Фотоэлектронные процессы в наноструктурированном кремнии со спиновыми центрами

• Автор: Константинова, Елизавета Александровна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 279 с. : ил.

Глава 1. Исследование фотоэлектронных процессов в нанокристаллах в слоях микропористого кремния

1.1 Способы получения и структурные свойства пористого кремния (обзор литературы)

1.1.1 Способы получения кремниевых наноструктур

1.1.2 Структурные свойства пористого кремния

1.2 Поверхностное покрытие нанокристаллов кремния в слоях пористого кремния (обзор литературы)
1.3 Формирование исследуемых образцов пористого кремния и их структурные свойства. Получение и очистка используемых адсорбатов

1.4 Природа и основные свойства спиновых центров в пористом кремнии

1.4.1 Исследование спиновых центров в пористом кремнии (обзор литературы)38

1.4.2 Исследование спиновых центров в кремниевых нанокристаллах в слоях пористого кремния с различным составом адсорбционного покрытия поверхности
1.5 Исследование процессов рекомбинации неравновесных носителей заряда в нанокристаллах пористого кремния

1.5.1 Модель рекомбинаг{ионных процессов фотовозбужденных носителей

заряда
1.5.2 Расчет параметров экситонов в зависимости от диаметра квантовых нитей ПК и диэлектрической проницаемости окружающей их среды
1.5.3 Экспериментальное исследование рекомбинационных процессов в наноструктурах кремния
1.5.4 Фотолюминесцентные свойства пористого кремния в вакууме
1.5.5 Температурная зависимость фотолюминесценции пористого кремния
1.5.6 Температурная зависимость сигнала поглощения на свободных носителях
заряда
1.5.7 Модификация оптических и электронных свойств кремниевых
наноструктур при заполнении пор образцов различными диэлектрическими средамиї 1 1.5.8. Временная зависимость сигнала фотолюминесценции пористого кремния в
вакууме и после заполнения пор диэлектрическими жидкостями
1.5.9 Исследование инфракрасного поглощения на свободных неравновесных
носителях заряда с временным разрешением в вакууме и в различных диэлектрических средах
1.5.10 Влияние адсорбции акцепторных и донорных молекул на спектры
фотолюминесценции и электронного парамагнитного резонанса образцов пористого кремния
1.5.11 Влияние адсорбции молекул кислорода и воды на спектры
фотолюминесценции и электронного парамагнитного резонанса нанокристаллов кремния в слоях пористого кремния
1.6 Исследование влияния радиационного воздействия на электронные свойства пористого кремния
1.7 Фотовольтаические эффекты в наноструктурированных полупроводниках
1.7.1 Исследование фото-ЭДС и накопления заряда в структурах пористый
кремний /мопокристаллическая подложка методом Кельвина
1.7.2 Исследование фото-ЭДС и накопления заряда в структурах пористый кремний /мопокристаллическая подложка методом импульсного фотонапряжения
1.8 Выводы к Гл

Глава 2. Особенности релаксации электронного возбуждения в нанокристаллах в слоях мезопористого кремния и адсорбционно-индуцированные изменения его электронных свойств
2.1 Исследуемые образцы и их структурные свойства
2.2 Детектирование РЬо и Ры-центров в мезопористом кремнии
2.3 Исследование особенностей рекомбинации неравновесных носителей заряда в
пористом кремнии с различной морфологией наноструктур
2.3.1 Феноменологическая модель релаксации фотовозбуждения в объемных
полупроводниках и системах связанных нанокристаллов
2.3.2 Экспериментальное исследование особенностей рекомбинации
неравновесных носителей заряда в пористом кремнии с различной морфологией наноструктур
2.4 Свободные носители заряда в свежеприготовленном и окисленном
мезопористом кремнии
2.4.1 Наличие равновесных свободных носителей заряда в мезопористом
кремнии (литературные данные)
2.4.2 Зависимость концентрации свободных носителей заряда в мезопористом
кремнии от пористости образцов
2.4.3 Метод расчета концентрации свободных носителей заряда с помощью
теоретического моделирования спектров отражения и поглощения слоев мезопористого кремния
2.4.4 Зависимость концентрации свободных носителей заряда в пористом кремнии от степени легирования подложки, на которой они были выращены.
Расчет концентрации равновесных носителей заряда по спектрам пропускания пористого кремния
2.5 Влияние адсорбции акцепторных молекул диоксида азота на концентрации
свободных носителей заряда и спиновых центров в нанокристаллах кремния
2.5.1 Увеличение концентрации свободных носителей заряда в кремниевых нанокристаллах при адсорбции молекул NО2
2.5.2 Влияние адсорбции молекул N02 на спиновые центры в пористом кремнии&3
2.5.3 Исследование механизмов взаимодействия активных молекул ИОг с
нанокристаллами кремния
2.6 Изменение концентрации свободных носителей заряда и спиновых центров в нанокристаллах кремния при адсорбции акцепторных молекул парабензохинона
2.6.1 Влияние адсорбции молекул СИРО: на концентрацию свободных дырок в
нанокристаллах кремния
2.6.2 Влияние адсорбции молекул СбН402 на спектры электронного
парамагнитного резонанса нанокристаллов кремния и концентрацию спиновых центров в них
2.7 Модификация электронных свойств пористого кремния при адсорбции
акцепторных молекул йода
2.8 Вариации концентрации свободных носителей заряда и спиновых центров в
нанокристаллах кремния при адсорбции донорных молекул пиридина
2.9 Влияние адсорбции донорных молекул аммиака на электронные свойства
нанокристаллов кремния
2.10 Модель взаимодействия акцепторных и донорных молекул с поверхностью
кремниевых нанокристаллов
2.11 Выводы к Гл
Глава 3. Исследование генерации синглетного кислорода при фотовозбуждении нанокристаллов кремния
3.1 Особенности спиновых центров на поверхности нанокристаллов кремния

3.2 ЭПР-диагностика генерации синглетного кислорода при фотовозбуждении нанокристаллов кремния
3.3 Исследование фотосенсибилизации кислорода в пористом кремнии методом импульсного электронного парамагнитного резонанса
3.3.1 Явление спинового эхо как способ определения времен парамагнитной релаксации (литературный обзор)
3.3.2 Измерение времен парамагнитной релаксации Рь-центров пористого кремния методом «спинового эхо»
3.4 Исследование спектров электронного парамагнитного резонанса молекулярного кислорода при фотовозбуждении пористого кремния
3.5 Модификация спектров фотолюминесценции пористого кремния при освещении в кислороде
3.6 Выводы к Гл.З
Заключение
Список литературы

1.5 Исследование процессов рекомбинации неравновесных носителей заряда в нанокристаллах пористого кремния.
1.5.1 Модель рекомбинационных процессов фотовозбужденных носителей
заряда
Основные положения модели, развиваемой в данном пункте, могут быть применимы для любых полупроводниковых наноструктур. Однако, поскольку объектом исследования работы является наноструктурированный кремний, будем рассматривать данный материал. Предположим, что в кремниевых нанокристаллах уже при комнатной температуре фотовозбужденные носители заряда образуют динамически связанные подсистемы экситонов и свободных электронов и дырок. Излучательная рекомбинация происходит при аннигиляции экситонов с характерным временем тг, безызлучательная рекомбинация реализуются для свободных носителей заряда на поверхностных центрах со средним временем жизни т„г. Запишем кинетические уравнения для концентрации экситонов (И) и пар свободных носителей (п), имея ввиду экспериментальный факт, что амплитуды сигналов фотолюминесценции (ФЛ) и поглощения на свободных носителях (ПСН) линейно зависят от интенсивности возбуждения (измерения проводятся в режиме, когда нагрев образца при фотовозбуждении отсутствует) [12,15,18]:
ем п
~г~ё~Сп + АЫ ,
(1.3)
=Сп-АК-^ д тг
где g - темп генерации электронно-дырочных пар, С- вероятность связывания свободных носителей в экситоны, А- вероятность термического распада