Исследование тонкопленочных нанокомпозитов сегнетоэлектрик-полупроводник для оптоэлектронных применений

• Автор: Федоров, Константин Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Перечень условных обозначений и сокращений
Введение
Глава 1. Тонкопленочные сегнетоэлектрические структуры: применение и свойства
1.1. Применение сегнетоэлектрических пленок: устройства памяти, сенсоры и солнечные элементы
1.2. Электрофизические свойства сегнетоэлектрических материалов
1.2.1. Спонтанная поляризация и сегнетоэлектрический гистерезис как основные характеристики сегнетоэлектрических материалов
1.2.2. Механизмы токопереноса в конденсаторных структурах на основе сегнетоэлектриков
1.2.3. Фотоэлектрические свойства объемных сегнетоэлектрических конденсаторных структур
1.3. Особенности сегнетоэлектрических тонкопленочных
нанокомпозитов сегнетоэлектрик-полупроводник
1.3.1. Влияние размерных эффектов на электрофизические характеристики тонких пленок сегнетоэлектриков
1.3.2. Фотоэлектрические свойства тонких сегнетоэлектрических пленок
и структур на их основе (гетерофазность и границы раздела)
Выводы по 1 главе
Постановка задачи
Глава 2. Технология получения тонкопленочных нанокомпозитов сегнетоэлектрик-полупроводник и методика их исследования
2.1. Технология получения тонкопленочных нанокомпозитов сегнетоэлектрик-полупроводник
2.1.1. Технологии получения тонких пленок сегнетоэлектриков
2.1.2. Конденсаторные структуры с пленками ЦТС, полученные по технологии химического осаждения из газовой фазы
2.1.3. Конденсаторные структуры с пленками ЦТС, полученные по технологии золь-гель
2.1.4. Выбор подложки, выбор и нанесение верхних и нижних
электродов
2.2. Методы исследования тонкопленочных сегнетоэлектрических конденсаторов

2.2.1. Методика исследования петель сегнетоэлектрического гистерезиса
2.2.2. Методика измерения вольт-амперных зависимостей и токов утечки
2.2.3. Методика исследования фотоэлектрических свойств гетерофазных
конденсаторных структур
Выводы по 2 главе
Глава 3. Исследования тонкопленочных конденсаторных структур на основе нанокомпозитов сегнетоэлектрик-полупроводник,
сформированных различными технологическими методами
3.1. Исследование свойств гетерофазных сегнетоэлектрических пленок ЦТС, полученных по технологии МОСУИ
3.1.1. Электрофизические свойства гетерофазных пленок ЦТС
3.1.2. Фотоэлектрические свойства гетерофазных пленок ЦТС
3.1.3. Влияние старения на свойства гетерофазных пленок ЦТС
3.2. Исследование свойств гетерофазных сегнетоэлектрических пленок
ЦТС, полученных по технологии золь-гель
3.2.1. Электрофизические свойства гетерофазных пленок ЦТС
3.2.2. Фотоэлектрические свойства гетерофазных пленок ЦТС
3.3. Модельное представление гетерофазных наноструктурированных
пленок ЦТС
Выводы по 3 главе
Глава 4. Анализ возможности использования тонкопленочных нанокомпозитов сегнетоэлектрик-полупроводник для оптоэлектронных применений
4.1. Влияние технологии и состава гетерофазных пленок ЦТС на фотоэлектрические свойства конденсаторных структур на их основе
4.1.1. Исследование стационарности фототока короткого замыкания
4.1.2. Исследование зависимости фототока короткого замыкания от длины волны и интенсивности падающего излучения
4.1.3. Исследование времени релаксации фототока короткого замыкания
4.2. Влияние концентрации свинца в исходном пленкообразующем растворе на структуру гетерофазных пленок ЦТС и на фототок короткого замыкания
4.3. Модель тонкопленочной конденсаторной структуры с нанокомпозитом сегнетоэлектрик-полупроводник
4.4. Возможные способы использования тонкопленочной конденсаторной структуры с нанокомпозитом сегнетоэлектрик-полупроводник для оптоэлектронных применений

Выводы по 4 главе
Заключение
Список литературы
Приложения

Другой подход к объяснению микроскопического механизма “оптического искажения” был предложен Джонстном [20]. Автор предположил, что при освещении сегнетоэлектрика изменение дипольных моментов примесей за счет их оптической перезарядки приводит к изменению макроскопической поляризации и соответствующему изменению двулучепреломления внутри светового пятна Ans ~ АРсп. Таким образом, внутри светового пятна возникает поле градиента
спонтанной поляризации, обуславливающее дрейф неравновесных носителей за пределы светового пятна. На границе светового пятна, как это предполагалось и в модели Чена, носители захватываются глубокими уровнями, причем равновесие наступает тогда, когда поле, которое создают захваченные ловушками носители, полностью экранирует поле градиента поляризации.
После выключения света за короткое время происходит рекомбинация возбужденных электронов (локализованных на мелких примесных уровнях) с ионизированными центрами, что приводит к тому, что внутри светового пятна АРсп —> 0. Что касается экранирующего заряда на периферии светового пятна, то он, будучи образован носителями, захваченными на глубокие уровни, сохраняется длительное время, которое зависит от энергии этих уровней и температуры. Тем самым, после прекращения освещения внутри светового пятна образуется электрическое поле, которое, благодаря электрооптическому эффекту, приводит к изменению показателя преломления щ. Это поле ~ 4л:ДРсп/е, где ДРсп - начальное изменение спонтанной поляризации внутри светового пятна. В равновесии стационарное значение Дns определяется величиной АРсп. Таким образом, в этой модели два основных механизма, ответственных за фотосегнетоэлектрические явления (оптическая перезарядка уровней и экранирование Рс„), выступают совместно.
Обобщая, можно выделить основные требования, необходимые для наблюдения эффекта ’’оптического искажения”. Прежде всего, для получения заметной величины Дns в исследуемых кристаллах должны быть достаточно велики электрооптические коэффициенты. Значение Дщ зависит также от длительности экспозиции. Необходимо наличие поглощающих центров, которые фотоионизируются излучением. Возникновение эффекта “оптического искажения” не требует когерентности возбуждающего света; одним из основных условий заметного изменения двулучепреломления является достаточно высокая энергия излучения. Также необходимо наличие достаточного количества ловушечных центров и возможность переноса носителей для создания внутренних полей, которая заключается в том, что свободные носители, электроны или дырки, обладают подвижностью, достаточной для того, чтобы попасть на ловушку до