來(lái)源：晶格半導(dǎo)體

目前，在太赫茲（遠(yuǎn)紅外）頻段最透明的絕緣材料就是高阻的浮區(qū)（FZ）單晶硅。這是科研人員不斷的經(jīng)過實(shí)驗(yàn)并分析得出的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)的測(cè)量分為兩部分，一種是有摻雜的低阻硅，一種是高純的高阻硅。早在上個(gè)世紀(jì)六十年代，就有加利福尼亞的航空航天公司的研究人員用信道光譜技術(shù)( 此法適合干涉測(cè)量技術(shù)) 測(cè)量并用余弦變換分析得到了兩個(gè)電阻率都大于10Ωcm，厚度分別為1.9mm和6.4mm硅片的折射率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了在 20cm^-1 到 140cm^-1 的范圍內(nèi)，第一個(gè)硅片的折射率為3.418，后者的折射率比它稍低，且70cm^-1 以下和120cm^-1 以上的范圍內(nèi)稍有色散。

七十年代，空軍劍橋研究實(shí)驗(yàn)室的研究人員也對(duì)單晶硅進(jìn)行了遠(yuǎn)紅外光譜實(shí)驗(yàn)，并用傅立葉光譜儀分析信道光譜得到一些光學(xué)常數(shù)，實(shí)驗(yàn)范圍是30cm^-1到350cm^-1，實(shí)驗(yàn)在 300K和 1.5K兩個(gè)溫度下進(jìn)行，樣品厚度為 0.5mm, 結(jié)果如圖所示，在兩個(gè)溫度下折射率基本一致，吸收系數(shù)較低的對(duì)應(yīng)著 1.5K 的測(cè)量。此實(shí)驗(yàn)表明了在液氦溫度（1.5K）時(shí)和室溫（300K）時(shí)一致的光學(xué)常數(shù)。

日本北海道大學(xué)理工學(xué)院化學(xué)系的研究人員，在八十年代也進(jìn)行了單晶硅的遠(yuǎn)紅外吸收測(cè)量實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)用了分子科學(xué)研究院的 UVSOR 設(shè)備的同步射線作為遠(yuǎn)紅外源，用紅外鍺熱輻射儀在液氦溫度下探測(cè)。測(cè)量范圍為 20cm^-1 到 200cm^-1，樣品為分別用卓克拉爾斯基法（C Z）和由浮區(qū)法（F Z）生長(zhǎng)的硅晶體，其中用 FZ 法生長(zhǎng)的單晶硅為高阻硅。兩種生長(zhǎng)方法所得的硅的電阻率分別為 9.4±0.3Ωcm和(5±2)×104Ωcm 。所測(cè)硅是從 CZ 和 FZ 晶體切割下來(lái)的直徑為25mm、厚度大約 3 和 6mm 兩面剖光的盤狀樣品。用測(cè)微計(jì)測(cè)得厚度：CZ ：0.294，0.601cm和FZ: 0.303,0.595cm。

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從 CZ 法得到的晶體被觀察到的雜質(zhì)感應(yīng)吸收可由Drude 模型很好的解釋，而用 FZ 法的表明僅有一個(gè)弱吸收，我們把這歸因于硅的一個(gè)固有（或本征）晶格帶翼。如圖２為 3mm 厚的 CZ 和 FZ 法獲得的硅的透射譜：在 100cm 以下的低頻，CZ 晶體的透射強(qiáng)遞減,而 FZ晶體在整個(gè)20-200cm^-1的范圍內(nèi)幾乎是平的。實(shí)驗(yàn)的分辨率是 3cm^-1。 圖 3 為兩種方法得到的單晶硅的吸收系數(shù)圖，在 180cm^-1 到 200cm^-1 的波數(shù)范圍內(nèi)，兩種的吸收系數(shù)近似相同，隨著頻率的降低，用 C Z 法得的單晶硅的吸收系數(shù)增強(qiáng)，而用 FZ 法得的單晶硅，即高阻硅的吸收系數(shù)單調(diào)遞減到 40cm^-1 。在低于 40cm^-1 的頻率，吸收系數(shù)稍微上升，這可能是由于少數(shù)的殘留雜質(zhì)。盡管這樣，這個(gè)測(cè)量結(jié)果在當(dāng)時(shí)已做出的實(shí)驗(yàn)中，低于 100cm^-1 頻率范圍下的幾倍，因此得知當(dāng)時(shí)那個(gè)實(shí)驗(yàn)中所用的浮區(qū)法生長(zhǎng)的高阻硅的純度較高。當(dāng)時(shí)的文章中用 Drude 模型計(jì)算時(shí)，假定折射率 n 為常數(shù) 3.40-3.42，則把吸收系數(shù)α表成洛侖茲函數(shù)。在圖３中，低頻區(qū)域，洛侖茲函數(shù)相當(dāng)好的重現(xiàn)了一致性，在高頻區(qū)域，硅的固有吸收解釋了弱吸收。

另外，原文還提到了用四點(diǎn)探測(cè)法和透射法分別測(cè)電阻率。用四點(diǎn)探測(cè)法是測(cè)晶體表面的阻抗，然后變換到假設(shè)一個(gè)不統(tǒng)一阻率分布的基礎(chǔ)上的真空電阻率。透射法是測(cè)沿軸向的平均電阻率。用四點(diǎn)探測(cè)法測(cè)得的電阻率比透射法測(cè)得的結(jié)果高 20%。這個(gè)偏差可能是由于在硅盤上沿其軸向的電阻率分布不統(tǒng)一所導(dǎo)致的。

紐約IBM Watson研究中心的D.Grischkowsky等人用時(shí)域光譜技術(shù)(即 TDS)測(cè)量了高阻浮區(qū)單晶硅的遠(yuǎn)紅外吸收和折射率，當(dāng)時(shí)只在 0.2-2THz 的頻率范圍內(nèi)，如圖4所示為當(dāng)時(shí)測(cè)得的遠(yuǎn)紅外吸收和折射率。這里，所測(cè)樣品是直徑為 50mm，厚度為 20.046mm，電阻率為 10K Ω cm 的高阻浮區(qū)硅。他們還測(cè)了厚度為20mm，電阻率為 10KΩ cm 的高阻浮區(qū)硅。最后發(fā)現(xiàn)前者由圖可見折射率為3.418,后者折射率為3.415，吸收系數(shù)都小于 0.05cm^-1。

此外，他們還測(cè)了厚度為 283μ m、電阻率為 1.15 Ωcm 的ｎ型單晶硅和厚度為 258μm、電阻率為 0.92 Ωcm 的 p 型單晶硅。所測(cè)得的輸出脈沖振幅為入射脈沖的 40%,振幅大小和形狀都有大幅度的變化，這些變化是由于樣品內(nèi)部的吸收、色散以及樣品表面的反射造成的。另外，他們還測(cè)了在 0.1-2THz 亞毫米的范圍內(nèi)電阻率為 0.1 Ωcm(厚度為 260μm)，1 Ωcm,和 10 Ωcm 的 n 型和 p 型硅的吸收和色散。在室溫和在 80k 時(shí)進(jìn)行透射測(cè)量，有摻雜的硅的吸收和色散。發(fā)現(xiàn)電阻率為 0.1 Ωcm的單晶硅不透明，透射率小于 1 % 。