Особенности электронно-энергетического строения и оптических свойств нанокомпозитов с железом и кобальтом в пористом кремнии

• Автор: Леньшин, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Содержание
Введение
ГЛАВА 1. Состав, структура, физические свойства пористого кремния и пористого кремния с осажденными Зс1- металлами
1.1. Основные характеристики пористого кремния и пористого кремния с осажденными Зс1- металлами
1.2. Методы получения
1.3. Физические основы метода ультрамягкой рентгеновской спектроскопии в исследовании электронной структуры твердых тел
1.4. Выводы. Цель работы и задачи исследования
ГЛАВА 2. Методики получения и исследования морфологии, электронного строения, фазового состава и оптических свойств композитов на основе пористого кремния
2.1. Получение пористого кремния с Зё- металлами
2.2. Ультрамягкие Рентгеновские эмиссионные спектры (иВХЕЗ)
2.3. Фазовый компьютерный анализ по эмиссионным рентгеновским спектрам
2.4. Синхротронные спектры ближней тонкой структуры рентгеновского поглощения (ХАМЕБ)
2.5. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (ХР8)
2.6. Спектры фотолюминесценции и спектры и спектры возбуждения фотолюминесценции
2.7 Растровая электронная микроскопия
2.8 Техника регистрации ИК-фурье спектров

ГЛАВА 3. Морфология, электронное строение и фазовый состав пористого кремния с осажденными железом и кобальтом
3.1. Исследование морфологии и элементного состава образцов пористого кремния с осажденными железом и кобальтом методом растровой электронной микроскопии
3.2. Исследование электронного строения валентной зоны и фазового состава образцов пористого кремния с осаждёнными металлами методом USXES
3.3. XANES - исследования электронного строения зоны проводимости нанокомпозитов на основе пористого кремния с 3d - металлами
3.4. Рентгеновские фотоэлектронные спектры XPS образцов нанокомпозитов на основе пористого кремния с Fe и Со
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. Оптические свойства нанокомпозитов 3d- металл/пористый кремний
4.1. Исследование нанокомпозитов Fe и Со на основе пористого кремния методами ИК-спектроскопии
4.2. Фотолюминесцентные свойства образцов пористого кремния с осажденными 3d - металлами
4.3. Модель образования нанокомпозитов 3d -металл/пористый кремний
4.4. Выводы
Основные результаты и выводы
Список литературы

Введение
Актуальность работы;
В настоящее время значительное внимание научной общественности привлечено к той области физики твердого тела, которая связана с изучением различных наноразмерных структур. Материалы, содержащие наноразмерные структуры, вызывают серьёзный интерес в силу своих уникальных физических свойств, которые не могут быть реализованы в объемных материалах и материалах с неоднородностями больших размеров.
Процесс создания наноразмерных структур путем осаждения металлов в пористый кремний имеет неоспоримые преимущества, поскольку он сравнительно дешев и совместим с традиционной технологией обработки кремниевых полупроводниковых структур. Однако на практике оказывается, что этот процесс представляет собой достаточно сложную задачу. Электрохимическое осаждение 36- металлов из водных растворов соответствующих солей представляется более привлекательным по сравнению с химическим поскольку, как правило, является значительно более контролируемым и эффективным процессом.
Модифицированный осаждением металла пористый кремний может быть интересен для различных практических применений. Особый интерес представляет формирование магнитных наночастиц на основе ферромагнитных металлов Ре, Со, № в диэлектрической матрице, которая в этом случае может служить основой для изготовления ячеек памяти.
Модифицированный осаждением металла пористый кремний можно использовать для создания эффективных электролюминесцентных и эмитирующих электроны приборов, так как введение нанокристаллов металла улучшает токопрохождение через слой рог-Бц кроме того, излучать свет могут не только нанокристаллы кремния, но и нанокристаллы металла. Композиты металл/пористый кремний, благодаря большой общей площади имеют специфические каталитические свойства и могут эффективно
водорастворимый комплекс (НБб) и диффузия его в объем раствора -полностью совпадают во всех процессах [54].
Как уже отмечалось выше, ПК формируется как слой на поверхности пластины монокристаллического кремния с-Б1 р- или п-типа. Установлено, что как для п-81 и так и для р-81 поры имеют вид перпендикулярных поверхности каналов диаметром в несколько десятков нанометров с более мелкими боковыми ответвлениями. Для образцов слаболегированного р-81 или при освещении п-81 формируется структура в виде губки или коралла. Размеры пор и непротравленных участков при этом составляют всего несколько нанометров [15]. Сильно развитая поверхность пористого кремния содержит водородные и кислородные комплексы. Что касается микроструктуры, то в пористом кремнии наблюдаются оборванные связи кремния и микрополости.
Электрохимический способ травления применяется чаще, так как он является более контролируемым, в отличие от химического травления. Изменяя плотность тока и времена анодирования можно изменять характерные размеры элементов микроструктуры, толщину пористого слоя и другие характеристики материала. Было установлено, что процесс анодирования приводит к образованию квантовых "нитей" или "проводов" с диаметром от нескольких единиц до сотен нм, которые отвечают за характерные свойства пористого кремния [1]. Многочисленными экспериментами установлено, что процесс анодного травления чувствителен к кристаллографической ориентации: квантовые нити, полученные при травлении в определённых условиях, ориентированы преимущественно вдоль кубической оси {100} [55] . Однако в зависимости от режима травления система нитей может быть менее регулярной со структурой типа коралла. Отметим достаточно очевидный факт, заключающийся в том, что пористый кремний с малой пористостью и с пористостью высокой резко отличаются друг от друга не только структурными свойствами, но и оптическими и электрическими [56, 57]. Величина пористости для люминесцирующего
пористого кремния составляет обычно от 50 до 85 % [1].