Исследование процессов возбуждения электронной системы нанокристаллитов в пористом кремнии при молекулярном воздействии

• Автор: Сарен, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 170 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
I. Получение и характеристики слоев пористого кремния. Люминесцентные свойства и гипотезы, объясняющие видимую люминесценцию ПК

1.1 Получение, микроструктура и химический состав слоев пористого кремния

1Л. 1 Получение слоев пористого кремния

1Л .2 Микроструктура слоев пористого кремния

1.1.3 Химический состав слоев пористого кремния

1.2 Фотолюминесценция пористого кремния

1.2.1 Явление фотолюминесценции пористого кремния

1.2.2 Спектры возбуждения фотолюминесценции

1.2.3 Гипотезы, объясняющие видимую люминесценцию ПК
1.3 Электролюминесценция ПК в контакте с жидкофазным электролитом
1.3.1 Катодная электролюминесценция ПК
1.3.2 Электролюминесценция ПК при анодной поляризации
1.4 Возможности влияния на люминесцентные характеристики ПК
с помощью внешних воздействий
Выводы к разделу I. Постановка задач работы
II. Методика эксперимента
2.1 Методика приготовления слоев ПК на подложках и отделенных пленок ПК
2.1.1 Получение пористокремниевых слоев на подложках
2.1.2 Получение отделенных слоев ПК
2.2 Автоматизированный комплекс для исследования спектров и длинновременных кинетик люминесценции ПК при различных
видах возбуждения

2.3 Установка для исследования спектров возбуждения фотолюминесценции ПК
2.4 Измерение пропускания образцов ПК в инфракрасной области спектра
2.5 Измерение поглощения образцов ПК в видимой области
спектра
2.6 Измерение спектров ЭПР-поглощения ПК
2.7 Эллипсометрические исследования тонких пленок ПК
2.8 Измерение высокочастотных вольт-емкостных характеристик
МОП-структур с подслоем пористого кремния
Выводы к разделу II
III. Изучение эффекта люминесценции пористого кремния, возбуждаемой адсорбцией молекул озона
3.1 Спектральные закономерности адсорболюминесценции
3.2 Связь адсорболюминесценции с окислением пористого кремния
3.3 Генерация парамагнитных центров при окислении ПК в озоне
3.4 Генерация электрически активных дефектов в ПК при окислении в озоне
3.5 Природа люминесценции в ПК при адсорбции озона
3.6 Связь процесса фотодеградации пористого кремния с
генерацией дефектов при озоновом воздействии
Выводы к разделу III
IV. Электролюминесценция пористого кремния в контакте с
жидко фазным электролитом
4.1 ЭЛ ПК при катодных смещениях в электролите, содержащем персульфат-ионы
4.1.1 Образцы и методика эксперимента
4.1.2 Инжекция дырок в валентную зону кремния при катодных смещениях в электролите, содержащем персульфат-ионы

4.1.3 Сравнение поляризационных кривых для монокристалли-ческой и пористой поверхностей. Особенности катодной ЭЛ при использовании электролитов с различной смачивающей способностью. Вопрос о локализации электрохимической реакции
4.1.4 Катодная ЭЛ ПК в гальваностатическом режиме.
Окисление ПК в процессе катодной ЭЛ и деградация люминесцентных свойств
4.1.5 Катодная ЭЛ при вариации потенциала подложки
4.2 Электролюминесценция пористого кремния при анодных смещениях
4.2.1 Образцы и методика эксперимента
4.2.2 ЭЛ ПК при анодных смещениях в гальваностатическом режиме в электролитах различного состава
4.3 Корреляция сигналов анодной и катодной ЭЛ при изменении
люминесцентной активности ПК
Выводы к разделу IV
V. Связь спектров оптического пропускания и возбуждения фотолюминесценции с характеристиками излучающих фрагментов в пористом кремнии
5.1 О связи спектров оптического пропускания с фотолюминес-центными характеристиками в пористом кремнии
5.2 Взаимосвязь энергетического положения максимума спектра ФЛ и пороговой энергии возбуждения, определенной из спектра
ФВ, для образцов ПК различной пористости
Выводы к разделу V
Основные выводы
Список публикаций по теме диссертации
Список цитированной литературы

происходит возрастание ЭЛ сигнала, выход на максимум, и угасание до полного исчезновения ЭЛ. При этом на участке разгорания ЭЛ происходит движение спектра люминесценции в коротковолновую область. Потенциал подложки в течение этих трех периодов остается почти неизменным, наблюдается лишь его слабый рост. Непосредственно после исчезновения ЭЛ происходит резкое возрастание анодного потенциала.
Указанные свойства ЭЛ объясняются следующим образом [60]. В условиях гальваностатического режима, на начальной стадии окисления ток протекает через наиболее крупные и не способные к люминесценции макрообласти, которые и окисляются в первую очередь. При этом сигнал ЭЛ не наблюдается. Наличие окисной фазы увеличивает падение напряжения на поверхности макро-структур. Для поддержания постоянства тока во внешней цепи требуется увеличение анодного смещения, так что оно становится достаточным для инжекции дырок в квантово-размерные области с наибольшими размерами. Это - начало «красного» свечения, наблюдаемого при возникновении ЭЛ. Далее, из-за окисления поверхности больших кристаллитов, продолжает увеличиваться напряжение, так что становится возможной инжекция дырок во все более малые по размеру кристаллиты, приводя к наблюдаемому сдвигу ЭЛ спектра в сторону коротких длин волн. Таким образом, происходит селективная инжекция заряда в кристаллиты, что ведет к их селективному окислению.
Одновременный рост ФЛ и ЭЛ показывает, что происходит увеличение квантовой эффективности за счет модификации поверхности кристаллитов при росте окисла. При окислении сужаются мостики, связывающие кристаллиты с нелюминесцирующими областями объемного кремния, и уменьшается вероятность ухода носителей из кристаллитов, в связи с чем возрастает число излучательных переходов. Для проверки этого предположения был проведен эксперимент по измерению времени жизни носителей заряда от времени окисления, который показал, что время жизни действительно возрастает и коррелирует с ростом ФЛ отклика. Кроме того, возможно снижение скорости безызлучательной рекомбинации за счет улучшения пассивации поверхности кристаллитов [61].