Разработка нанокомпозитных структур в системе Si/SiO2 для формирования элементов устройств вычислительной техники и систем управления

• Автор: Стройков, Илья Игоревич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 167 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ПРЕДСТАВЛЕННЫЕ В ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛУЧЕНЫ ЛИБО ЛИЧНО СОИСКАТЕЛЕМ, ЛИБО ПРИ ЕГО НЕПОСРЕДСТВЕННОМ УЧАСТИИ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ И МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ И ИХ ПОЛУЧЕНИЯ.

1.1 Общие положения.

1.2 Проектирование элементов вычислительной техники и систем управления на основе наноэлектроники.

1.3 Получение и свойства нанокомпозитов на основе пористого кремния.

1.4 Методы синтеза свойства нанокомпозитов на основе микропорошков

1.5 Другие методы получения нанокомпозитов на основе кластеров кремния и электрофизические свойства полученных структур

1.6 Применение редкоземельных элементов в квантовой электронике.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ МЕХАИОСИНТЕЗА
2.1. Получение микропорошков кремния и фосфатных стекол.
2.2. Формирование нанокомпозитных пленок на кремниевых подложках
2.3. Исследование электрофизических свойств полученных пленок.
2.3.1. Структурные особенности пленок нанокомпозитов
2.3.2. Вольт фарадные характеристики
2.3.3. Вольт амперные характеристики.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ НАНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ
3.1 Формирование люминесцентных нанокристаллов Б встроенных в ЗБОг сверхрешетку с помощью эксимерного лазерного излучения
3.1.1 Методика эксперимента.
3.1.2 Обработка результатов эксперимента
3.2 Световая эмиссия от 8 нанокластеров нкл сформированных при низкой температуре.
3.2.1 Методика эксперимента.
3.2.2 Обработка результатов эксперимента
3.3 Контроль фотолюмииесцентных свойств кремниевых нанокристаллов с помощью легирования п и ртипа примесей
3.3.1 Методика эксперимента.
3.3.2 Обработка результатов эксперимента
3.4 Влияние размеров Бнкл на активизацию ионов Ег.
3.4.1 Методика эксперимента.
3.4.2 Обработка результатов эксперимента
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛЕРОДО СОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРЕМНИЯ
4.1 Влияние фуллеренов на фотолюминесценцию пористого кремния
4.1.1 Методика изготовления слоев рог8 и измерений
4.1.2 Обработка результатов измерений.
4.2 Обработка результатов других исследований углеродосодержащих веществ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Сегодня монокристаллический кремний (а в некоторых случаях поликристаллический, аморфный, пористый) является основным материалом микроэлектроники, и в прогнозируемом будущем этот материал представляет большой интерес для развиваемого нового направления, основанного на использовании эффектов размерного квантования. Однако с первых шагов становления нового направления было очевидно, что физические особенности кремния в ряде случаев ограничивают области его применения, в частности, в фотоэлектронике в силу того, что, например, вероятность излучательной рекомбинации в нем низка из-за существенного запрета на прямые переходы носителей в процессе рекомбинации. В дальнейшем оказалось, что новые подходы в создании структур, в том числе квантового размерных, на кремнии позволяют преодолеть эту трудность и резко расширяют возможности его применения в фотоэлектронике. Развитые к настоящему времени технологические подходы к созданию малоразмерных структур позволили реализовать квантого - размерные структуры. Возникли также и новые технологические подходы. Для создания наноэлектронных приборов и устройств на сегодняшний день используют достаточно хорошо разработанные в рамках технологии микроэлектроники процессы, такие как молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ), осаждение из газовой фазы (chemical vapor deposition, CVD), a также ионный синтез. В последнее время интенсивно исследуются кремниевые нанокомпозиты, которые представляют собой кремниевые нанокристаллы, распределенные в диэлектрической матрице SiC>2, в которых наблюдается заметная фото- и электролюминесценция в видимой области спектра при комнатной температуре благодаря проявлению квантого - размерного эффекта. К объектам нанометрового диапазона принято относить структуры, имеющие размер от 1 до 0 нм хотя бы в одном измерении. В частности, многослойные структуры с чередующимися слоями (так называемые мультислойки) имеют нанометровый масштаб в одном измерении, углеродные нанотрубки — в двух, а фуллерены и частицы наполнителя в нанокомпозитах — в трех измерениях. При этом частицы в нанокомпозитах могут иметь различную форму: шарика, многогранника или звездообразную. Стабильность таких структур в основном определяется свойствами матрицы, в которую помещены наночастицы. Если матрица обладает высокой термической устойчивостью, то морфология частиц может не изменяться до сравнительно высоких температур; если же матрица имеет низкую температуру плавления, то и структура частиц наполнителя будет меняться при незначительном нагреве композита. Естественный масштаб в квантовой теории — длина волны де Бройля, связанная с поведением частицы. Принципиально новых эффектов можно ожидать, когда размер объекта становится сравнимым с длиной волны. Для свободного электронного ферми-газа она уменьшается с увеличением плотности зарядов. Поэтому в полупроводниках в нужную область мы попадаем при размерах меньших, чем 0 нм, тогда как в металлах — при размерах ~ 1 нм (на самом деле длина волны электронов на уровне Ферми для типичных металлов имеет атомные размеры, но вследствие тепловых колебаний атомов в решетке соответствующий масштаб увеличивается на порядок). В подобных областях пространства размещается весьма ограниченное число атомов (от сотен до нескольких тысяч). Такие объекты и называют наночастицами, на шкале размеров (рис. Обычно к кластерам относят объемные многогранники с атомами при вершинах, которые окружают центральный атом, непосредственно связанный с остальными, и образуют своеобразную ячейку. Рис. Место наночастиц среди разных объединений атомов. На диаграмме показано число атомов в частице и масштабе размеров. Наноразмерные частицы имеют почти идеальную прочность, активную поверхность, которая ускоряет многие физико-химические процессы, обладают уникальными электронными свойствами, обусловленными дискретизацией энергетических уровней. Необычные свойства возникают в результате перехода от массивного материала к малым по размерам частицам. В объемном твердом теле, 1 см3 которого содержит порядка атомов, энергетические состояния зоны проводимости и валентной зоны можно считать распределенными непрерывно, поскольку там содержится соответственно уровней.