Моделирование оптических свойств и электронной структуры трёх фаз углерода и пористого кремния

• Автор: Тимонов, Александр Петрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 282 с. : ил. + Прил. (89 с.: ил.)

Условные сокращения

Глава 1. Литературный обзор

1Л. Алмаз

1.1.1. Структура, кристаллохимия и некоторые общие свойства

1.1.2. Оптические свойства

1.1.3. Результаты теоретического моделирования энергетических зон и оптических спектров

1.2. Г р а ф н г

1.2.1. Структура, кристаллохимия и некоторые общие свойства

1.2.2. Оптические свойства

1.2.3. Результаты теоретического моделирования энергетических зон и оптических спектров

1.3. Аморфный углерод

1.3.1. Структура, кристаллохимия и некоторые общие свойства
1.3.2. Оптические свойства
1.3.3. Результаты теоретического моделирования плотности состояний
1.4. П о р и е г ы й к ремн и й (PSi) и и а н о к л а е т еры к р е м н и я (nSi)
1.4.1. Структура, кристаллохимия и некоторые общие свойства
1.4.2. Оптические свойства
1.4.3. Результаты теоретического моделирования энергетических зон и оптических спектров
1.5. Выводы
1.6. Постановка задачи
Глава 2. Методы моделирования спектров оптических функций
2.1. Расчёт оптических функций
2.1.1. Фундаментальные оптические функции
2.1.2. Некоторые общие положения электронной теории дисперсии диэлектрической проницаемости £2(Е)
2.1.3. Дисперсионные соотношения Крамерса-Кронига
2.1.4. Расчёт оптических функций из спектров отражения R(E)
2.2. Разложение диэлектрической проницаемости si(£) и е2(Е) методом объединённых диаграмм Арганда
2.3. Расчёт диэлектрической проницаемости матрицы пористого кремния

2.4. Выводы
Глава 3. А л м а з. Результаты моделирования оптических функций и
разложения на компоненты интегральных спектров Єг(Е)
3.1. Комплекс спектров оптических функций
3.2. Разложение на компоненты спектра ё2(Е) и природа переходов.
Сопоставление с теоретическими данными
3.3. Выводы
Глава 4. 1' р а ф и т. Результаты моделирования оптических функций и
разложения на компоненты интегральных спектров Єг(Е)
4.1. Поляризация Е 1С
4.1.1. Комплекс спектров оптических функций. Сопоставление с теоретическими спектрами
4.1.2. Разложение на компоненты спектра е2(Е) и природа переходов.
Сопоставление с теоретическими данными
4.2. Поляризация Е || С
4.2.1. Комплекс спектров оптических функций. Сопоставление с теоретическими спектрами
4.2.2. Разложение на компоненты спектра е2(Е) и природи переходов.
Сопоставление с теоретическими данными
4.3. Влияние поляризации света на оптические спектры графита и результаты
разложения ЕгСЕ) на компоненты
4.3.1. Комплекс спектров оптических функций
4.3.2. Разложение на компоненты спектра е2(Е)
4.4. Выводы
Глава 5. А м о р ф н ы й у і л е р о д. Результаты моделирования оптических
функций и разложения на компоненты интегральных спектров е2(Е)
5.1. Стеклообразный ^-С) и аморфный (а-С) углерод без водорода
5.1.1. Комплекс спектров оптических функций
5.1.2. Разложение на компоненты спектра е2(Е)
5.2. Аморфный углерод с водородом (а-С:Н)
5.2.1. Комплекс спектров оптических функций
5.2.2. Разложение на компоненты спектра е2(Е)
5.3. Выводы

Глава 6. Сравнение оптических функций и результатов разложения спектров
е2(£) разных модификаций углерода (алмаз, графит, аморфный углерод)
6.1. Комплекс спектров оптических функций
6.2. Разложение на компоненты спектра г2(Е)
6.3. Выводы
Глава 7. П ористый к р е м н и й. Результаты моделирования оптических
функций и разложения на компоненты интегральных спектров ъ2(Е)
7.1. Образцы PSi, полученные на основе кремния с электропроводимостью р+-типа
(КГ2 Ом-см). Область энергии 1.5—5.0 эВ
7.1.1. Комплекс спектров оптических функций
7.1.2. Разложение на компоненты спектра в2(Е)
7.2. Образцы PSi, полученные на основе кремния с электропроводимостью р-типа
(10-25 Ом-см). Область энергии 1.5-5.0 эВ
7.2.1. Комплекс спектров оптических функций
7.2.2. Разложение на компоненты спектра е2(Е)
7.3. Образцы PSi, полученные на основе кремния с электропроводимостью р-типа
(10-20 Ом-см). Область энергии 1-20 эВ
7.3.1. Комплекс спектров оптических функций. Сопоставление с теоретическими спектрами
7.3.2. Разложение на компоненты спектра е2(Е)
7.4. Выводы
Заключение
Библиографический список использованной литературы
Библиографический список публикаций по теме диссертации
Дополнительный том для приложений
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

Спектры отражения кластеров nSi (rf-3-13 нм) в ~3-4 раза менее интенсивны, чем у c-Si (рис.1.17h). При этом, пик кривой при -3.4 эВ (R~0.7) образца с—Si, у кластеров смещается к большим энергиям от -3.45 (Ä-0.24; rf-13 нм) до -3.55 эВ (7?—0.19; d~3 пм) [117].
По эллипсометрическим данным 1110.118,119] спектры е2 образцов PSi р и р'-типов заметно различаются (рис.1.18а-с). При увеличении сопротивления р от -0.01 до ~0.2Ом см интенсивность 82 резко снижается, полоса при -4.2 эВ остаётся без изменения энергии, а при -3.1 эВ - исчезает (рис.1.18а). Кроме того, дальнейший рост сопротивления в -40 раз (до -8 ОМ'См) ПОЧТИ не изменил форму и интенсивность кривой [110]. Интенсивность S2(PSi) с увеличением пористости Р уменьшается (рис.1.18Ь,с) [118,119]. В кривых е2 плёнок PSi р-типа присутствует пик в области -4.2 эВ, который быстро теряет интенсивность от 82-6.9 (Р~48%) до -1.2 (Р~77%) и/или ненамного (<0.3 эВ) сдвигается в область больших энергий; менее интенсивное слабовыраженное плечо ещё быстрее теряет интенсивность и смещается в более коротковолновую область от -3.4 (Р~48%) до -3.8 эВ (Р-48%) (рис.1.18Ь). Известно, что в отличие от аморфных образцов a-Si [107] и a-Si:H [120], спектр ег(с—Si) в области 1.5 6.0 эВ характерен интенсивным дублетом с чёткими пиками при -3.4 (е2~37) и -4.2 эВ (82-45) [124]. Форма кривой S2(c-Si) в области 3.2-5 эВ сохраняется для S2(PSi) образцов р*~ типа с параметром Р<Ъ% (рис.1.18с) [118,119]. При этом, увеличение пористости сильно уменьшает интенсивность полосы при -4.2 эВ от 82-27.8 (В-19%) до -1.6 (-80%) без изменения энергии и при Р<31% полоса ещё имеет форму пика, т.е. хорошо выражена. Аналогично, пик при -3.4 эВ убывает от 82-25 (Р~ 19%) до -17-22 (-31%). Для параметра Р>31% дальнейшая эволюция этого пика неизвестна из-за наличия широкой и интенсивной, возможно, диффузной полосы в области 3.0-3.3 эВ, которая при -3.0 эВ сначала растёт от 82-13.7 (Р~19%) до -16.8 (-31%), а потом монотонно убывает и сдвигается к большим энергиям до -3.5 эВ (е2~2, Р~80%) [110,119]. Однако, в 82 работы [118] нет диффузной полосы и е2(Р~57%) имеет плечо при -3.4 эВ (ё2~4.8). В кривых ъ2 плёнок PSi р-типа. в отличие от р+-типа, диффузная полоса отсутствует [110,118,119].
По данным 82 [120] при переходе от объёмных материалов с—Si до нанокластеров nSi происходят: уменьшение интенсивности ег в несколько раз; сохранение характерных для 8г(с—Si) положений структур; ДВКСП смещается в область больших энергий; видоизменяется форма основных структур (рис.1.18d). При этом, в спектре 82 nSi(cM).6HM) находится широкий максимум при -4.0 эВ fe-lO) и, возможно, слабовыраженное плечо при -3.3 эВ (82-9). С уменьшением d происходит монотонное и почти линейное "синее" смещение ДВКСП от £gi~2.7 эВ (сЫ ,25нм) до -3.0 эВ («О.бнм) для 523К (рис.1.18е).