Перенос носителей заряда в слоях пористого кремния с различной формой и поверхностным покрытием нанокристаллов

• Автор: Мартышов, Михаил Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Способы получения и структурные свойства пористого кремния

1.2 Определение концентрации свободных носителей заряда с помощью

ИК-спектроскопии

1.2.1 Инфракрасная спектроскопия пористого кремния

1.2.2 Определение концентрации свободных носителей заряда

1.2.3 Влияние адсорбции активных молекул на концентрацию свободных

носителей заряда

1.3 Перенос носителей заряда в ПК
1.3.1 Контактные явления на границе ПК/металл и ПК/кремний
1.3.2 Электропроводность ПК
1.3.3 Фотопроводимость ПК
1.3.4 Влияние адсорбции активных молекул на электропроводность

1.3.5 Модификация электрофизических свойств ПК при окислении
1.4 Выводы из обзора литературы и постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
2.1 Приготовление образцов мезопористого кремния
2.2 Методика измерения электропроводности и фотопроводимости
2.3 Регистрация ИК-спектров и определение концентрации свободных
носителей заряда
2.4 Получение и очистка адсорбатов
2.5 Адсорбционные измерения
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АНИЗОТРОПНОГО МЕЗОПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
3.1 Электропроводность мезопористого кремния на постоянном токе
3.2 Фотопроводимость мезопористого кремния

3.3 Электропроводность и ёмкость мезопористого кремния на переменном
3.4 Анизотропия электропроводности и ёмкости в слоях мезопористого
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ АДСОРБЦИИ АКТИВНЫХ МОЛЕКУЛ И ТЕРМИЧЕСКОГО ОТЖИГА НА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПК
4.1 Влияние адсорбции активных молекул на электропроводность ПК
4.1.1. Расчет концентрации свободных носителей заряда в образцах мезопористого кремния п- и р-типа на основе ИК-спектров пропускания
4.1.2. Изменение электропроводности ПК при адсорбции активных молекул
4.1.3. Подвижность свободных носителей заряда в мезопористом кремнии п- и р-типа
4.1.4. Температурные зависимости электропроводности до и после адсорбции активных молекул
4.2 Влияние термического отжига на электропроводность в ПК
4.2.1. Модификация электрофизических свойств изотропного ПК при термическом окислении
4.2.2. Модификация электрофизических свойств анизотропного ПК при термическом окислении
токе

кремния

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Одним из наиболее быстро развивающихся в настоящее время направлений современной физики является исследование электрических и фотоэлектрических свойств полупроводниковых низкоразмерных систем. Так, например, в литературе исследуются фундаментальные проблемы резонансного туннелирования носителей заряда в слоях вертикально упорядоченных нанокристаллов и вопросы кулоновской блокады в случае прохождения носителей заряда сквозь одиночный нанокристалл [1-3]. Особенно актуальным является изучение полупроводниковых нанокристаллов и квантовых точек, состоящих из кремния, поскольку данный химический элемент составляет основу современной полупроводниковой электроники. На данный момент широко обсуждаются возможности создания светоизлучающих диодов, одноэлектронных транзисторов и устройств памяти на основе кремниевых нанокристаллов [4-5].
На протяжении последних нескольких десятков лет внимание исследователей привлекает пористый кремний (НК), что связано с перспективами его использования в оптоэлектронике, сенсорике и медицине. Кроме того ПК может рассматриваться как удобный модельный объект для изучения оптических и фотоэлектрических свойств систем, содержащих ансамбли связанных кремниевых нанокристаллов, поскольку он довольно прост в получении и его структурные свойства легко варьируются в процессе роста.
Недавно было обнаружено, что ПК с анизотропией формы нанокристаллов обладает заметным двулучепреломлением [6]. Большинство работ посвящено исследованию линейных [6,7] и нелинейных [8] оптических свойств анизотропного ПК. Однако особенности переноса носителей заряда в анизотропном ПК не изучены. Также в литературе не обсуждаются механизмы рекомбинации неравновесных носителей заряда в таком
образуются вокруг пор, ПК был разделен на 4 группы. Итоговые результаты о механизмах переноса в ПК и характере электрического контакта приведены
в таблице 3.
Группа Свойства обедненных областей Характер проводимости при 300 К Температурная зависимость проводимости Наиболее вероятные свойства контактов
I Обедненные области слабо выражены или отсутствуют Проводимость по кремниевой матрице в соответствии с теорией эффективной среды в модели "Б! + воздух" Как у исходного кремния А1/ПК — ПШі — н, н
2 Обедненные области соседних пор не перекрываются Проводимость по необеднен-ным участкам кремниевой матрицы согласно теории эффективной среды в модели "Б! + (воздух + обедненные области)" Та же А1/ПК — ПК/Бі — В(Н), н
3 Обедненные области охватывают все межпоровое пространство Проводимость по обедненной кремниевой матрице в модели флуктуирующего потенциального рельефа Активационный характер зависимости с различной энергией активации АІ/ПК — ПК/Зі — в, В(Н)
4 Обедненные носителями нанокристаллы кремния различной фрактальной размерности окружены продуктами электрохимических реакций Проводимость по распределенным состояниям в меж-кристаллитной среде и(или) проводимость путем межкри-стаплитных перескоков Та же АІ/ПК — ПК/Зі — н, в
Таблица 3 Электрические свойства ПК. В таблице Н — невыпрямляющий,, В — выпрямляющий контакты; в скобках показаны другие возможные варианты. [68]
Чтобы исключить влияние контакта Ме/ПК при исследовании переноса носителей заряда вдоль поверхности слоя ПК можно использовать четырёхконтактный метод измерения проводимости. В работе [70] исследовались слои ПК п-типа с напылёнными на поверхность алюминиевыми контактами. Было показано, что ток в стуктуре Ме/ПК/Ме определяется выпрямляющим переходом Ме/ПК и вольт-амперная характеристика такой структуры является нелинейной. Однако, четырехконтактный метод позволил получить линейные ВАХ и таким образом исследовать транспорт носителей заряда в слое ПК (рис. 1.11).