Процессы релаксации и энергообмена в массивах кремниевых нанокристаллов

• Автор: Бурдов, Владимир Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 297 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Нанокристаллы кремния в широкозонных матрицах

1.1. Голубой сдвиг

1.2. Интерфейсные состояния

1.3. Характерные времена люминесценции

1.4. Влияние мелких примесей на люминесценцию

1.5. Расчеты ширины оптической щели

1.6. Межзонные излучательные переходы

1.7. Безызлучательная релаксация

1.8. Миграционные процессы

Глава 2. Электронная структура нанокристаллов кремния
2.1. Энергии и волновые функции носителей в нанокристаллах кремния с учетом анизотропии реальной зонной структуры. Модель бесконечно высоких барьеров
2.2. Эффект квантового конфайнмента
2.3. Поляризационные поправки
2.4. Экситонная поправка. Оптическая щель
2.5. Выводы к главе
Глава 3. Электронная структура нанокристаллов кремния с мелкими примесями
3.1. Водородоподобные и реальные примеси
3.2. Экранирование поля примесного иона
3.3. Нанокристаллы кремния с водородоподобным акцептором. Дырочные состояния
3.4. Нанокристаллы кремния с водородоподобным акцептором. Электронные состояния

3.5. Нанокристаллы кремния с реальными акцепторами. Дырочные состояния
3.6. Нанокристаллы кремния с реальными донорами. Электронные состояния
3.7. Замечание об энергетической щели нанокристалла кремния с примесью
3.8. Выводы к главе
Глава 4. Межзонная излучательная рекомбинация в кремниевых нанокристаллах
4.1. Переходы, идущие без участия фононов
4.2. Межзонные переходы с участием фононов
4.3. Излучательные переходы в нанокристаллах с водородоподобными примесями
4.4. Излучательные переходы в нанокристаллах кремния с реальными донорами
4.5. Излучательные переходы в нанокристаллах кремния с реальными акцепторами
4.6. Заключительные замечания к главе
Глава 5. Безызлучательные процессы в нанокристаллах кремния
5.1. Уход носителей на поверхность
5.2. Роль примеси
5.3. Оже-рекомбинация
5.4. Выводы к главе
Глава 6. Миграция элементарных возбуждений в ансамблях нанокристаллов кремния
6.1. Туннелирование электронов и дырок
6.2. Влияние доноров на туннельную миграцию - блокада туннелирования
6.3. Ферстеровский перенос экситонов
6.4. Экситонный перенос в нанокристаллах с примесью
6.5. Выводы к главе
Глава 7. Компьютерное моделирование энергообмена и люминесценции в ансамблях нанокристаллов кремния

7.1. Постановка задачи
7.2. Размещение нанокристаллов и метод расчета
7.3. Моделирование релаксационной динамики массива нанокристаллов кремния, сформированного в многослойной нанопериодической структуре
7.4. Замечание об экспериментальном определении ширины оптической щели нанокристалла как функции его размера
7.5. Люминесценция в массивах нанокристаллов кремния с фосфором
7.6. Выводы к главе
Заключение
Список литературы
Перечень основных работ автора по теме диссертации

потенциальные барьеры, составляющие, как правило, единицы электронвольт. Эти барьеры образуют так называемый потенциал конфайнмента, который главным образом и определяет энергетический спектр электронов и дырок в нанокристалле. По сути, все обсуждаемые в дальнейшем свойства нанокристаллов кремния обусловлены в первую очередь именно существованием потенциала конфайнмента для носителей в нанокристалле.
1.1. Голубой сдвиг
Одним из главных проявлений эффекта квантового ограничения движения носителей в нанокристалле является размерное квантование их энергий, приводящее к увеличению оптической щели нанокристалла при уменьшении его размера. При этом, для любых размеров нанокристалла, его оптическая щель е (Я) оказывается больше ширины запрещенной зоны объемного кремния £&, равной 1.12 эВ при комнатной температуре. Именно это
смещение значения энергии запрещенной зоны в сторону ее увеличения и называют голубым сдвигом. Энергия излучательного перехода в объемном кремнии, совпадающая с , соответствует ближнему инфракрасному
диапазону. В то же время в нанокристаллах кремния можно увеличить энергию излучаемого фотона за счет голубого сдвига, в результате чего линия излучения нанокристалла попадет уже в видимый диапазон. Явление голубого сдвига наблюдалось в структурах на основе различных полупроводниковых материалов, в том числе, и в кремниевых нано кристаллах, что было продемонстрировано, например, в работах [59-61] и проиллюстрировано рисунком 1.1.
Средний размер нанокристаллов кремния, в случае, показанном на рисунке 1.1, контролировался по избыточной концентрации кремния, вводившегося в образец. При этом, полагалось, что самые малые нанокристаллы образуются в образцах с самым низким содержанием кремния.