Технология и оптические свойства фотонно-кристаллических структур на основе макропористого кремния

• Автор: Ли, Галина Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 183 с. : ил.

Содержание:
Введение

Глава 1 Литературный обзор

1.1 Фотонные кристаллы

1.2 Локализованные состояния в фотонных кристаллах

1.2.1 Микрорезонаторные состояния в фотонных кристаллах

1.2.2 Поверхностные состояния в фотонных кристаллах

1.3 Кремниевые фотонные кристаллы

1.4 Перестраиваемые фотонные кристаллы на кремнии

1.5 Методы получения высокоаспектных фотоннокристаллических структур на кремнии

1.6 Электрохимическое травление кремния

1.6.1 Морфология пористого кремния
1.6.2 Получение макропор в п-кремнии
1.6.3 Возможности фотоэлектрохимического травления кремния
1.7 Фотонные кристаллы на основе макропористого кремния
1.7.1 Двумерные фотонные кристаллы
1.7.2 Одномерные фотонные кристаллы
1.7.3 Трехмерные фотонные кристаллы
1.8 Методы структурирования макропористого кремния
1.9 Выводы по главе
Глава 2 Методика эксперимента и расчета
2.1 Формирование затравочных центров
2.2 Установка для электрохимического травления кремния
2.3 Методы получения сквозных мембран
2.3.1 Механическая шлифовка и полировка
2.3.2 Стравливание подложки в щелочи
2.3.3 Отделение от подложки в процессе электрохимического травления
2.4 Увеличение пористости периодических структур
2.4.1 Термическое окисление полученных структур
2.4.2 Увеличение плотности тока в процессе электрохимического травления
2.5 Микроскопические исследования
2.6 Измерение спектральных характеристик
2.7 Расчет спектральных характеристик
2.7.1 Метод матрицы переноса
2.7.2 Метод матрицы рассеяния

Глава 3 Одномерные фотонные кристаллы
3.1 Технология
3.1.1 Проектирование фотошаблонов
3.1.2 Получение исследуемых образцов
3.1.3 Условия формирования глубоких периодических щелей в кремнии
3.1.4 Исследование шероховатости стенок
3.1.5 Дополнительная щелочная обработка структур
3.1.6 Дополнительное термическое окисление структур
3.2 Оптические свойства полученных одномерных фотонных кристаллов
3.2.1 Экспериментальные спектры отражения и пропускания
3.2.2 Влияние неровности стенок
3.2.3 Оптическая анизотропия
3.3 Выводы по главе
Глава 4 Структуры двумерных фотонных кристаллов с конечным числом периодов
4.1 Структуры с квадратной решеткой пор
4.1.1 Технология
4.1.2 Особенности одновременного травления щелей и пор
4.1.3 Исследование шероховатости стенок двумерного фотонного кристалла
4.1.4 Дополнительное термическое окисление для сглаживания стенок
4.1.5 Оптические свойства двумерных фотонных кристаллов
4.2 Структуры с тригональной решеткой пор
4.2.1 Технология
4.2.2 Расчет карт отражения фотонных стоп-зон
4.2.3 Поверхностные состояния в двумерных фотонных кристаллах
4.3 Выводы по главе
Глава 5 Микрорезонаторные структуры на основе двумерного фотонного кристалла
5.1 Конструкция перестраиваемого микрорезонатора
5.2 Микрорезонатор с периодом решетки 8 мкм
5.2.1 Технология микрорезонатора
5.2.2 Влияние ширины затравочных щелей, вводимых в регулярную решетку макропор
5.3 Микрорезонатор с периодом решетки 3.75 мкм
5.3.1 Технология микрорезонатора
5.3.2 Оптические характеристики полученного микрорезонаторз
5.3.3 Влияние потерь на рассеяние
5.4 Оптические свойства двумерных фотонных кристаллов с несимметричными границами

5.4.1 Получение несимметричной структуры
5.4.2 Оптические характеристики несимметричной структуры
5.4.3 Происхождение поверхностных пиков на спектрах отражения
5.4.4 Влияние потерь на рассеяние
5.5 Выводы по главе
Заключение
Список публикаций автора по теме диссертации
Список цитируемой литературы

Б1Р4 + 2ОТ = Н2[Б1Е6],
химическое окисление бифторида кремния до двуокиси кремния и его растворение в ОТ
Б1Р2 + 2Н20 = БЮ2 + 2ОТ + Н2 БЮ2 + 4НР = Б1Р4 + 2Ы20 (1.18)
Б1Р4 + 2ОТ = Н2[Б!Р6].
Из реакции (1.16) видно, что наличие положительных носителей заряда является необходимым условием растворения кремния. В зависимости от режимов травления одна из реакций (1.17 или 1.18) преобладает, в результате чего происходит либо образование пористого кремния (реакции 1.16 и 1.17), либо электрополировка, когда в процессе травления образуется гладкая поверхность без формирования самого ПК (реакции 1.16 и 1.18). Процесс электрополировки начинается лишь при превышении анодным током некоторого критического значения величина которого зависит от концентрации молекул ОТ в электролите и его температуры и может быть найдена по следующей эмпирической формуле [110]:
где Си = 3.3-106 тА/ст2; Еа = 0.345эВ - энергия активации; Т - температура электролита в градусах Кельвина, К; Снг - концентрация ОТ в весовых %, кв - 8.6-10"5 эВ/К - постоянная Больцмана. Упомянутая выше у/>5, является критической плотностью тока, которая соответствует переходу от двухвалентного растворения кремния к четырехвалентному, т.е от порообразования к электрополировке. Величина у>,у также может быть определена экспериментально, из ВАХ (рис. 1.16Ь).
На рис. 1.16Ь штриховкой обозначена область порообразования, которое имеет место только в том случае, когда плотность анодного тока у меньше jps■ Выше данной области (приу > jps) идет процесс электрополировки. Варьируя в процессе травления величину анодного тока, можно переходить из области порообразования в область полировки. Данный прием применяется для образования свободных слоев ПК, когда после образования пористого слоя через образец пропускается большой ток, в результате чего происходит локальная электрополировка в нижней части образовавшихся пор и отделение пористого слоя от подложки (см. гл. 2.3.3).
Следует отметить, что модельные представления порообразования начали формироваться с середины 1960-х годов, но единая точка зрения пока так, и не выработана. Обобщая различные модели, можно отметить следующее. Зарождение пор может начинаться на микроуглублениях, дефектах структуры, механически напряженных участках или локальных возмущениях потенциального поля поверхности. Если таковых состояний не имеется, то
(1-19)