Структурні i люмiнесцентнi властивості поруватого кремнiю, отриманого методом анодного електрохiмiчного травлення - Автореферат

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук Структурні i люмінесцентні властивості поруватого кремнію, отриманого методом анодного електрохімічного травлення Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук, доцентПроте поруватий кремній досі залишається недостатньо дослідженим і єдиної несуперечливої моделі, що пояснює причини появлення у ньому фото-і електролюмінесценції не існує. Не існує також і загальноприйнятої моделі, що пояснює формування шарів поруватого кремнію під час анодного електрохімічного травлення. У представленій роботі узагальнено результати досліджень структурних і люмінесцентних властивостей поруватого кремнію, отриманого методом анодного електрохімічного травлення. Це включає: вплив кристалографічної орієнтації монокристалічного кремнію на квантовий вихід фотолюмінесценції поруватого кремнію в процесі анодизації; вивчення механізму струмопереносу; вивчення механізму генерації і випромінювальної рекомбінації, особливостей характеристик електролюмінесценції, а також впливу рівня інжекції носіїв заряду на її квантовий вихід. Для реалізації поставленої мети необхідно було вирішити такі експериментальні та теоретичні проблеми: Розробка методики і технології отримання фотолюмінесцуючих шарів поруватого кремнію на пластинах кремнію із різним рівнем легування і кристалографічною орієнтацією;Встановлено, що цей метод дозволяє варіювати морфологію і товщину шарів поруватого кремнію, а також його фізико-хімічні властивості у широких межах.Розглянуто фотолюмінесцентні властивості поруватого кремнію, а також існуючі моделі, що описують виникнення фотолюмінесценції в нанокристалітах кремнію. У другому розділі описано технологію отримання люмінесцуючих шарів поруватого кремнію і структур на його основі, а також методики дослідження електрофізичних та оптичних властивостей зразків. Причина слабкого змінення ємності в товстих шарах (d > 10 мкм) повязується з утворенням розмитості гетеромежі між ПК і с-Si та утворенням компенсованого перехідного шару в процесі анодного травлення кремнію. Експериментально отримані залежності ємності структур від прикладеного постійного зміщення, товщини шару ПК на частоті 1 МГЦ добре погоджуються із розрахунковими, якщо врахувати, що ємність структури (C) включає дві послідовно зєднані ємності - геометричну ємність шару поруватого кремнію (CPS) і ємність потенціального барєру гетеромежі ПК-(с-Si) (СГ). Для зразків ПК, отриманих на підкладці з кристалографічною орієнтацією (111), спостерігається зворотна картина, а саме зменшення характерного розміру кластерів при збільшенні варійованих параметрів. поруватий кремній електролюмінесценція анодизаціяВипромінювальна рекомбінація носіїв заряду у видимій ділянці оптичного спектру повязується із зміною середнього діаметру квантових ниток у матриці кремнію. Вперше застосовано модифіковану методику, що дозволяє проводити розрахунок середніх розмірів нанокластерів кремнію в досліджених шарах поруватого кремнію. Середні діаметри нанокластерів кремнію досліджених зразків знаходяться у діапазоні 36-45 A, а максимуми спектрів фотолюмінесценції шарів поруватого кремнію, в залежності від параметрів анодизації, знаходяться у діапазоні 580-780 нм. Вперше встановлено кореляцію між характерними розмірами мікроструктури поруватого кремнію і його фотолюмінесцентними властивостями при тривалому збереженні на відкритому повітрі. Розроблено напівякісну теоретичну модель фоточутливості гетеропереходу ПК-(с-Si) на основі низькорозмірного поруватого кремнію, яка дозволяє визначати ефективну ширину забороненої зони і середній діаметр квантових ниток.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ