78、内部透射光谱学：原理、应用与展望

内部透射光谱学：原理、应用与展望

1 引言

“内部透射”这一术语于1994年在直接硅片键合的背景下首次被引入。它特指在内部入射角大于临界角的情况下，通过薄（d << λ）的埋入式界面的透射，并且总是与多次透射的能力相关，如图1所示。

根据定义，所研究界面的折射率$\tilde{n}_2$小于周围衬底的折射率$n_1$，且等于或大于外部介质的折射率$n_0$。对于大多数埋入高折射率半导体（如Ge、Si和GaAs）中的界面，这些条件很容易自然满足，因为典型的界面（如真空、氢化物、氧化物或氮化物）的折射率明显小于这些材料的折射率。

从某种意义上说，多次内部透射（MIT）光谱学是多次内部反射（MIR）光谱学的直接扩展，两者都利用倍增因子来提高对薄界面或表面的灵敏度。然而，MIT光谱学作为一种卓越的表征工具的强大之处在于，对于典型的入射角，它可以实现巨大的增强。例如，在40°到70°的角度范围内，垂直于界面的模式分量可以比内部反射测量的结果增强20 - 225倍。这种巨大的优势对于在无法制备良好参考系统（即没有所研究界面的类似结构）时探测埋入式界面至关重要。

这种增强的起源可以追溯到MIR三明治几何结构，其中来自高折射率MIR板的倏逝场用于探测另一种高折射率材料的表面。在这种情况下，就像MIT一样，两种介质之间的界面厚度远小于波长是至关重要的。对于内部反射，这保证了另一个表面可以被倏逝波探测到；对于内部透射，这使得辐射能够隧穿通过界面。在这两种情况下，两个高折射率材料之间的倏逝场的限制是增强的原因。

以下是不同情况下的示意图：

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