Дослідження механізмів формування та фізичних властивостей напівпровідникових структур з розвиненою поверхнею - Автореферат

Так, у низькорозмірних структурах кремнію (пористий кремній, нанорозмірні кристаліти, ниткоподібні кристали та ін.) спостерігається поява ефективної видимої люмінесценції, яку неможливо отримати у випадку обємного матеріалу завдяки його непрямозонності та малій ширині забороненої зони. Існує багато робіт, присвячених розробці моделей формування напівпровідникових кремнієвих структур з розвиненою поверхнею, зокрема, пористого кремнію при електрохімічному травленні. Істотним недоліком аналітичного підходу є практична неможливість прослідкувати, наприклад, за еволюцією радіусів пор по всій товщині пористого шару, а також інших його параметрів. Метою дисертаційної роботи стало зясування визначальних механізмів формування морфології кремнієвих структур з розвиненою поверхнею (зокрема пористого кремнію та ниткоподібних кремнієвих кристалів) та гетерування у структурах мультикристалічний кремній - пористий кремній - металева плівка, а також розробка нового методу характеризації параметрів низькорозмірних напівпровідникових структур та виявлення закономірностей зміни у порівнянні з обємом характеристик екситонної люмінесценції в шаруватих та низькорозмірних напівпровідникових структурах. Для вирішення поставлених задач проводилось: Розробка математичної моделі процесу формування пор у кремнії при електрохімічному травленні з урахуванням транспорту реагентів та продуктів реакції всередині пор, проведення в рамках моделі компютерних розрахунків та порівняння результатів з експериментальними даними.Характерним, зокрема, є неврахування дифузійного постачання електроліту в зону розчинення кремнію, завдяки чому не вдається відтворити ряд експериментально спостережених ефектів, таких як зміна морфології пористої структури та перехід від режиму росту пор до електрополірування з часом травлення. Проведення розрахунків у рамках розробленої моделі формування пор у кремнії дозволяє відтворити ряд основних експериментально спостережених ефектів: лінійну залежність довжини пор від часу анодування на початкових етапах процесу та сповільнення росту при більш довгому травленні, що має місце завдяки дифузійно-лімітованому постачанню молекул плавикової кислоти вглиб пор (рис. 1); лінійну залежність швидкості росту пор від концентрації плавикової кислоти в електроліті та густини струму анодування, а також від концентрації основних носіїв заряду в кремнієвій пластині; утворення циліндричних пор при малих значеннях густини струму анодування та посилене розтравлювання кремнію в глибині пор при її збільшенні, перекриття сусідніх пор і, таким чином, перехід від режиму росту пор до електрополірування зі збільшенням часу травлення або густини струму, коли процес розчинення кремнію лімітується дифузійним постачанням молекул плавикової кислоти в зону реакції. Рівняння Фокера-Планка було чисельно розвязано для трьох випадків: дифузійно-лімітований ріст кристалів у товщину (), ріст, що лімітується протіканням реакції на бічній поверхні (), та ріст, лімітований вбудовуванням атомів кремнію в бічну поверхню кристалу за рахунок виграшу у вільній енергії системи пар-кристал (). При апроксимації експериментальних даних з кінетики гетерування платини прихованими пористими шарами в кремнії теоретичними кривими, розрахованими в наближенні еволюції однієї просторової моди, визначено значення потоків міжвузлових атомів кремнію з гетерної області та характерний час затухання емісії міжвузлових атомів кремнію, який становить величину порядку кількох сотен секунд.