Дослідження оптичних та люмінесцентних властивостей поруватого кремнію і структур на його основі. Розробка лабораторної технології та вивчення фізико-хімічних особливостей формування і морфології шарів поруватого кремнію, визначення їх оптичних констант.
Аннотация к работе
Проблему застосування кремнію в оптоелектроніці сьогодні можна вирішити шляхом формування у діелектричному матеріалі (наприклад, SIO2) кремнієвих кристалів нанометрових розмірів, які володіють унікальними електронними і оптичними властивостями. Відкриття Кенхемом в 1990 році інтенсивної видимої фотолюмінесценції (ФЛ) ПК при кімнатній температурі дало перспективу застосування кремнію в оптоелектроніці, наноелектроніці і породило принципово нові ідеї створення інтегрованих мікро-та оптоелектронних приладів на одній кремнієвій підкладці. Незважаючи на велику кількість публікацій і перші успішні спроби створення пристроїв фотоніки на основі поруватих кремнієвих структур, фізика процесів перенесення заряду та люмінесценції ПК у видимій ділянці спектру, механізми її деградації не знайшли однозначного трактування через складність як самого обєкту, так і процесів, що відбуваються в ньому. Сказане вище, доповнене практичною необхідністю застосування ПК у оптоелектронних приладах, сенсориці, біомедичних технологіях, визначило актуальність систематичного дослідження оптичних та люмінесцентних властивостей ПК і структур на його основі. Дисертаційна робота повязана з планами науково-дослідних робіт кафедри радіоелектронного матеріалознавства Львівського національного університету імені Івана Франка і виконувалася в рамках наступних держбюджетних тем: “Світловипромінювальні властивості і явища перенесення в низькорозмірному поруватому кремнії та деяких сильнолегованих напівпровідникових фазах” (реєстраційний № 0198U004836); “Встановлення механізмів впливу водню і кисню на формування фізичних властивостей напівпровідникових і оксидних матеріалів” (реєстраційний № 0100U004099); “Релаксація збуджень та зарядових накопичень в нано-(мезо-, мікро-) поруватому кремнії з активним поверхневим покриттям” (реєстраційний № 0103U001901); “Закономірності агрегатизації киснево-водневих комплексів в складних оксидах та нанокомпозитах на основі кремнію” (реєстраційний № 0106U001311); “Механізм взаємодії компонентів, електронні та транспортні процеси у гібридних наносистемах полімер-напівпровідник” (реєстраційний №0109U002086).У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, показано її звязок з науковими програмами, планами та темами, сформульовано мету та основні завдання роботи, висвітлено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, визначено особистий внесок здобувача в процесі виконання роботи, наведені апробація результатів, структура та обсяг роботи, відзначено кількість публікацій за матеріалами дисертації.Електрохімічним методом одержано шари нано-(мезо-, мікро-) поруватого кремнію на поверхнях (111), (100) монокристалічних полірованих кремнієвих пластин різного типу провідності і ступеня легування. Практичний інтерес для оптимізації технології контрольованого формування ПК викликають залежності основних параметрів (поруватості, товщини) від умов проведення процесу електрохімічного травлення: тривалості анодної обробки, вмісту плавикової кислоти в електроліті, густини анодного струму, інтенсивності освітлення, ступеня легування вихідного кремнію. Залежність оптичних констант ПК від поруватості стимулювала розробку неруйнівного методу її контролю, який базується на еліпсометричному визначенні ефективного показника заломлення та подальшим розрахунком ступеня поруватості за виразом, що випливає з формули Лорентц - Лоренца та ізотропної моделі “ефективного середовища” Бруггемана: , (1) де р - поруватість, n1, n - показники заломлення кремнію та поруватого шару відповідно, n0 - показник заломлення середовища пор. Оже-електронні спектри структури ПК - кремнієва підкладка порівнювались з спектрами ОЕС тонких плівок природного оксиду на поверхні вихідного монокристалічного кремнію (рис.5, вкладка). Встановлено, що спектри ФЛ характеризуються близькими за формою до гауссової смугами шириною ?200 нм з максимумами в ділянці 620?730 нм.Встановлено основні фізико-хімічні закономірності формування шарів ПК з контрольованою товщиною (0,1?100 мкм) і ступенем поруватості (20?95 %). Розраховано часовий розподіл температури на поверхні кремнію для різних значень густини енергії (15?40 Дж/см2) імпульсного лазерного опромінення. Вивчено вплив лазерного опромінення на формування і морфологію шарів ПК та одержано макропоруваті шари на лазерно модифікованих монокристалах p-Si. На основі еліпсометричних досліджень визначено ефективний показник заломлення ПК, значення якого змінювалось у межах 1,4?2,5 в залежності від ступеня поруватості. Встановлено, що основні смуги поглинання в ІЧ спектрі ПК зумовлені адсорбцією гідрогену і гідроксильних груп у процесі анодизації та наявністю оксигену і карбону внаслідок його природного старіння.