Теплофизические свойства веществ

Особенности перехода диэлектрической проницаемости в область отрицательных значений в легированном кремнии в терагерцевом диапазоне спектра при воздействии сильных электрических полей

М. Б. Агранат, А. В. Овчинников, О. В. Чефонов

Объединенный институт высоких температур РАН, г. Москва

Аннотация: Представлены результаты экспериментальных исследований перехода диэлектрической проницаемости легированного кремния $n$-типа в отрицательную область значений в терагерцевом спектральном диапазоне при воздействии электромагнитной волны с амплитудой электрического поля до $9$ МВ/см. Экспериментально показано, что при напряженности электрического поля $\sim100$ кВ/ см в спектре коэффициента отражения наблюдается минимум, обусловленный равенством частоты источника ТГц-излучения и плазменной частоты, при котором действительная часть диэлектрической проницаемости кремния становится отрицательной. При увеличении напряженности электрического поля свыше $1$ МВ/см переход диэлектрической проницаемости в область отрицательных значений определяется концентрацией носителей, частотой электронных столкновений и не зависит от частоты этой волны. При этом минимум в коэффициенте отражения исчезает, и коэффициент отражения остается практически постоянным во всем исследуемом спектральном диапазоне от $0.8$ до $2.5$ ТГц. В этом случае действительная часть диэлектрической проницаемости переходит в область отрицательных значений при равенстве плазменной частоты и частоты электронных столкновений.

УДК: 538.9

Поступила в редакцию: 22.04.2025
Исправленный вариант: 27.06.2025
Принята в печать: 16.09.2025

DOI: 10.7868/S3034610X25040075