Особенности электронно-энергетического строения материалов с нанокристаллами кремния

• Автор: Панков, Константин Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 111 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1.1 Проблемы и перспективы использования кремния в электронных приборах

1.2 Закономерности формирования и электронно-энергетическое строение нанокластеров и нанокристаллов кремния
1.3 Теоретические основы методов исследования электронной структуры твёрдых тел с помощью рентгеновского излучения

1.3.1 Метод ультрамягкой рентгеновской эмиссионной спектроскопии

1.3.2 Спектроскопия ближней тонкой структуры рентгеновского поглощения

1.3.3 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

1.4 Выводы и формулирование задач исследований

ГЛАВА 2. Методика исследования образцов

2.1 Методика получения нанопорошков кремния
2.2 Получение плёнок БЮг, содержащих нанокристаллы кремния
2.3 Методы исследования образцов
ГЛАВА 3. Фазовый состав и оптические свойства нанопорошков кремния,
полученных распылением мощным электронным пучком
ГЛАВА 4. Исследование электронно-энергетического строения нанокластеров 81 в 8Ю2, полученных термическим отжигом субоксида
кремния
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Актуальность работы обусловлена необходимостью модификации свойств кремния как базового материала для современной микро- и наноэлектронной технологии. Создание на его основе структур, содержащих в объёме или на поверхности наноразмерные слои, кластеры или нанокристаллы, позволяет придать кремнию новые уникальные физические свойста, не присущие ему в обычном, объёмно-кристаллическом состоянии. Сюда можно отнести фотолюминесценцию с высоким квантовым выходом в видимом и ближнем ИК диапазоне для непрямозонного полупроводника, суперпарамагнетизм, чрезвычайно высокое значение сечения фотопоглощения и т.д. Процессы взаимодействия наноразмерных структур с подложкой или с окружающей матрицей могут и должны приводить к формированию тонких переходных областей, которые существенно влияют на реальные свойства наноструктур. В перспективе интеграция электронных и оптических функций в рамках кремниевой технологии позволила бы осуществить качественный и заметный количественный скачок в развитии современной электронной техники. Кроме того, поскольку по своим электронным свойствам нанокристаллы приближаются к отдельным атомам, использование устройств на их основе перспективно и в классической электронике. Для процессов переключения или запоминания информации в таких приборах требуется минимальное количество заряда, что повышает быстродействие таких схем, их экономичность и соответственно понижает рассеиваемую мощность, большие значения которой у существующих приборов требуют применения специального охлаждения.
В настоящее время существует достаточно много способов наноструктурирования кремния. Рассматриваемые в работе - распыление массивного слитка электронным пучком и отжиг пересыщенного кремнием субоксида 8ЮХ представляют собой довольно дешёвые и

высокопроизводительные способы его получения, но сильно зависят от многих технологических параметров, зачастую трудно учитываемых. Поэтому вопрос о контроле вариаций локальной атомной и электронной структуры, возникающей при создании таких структур, чрезвычайно важен. При этом существенно то, что эти изменения происходят в основном по глубине изучаемых структур. Именно поэтому неразрушающий метод ШХЕБ, дающий информацию об локальной электронной плотности прилегающих атомов и использующий для возбуждения эмиссии электроны с определённой характерной длиной пробега в веществе, оказывается очень удобным для исследования таких структур. Метод ХАЫЕ8 при регистрации квантового выхода рентгеновского фотоэффекта ввиду своей специфики позволяющий анализировать тонкий приповерхностный слой (<5 нм), даёт ценную информацию о локальной электронной атомной структуре тонких слоёв.
Цель и основные задачи работы
Цель работы - изучение влияния метода получения и технологических параметров на электронно-энергетическое строение и фазово-компонентный состав структур, содержащих нанокристаллический кремний.
Основными задачами исследования является:
1. Получение данных об особенностях электронно-энергетического строения валентной зоны кремниевых наноматериалов методом ТХЕБ и анализ их фазового состава.
2. Изучение электронно-энергетического, строения зоны проводимости методом ХАИЕ8 и характеризация локального окружения атомов кремния на поверхности наноматериалов.
3. Установление структурных особенностей кристаллических фаз, входящих в состав наноматериалов методом ХМ).

падении рентгеновского пучка под углом <3 на поверхность фотокатода (Рис. 1.12) в слое сіх ежесекундно будет возникать
10[] -К(д>]

БІП()

БІпС>

электронов, где 10 - интенсивность падающего пучка, ц - линейный коэффициент ослабления пучка в веществе фотокатода, 11(0) ~ коэффициент отражения от внешней границы фотокатода, который при самых маленьких 0 становится отличным от нуля и стремится к единице при дальнейшем уменьшении О (полное внешнее отражение).
Электроны, возникающие в слое бх, более или менее равномерно распределены по углам, поэтому доля электронов, летящих из слоя в направлениях, составляющих с нормалью к границе фотокатода углы от |/ до |/ + сК|/, будет равна:
б2п =

БІПС)

БІпС)
БІП [/ (1|/ бх
Если считать, что энергия подвижных электронов значительно больше работы выхода, то для определения величины эмиссии нужно умножить

выражение для бп на ехр

, где а - линейный коэффициент
СОБ у
ослабления электронного потока, и проинтегрировать по р от 0 до л/2 и по х от 0 до оо. В результате, обозначив число ежесекундно вылетающих электронов как Пв, получаем:

ц/ссбшС)

Так как 10 = К0—, где N0 - число ежесекундно влетающих квантов, а х
квантовый выход х:

то, следовательно, квантовый выход