговская дифракция в низкоконтрастых фотонных кристаллах на основе синтетических опалов // ФТТ, т.53, в.6, с. 1045-1052,2011.

111. А.А. Dukin, N.A. Feoktistov, A.V. Medvedev, A.B. Pevtsov, V.G. Golubev, A.V. Sel'kin. Polarization inhibition of the stop-band in distributed Bragg reflectors // J. Opt. A: Pure Appl. Opt.,v.8, pp.625-629,2006.

112. A. V. Baryshev, A. B. Khanikaev, H. Uchida, M. Inoue, and M. F. Limonov. Interaction of polarized light with three-dimensional opal-based photonic crystals // Phys. Rev. B, v.73, pp.033103-1-3, 2006.

113. А.Г. Баженова, А.В. Селькин, А.Ю. Меньшикова, Н.Н. Шевченко. Поляризационное подавление брэгговских рефлексов при отражении света от фотонных кристаллов // ФТТ, т.49, в.11, с.2010-2021,2007.

114. К.Б. Самусев, Г.Н. Юшин, М.В. Рыбин, М.Ф. Лимонов. Структурные параметры синтетических опалов: статистический анализ данных электронной микроскопии // ФТП, т.50, в.7, с. 1230-1236, 2008.

115. M.S.Thijssen, R.Spric, J.E.G.J.Wijnhoven, M.Megens, T.Narayan, A.Lagendijk, W.L.Vos. Inhibited light propagation and broad band reflection in photonic air-sphere crystals // Phys. Rev. Lett., v.83, pp.2730-2733, 1999.

116. A. Hessel, A.A. Oliner. A new theory of Wood's anomalies on optical gratings // Appl. Opt., v.4, pp.1275-1297, 1965.

117. D. Maystre. Theory of wood's anomalies. Springer Series in Optical Sciences // Plasmonics, v. 167, pp.39-83, 2012.

118. S.G. Tikhodeev, A.L. Yablonskii, E.A. Muljarov, N.A. Gippius, T. Ishihara. Quasiguided modes and optical properties of photonic crystal slabs // Phys. Rev. B, v.66, n.4, pp.045102-1-17,2002.

119. L. Landstrom, N.Arnold, D. Brodoceanu, K. Piglmayer, D. Bauerle. Photonic properties of silicon-coated monolayers of colloidal silica microspheres // Appl. Phys. A, v.83, n.2, pp.271-276,2006.

120. F. García-Santamaría, E.C. Nelson, P.V. Braun. Optical surface resonance may render photonic crystals ineffective // Phys. Rev. B, v.76, n.7, pp.075132-1-6, 2007

121. A. Tikhonov, J. Bohn, S.A. Asher// Phys. Rev. B, v.80, n.23, pp. 235125-1-5, 2009

122. В.И. Белотелов, E.A. Безус, Д.А. Быков, Л.Л. Досколович, В.А. Котов, А.К. Звездин. Магнитооптические эффекты дифракционных решеток, связанные с аномалиями Рэлея-Вуда и возбуждением плазмонов // Компьютерная оптика, т.31, в.З, с.4-8, 2007.

123. W. Mu, D.-K. Hwang, R.P.H. Chang, М. Sukharev, D.B. Tice, J.B. Ketterson.

Surface-enhanced Raman scattering from silver-coated opals // J. Chem. Phys., v. 134, n.12, pp. 124312-1-7,2011.

124. A. Tikhonov, J. Bohn, S.A. Asher. Photonic crystal multiple diffraction observed by angular-resolved reflection measurements // Phys. Rev. B, v.80, pp.235125-1-5,2009.

125. A.A. Grunin, N.A. Sapoletova, K.S. Napolskii, A.A. Eliseev, A.A. Fedyanin. Magnetoplasmonic nanostructures based on nickel inverse opal slabs // J. Appl. Phys., v. 111, pp.07A948-l-3,2012.

126. R.W. Wood. On a remarkable case of uneven distribution of light in a diffraction grating spectrum // Philos. Mag., v.4, pp.396-402, 1902.

127. L. Rayleigh. Note on the remarkable case of diffraction spectra described by Prof. Wood // Philos. Mag., v.14, pp.60-65, 1907.

128. L. Rayleigh. On the dynamical theory of gratings // Proc. R. Soc. Lond., v.19, pp.399-416, 1907.

129. U. Fano. The theory of anomalous diffraction gratings and quasi stationary waves on metallic surfaces (Sommerfeld's Waves) // J. Opt. Soc. Am., v.31, pp.213-222, 1941.

130. K. Artmann. Zur theorie der anomalen reflexion von optischen strichgittern // Z. Phys., v.119, n.9-10, pp.529-567, 1942.

131. R.W. Wood. Diffraction gratings with controlled groove form and abnormal distribution of intensity. Phil. Mag., v.23, n.6, pp.310-317,1912.

132. R.W. Wood. Anomalous Diffraction Gratings // Phys. Rev., v.48, pp.928-936, 1935.

133. C. H. Palmer. Parallel Diffraction Grating Anomalies // J. Opt. Soc. Am., v.42, pp.269-276, 1952.

134. C.H. Palmer. Diffraction grating anomalies. II. Coarse gratings // J. Opt. Soc. Am., v.46, pp.50-53, 1956.

135. H. C. Palmer. Use of pressure modulation in studies of "Hot Bands" // J. Opt. Soc. Am., v.51, pp. 1438-1439, 1961.

136. E.L. Ivchenko. Optical spectroscopy of semiconductor nanostructures. -Alpha Science, Harrow, UK, 2005,427 p.

137. A.N. Poddubny, E.L. Ivchenko. Photonic quasicrystalline and aperiodic structures // Physica E, v.42, pp.1871-1895,2010.

138. A. Taflove, S.C. Hagness. Computational electrodynamics: the finite-difference time-domain method. - Artech: Norwood, MA, 2000, 852 p.

139. A. Faijadpour, D. Roundy, A. Rodriguez, M. Ibanescu, P. Bermel, J.D. Joannopoulos, S.G. Johnson, G. Burr. Improving accuracy by subpixel smoothing in FDTD // Opt. Lett., v.31, n.20, pp.2972-2974,2006.

140. E.R. Meinders, A.V. Mijiritskii, L. van Pieterson, M. Wutting. Optical Data Storage: Phase-change media and recording (Philips Research Book Series). -Springer, Dordrecht, Netherlands, 2006, 173 p.