Анотація до роботи:

Прокопець В.М. Лінійні та нелінійні оптичні властивості композитних керамічних матеріалів на основі SiC, AlN, і Si₃N₄. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 - оптика, лазерна фізика. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2005.

Дисертацію присвячено комплексному дослідженню структурно-фазового складу лінійних та нелінійних оптичних властивостей керамічних композитних матеріалів на основі SiC, AlN і Si₃N₄. В результаті експериментальних досліджень в широкому спектральному діапазоні (0,230 – 25 мкм) отримані значення оптичних констант: показників заломлення та поглинання, оптичної провідності. За спектрами оптичної провідності визначені значення забороненої зони для керамік SiC, AlN і Si₃N₄. Визначені ефективні значення ширини забороненої зони композитних керамік SiC+AlN, та встановлено її залежність від концентрації нітриду алюмінію. Аналіз спектральних залежностей показників заломлення та поглинання в видимій і ультрафіолетовій області та застосування наближення ефективного середовища (теорії Бругмена ) дозволяє виявити присутність сторонньої домішки – кисню, та оцінити його кількість.

Приведені результати експериментального дослідження кутових залежностей генерації ДГ при відбиванні від керамічних матеріалів SiC, AlN, SiC+AlN і Si₃N₄. Виконано теоретичні розрахунки кутових залежностей інтенсивності ДГ із використанням відповідних теоретичних моделей нелінійної поляризації для кожного типу кераміки. Для зразків карбіду кремнію і нітриду алюмінію спостерігається добре якісне узгодження експериментальних даних та теоретично розрахованих. Якісне узгодження кутових залежностей генерації ДГ при відбиванні від нітриду кремнію вказує на те, що генерація обумовлена квадрупольною нелінійною поляризацією.

1. В результаті досліджень лінійних оптичних властивостей в широкому спектральному діапазоні (0,230 – 25 мкм) були отримані значення оптичних констант: показників заломлення та поглинання, оптичної провідності гарячепресованої кераміки SiC, AlN і Si₃N₄. Аналіз спектральних залежностей показників заломлення та поглинання у видимій та ультрафіолетовій області вказує на присутність сторонньої домішки – кисню, який потрапляє в кераміку під час процесу гарячого пресування. За спектрами оптичної провідності визначені значення ширини забороненої зони для керамік SiC, AlN і Si₃N₄. Для композитних керамік SiC+AlN визначено ефективні значення ширини забороненої зони, встановлено її залежність від концентрації нітриду алюмінію. Вперше за спектрами відбивання та поглинання в інфрачервоній області було визначено частоти повздовжніх та поперечних фононів композитних керамік SiC+AlN.

2. За дисперсійним аналізом оптичних констант та відповідних розрахунків за теорією Бругмена показано, що кераміки SiC+AlN є сумішшю зерен SiC та AlN.

3. За аналізом показника заломлення кераміки Si₃N₄, із домішками молібдену та алюмінію, можна зробити висновок про кристалічну структуру дисиліциду молібдену, який утворюється в процесі гарячого пресування. Структура дисиліциду молібдену може змінюватися від аморфної до частково кристалічної. Показано, що зменшення величини показника заломлення для кераміки на основі Si₃N₄ пов‘язане з присутністю кисню в зразках і утворення оксинітриду кремнію в процесі гарячого пресування. Аналіз експериментальних даних показника заломлення за допомогою наближення ефективного середовища дозволяє оцінити концентрацію Si₂N₂O в зразках.

4. Встановлено залежність ширини забороненої зони нітриду кремнію із домішками алюмінію від його концентрації. Зроблено висновок, що зменшення ширини забороненої зони пов‘язане із порушенням кристалічної структури Si₃N₄ та появою дефектних станів, локалізованих поблизу краю валентної зони і зони провідності.

5. Вперше проведено експериментальні дослідження кутових залежностей генерації ДГ при відбиванні від керамічних матеріалів SiC, AlN, SiC+AlN і Si₃N₄. Виконано теоретичні розрахунки кутових залежностей інтенсивності ДГ із використанням відповідних теоретичних моделей нелінійної поляризації для кожного типу кераміки. Для зразків карбіду кремнію і нітриду алюмінію спостерігається добре якісне узгодження експериментальних даних та теоретично розрахованих. Розташування максимумів ДГ в межах точності вимірювання співпадає. Перевищення теоретичних значень максимального значення інтенсивності ДГ при відбиванні, може бути пов‘язано з тим, що в реальних зразках значення компонентів тензора нелінійної сприйнятливості відрізняються від значень, наведених в літературних джерелах.

6. Якісне узгодження кутових залежностей генерації ДГ при відбиванні від нітриду кремнію вказує на те, що генерація обумовлена квадрупольною нелінійною поляризацією.

Публікації автора:

1. І.А. Шайкевич, Л.Й. Робур, В.М, Прокопець. Оптичні властивості керамічних матеріалів типу SiC+AlN в інфрачервоній області спектру. // Сверхтвердые материалы – 1999 – №3, ст. 14-18.

2. І.А. Шайкевич, В.М. Прокопець, Л.Й. Робур. Оптичні властивості керамічних матеріалів SiC-AlN в ультрафіолетовій, видимій і ближній інфрачервоній області спектру. // Вісник Київського університету, серія: фіз.-мат. науки. – 1999 – вип. 2, ст. 521-525.

3. Vadym M. Prokopets, Igor A. Shaykevich, Lybomir Y. Robur. Modeling optical properties geterophases ceramic materials SiC+AlN type by Bruggman theory. // Abstracts of International conference “Optical Diagnostic of Materials and Devices for Opto-, Micro-, and Quantum Electronics” October 7-9, 1999, Kiev, Ukraine. p. 36

4. Прокопець В.М., Робур Л.Й. Спектроеліпсометричні дослідження гетерофазних матеріалів SiC-AlN в широкому спектральному діапазоні. // Abstracts of International Conference on Optoelectronic Information Technologies “Optoelectronic Information-Energy Technologies” 24-26 April, 2001, Vinnytsia, Ukraine. p. 125.

5. І.А. Шайкевич, В.М. Прокопець, Л.Й. Робур. Оптичні властивості керамічних матеріалів SiC-AlN в ультрафіолетовій, видимій і ближній інфрачервоній області спектру. Международная конференция “Свертвердые инструментальные материалы на рубеже тысячелетий: получение, свойства, применение” (“СТИМ-2001”), 4-6 июля 2001, Киев, України, ст.100.

6. V. M. Prokopets. The second order nonlinear optical effects on the ceramic materials surface. // Book of abstracts International scientific and practical conference, “Spectroscopy in special application”, 18-21, June 2003, Kyiv р.259.

7. V.M. Prokopets, I.A. Shaykevich, L.Y. Robur. Modeling optical properties of SiC+AlN type heterophase ceramic materials by the means Bruggman theory. // Наукові записки НАУКМА – 2003 – т.21, ст. 53-56.

8. Прокопець В.М. Двохканальний аналогово-цифровий перетворювач одночасної дії. // Вісник Київського Університету. Сер. Фізика – 2003 – вип. 3 ст. 362-364.

9. В.М. Прокопець, І.А. Шайкевич, Л.Й. Робур. Оптичні властивості кераміки на основі нітриду кремнію з домішками молібдену та алюмінію. // Укр. Фіз. Журн. – 2005 – т.50, №1, ст. 58-62.

10. Прокопець В.М., Робур Л.Й., Шайкевич І.А. Поверхнева генерація другої гармоніки при відбиванні від керамік на основі карбіду кремнію та нітриду алюмінію. // Вісник Київського Університету. Сер. Фізика – 2005 – вип. 1 ст. 382-393.