[发明专利]一种半导体材料复介电函数确定方法

说明书

本发明涉及一种半导体材料复介电函数确定方法，首先根据参考信号(空气)和待测半导体的THz‑TDS确定待测半导体的近似复折射率，并进一步评估待测半导体对太赫兹(THz)吸收的强弱。当吸收较弱时，待测半导体的近似复折射率即为理论复折射率；当吸收较强时，通过建立理论复传输函数和实验复传输函数的误差函数，并利用MATLAB中的全局优化函数GlobalSearch进行优化计算，确定使误差函数值最小的理论复折射率。最后，通过复折射率与复介电函数之间的转换关系确定待测半导体的复介电函数。该方法操作流程清晰，分析结果准确可靠，适用于确定各种在THz波段有透过性能的半导体材料的复介电函数。

技术领域

本发明属于半导体材料物理性能测量领域，涉及一种半导体材料复介电函数确定方法，更具体的是一种基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术的半导体材料复介电函数确定方法。

背景技术

半导体材料的光电应用很大程度上取决于材料的介电函数，介电函数是表征材料折射率，吸收率，电导率，电容等的基本特性。迄今为止，对半导体材料光学性质的研究大多数都集中在可见光和近红外波段，而在太赫兹(THz)波段对其介电性能的研究则相对很少。随着许多电子和光子器件的工作频率从GHz上升到THz范围，THz波段的介电响应研究变得越来越重要。作为传统光电检测技术的补充措施，太赫兹时域光谱(THz-TDS)能够检测半导体在THz波段的介电特性，包括其复折射率和复介电函数。

文献“Yang D,Cheng X,Liu Y,et al.Dielectric properties of a CsPbBr₃quantum dot solution in the terahertz region[J].Applied optics,2017,56(10):2878-2885”中借助THz-TDS对CsPbBr₃量子点在0.1～2THz的介电性能进行了分析，并利用Drude-Lorentz模型对其介电函数进行了拟合，拟合结果表明声子在CsPbBr₃量子点溶液的介电特性中起着主导作用；文献“Yan X,Zhu L,Zhou Y,et al.Dielectric property ofMoS₂crystal in terahertz and visible regions[J].Applied optics,2015,54(22):6732-6736.”测量了MoS₂的THz-TDS并对其介电函数进行了分析，发现其实部和虚部遵循Drude模型，影响其介电特性的主要因素是自由载流子的吸收。但上述研究均针对弱吸收材料展开，即材料的折射率n与消光系数k满足关系n＞＞k。实际生活中，往往存在着一些对THz的吸收较强半导体材料，其折射率n与消光系数k不满足关系式n＞＞k，此时虽然该半导体材料在THz波段具有透过性能，但采用复折射率求解公式无法精准确定半导体材料的复折射率谱，因此也无法借助复介电函数与复折射率之间的相互转换关系，确定半导体材料的复介电函数谱。