Оптические свойства пористых низкоразмерных структур на основе кремния и фосфида галлия

• Автор: Белогорохова, Любовь Ивановна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. Наноразмерные пористые полупроводниковые материалы
1.1. Структурные и люминесцентные свойства пористого кремния (ПК)
1.2. Обзор истории происхождения ПК
1.3. Классификация и характеристика пористых материалов. Другие
пористые полупроводники
1.4. Механизмы формирования пористого кремния
1.5. Процесс анодизации. Реакция электрохимического травления
1.6. Градиент пористости (неоднородность) и слоистость ПК
1.7. Хранение. Оксидация. Проблема стабилизации свойств ПК
1.8. Методы физических исследований образцов ПК
1.9. Модели, объясняющие фотолюминесценцию в пористом кремнии
ГЛАВА 2. Образцы и методика измерений
2.1. Оптическая схема Фурье-спектрометра и преимущества
Фурье-спектроскопии
2.2. Аппаратура и экспериментальные методики измерений
2.3. Приготовление образцов, обработка и подготовка их к измерениям
2.4. Точность измерений
ГЛАВА 3. Оптические свойства слоев пористого кремния
3.1. Инфракрасная спектроскопия и фотолюминесцентные свойства слоев пористого кремния
3.2. Исследование поглощения на колебательных связях
3.3. Поглощение на гидридных связях
3.4. Взаимосвязь между сигналом фотолюминесценции и поверхностными состояниями "свободных" пленок пористого кремния
3.5. Природа "тонкой" структуры полосы оптического поглощения,
обусловленной гидридными связями
ГЛАВА 4. Свойства слоев пористого кремния, полученных с
использованием электролита НРіНСГСгНзОН
4.1. Фотолюминесцентные свойства
4.2. Деградация под действием лазерного излучения
4.3. Результаты анализа РТІІЗ спектров образцов пористого кремния
4.4. Обсуждение результатов
ГЛАВА 5. Оптические свойства пористых структур, полученных на основе других полупроводников
5.1. Фотолюминесценция пористого ваР
5.2. Исследование Рамановского рассеяния на образцах пористого ваР
5.3. Оптичекое поглощение пористого ОаР в области однофононного резонанса
5.4. Оптические свойства нанокластеров Сб8е, внедренных в матрицу
пористого кремния
5.5. Оптические свойства нанокластеров 2пБе, внедренных в матрицу
пористого кремния
Основные результаты и выводы
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность работы. Открытая в 1990 году интенсивная люминесценция в видимой области спектра в пористом кремнии [1] позволила по-новому посмотреть на вопрос о широком использовании кремния в качестве материала для конструирования светоизлучающих приборов. В настоящее время для объяснения интенсивной люминесценции в пористом кремнии используются две модели. Одна из них основана на эффекте размерного квантования в кристаллитах кремния. В рамках этого подхода объясняется природа люминесценции в видимой области спектра. Объемный кристаллический кремний имеет ширину запрещенной зоны при комнатной температуре 1.1 эВ, что соответствует инфракрасной области спектра. Эта же модель позволяет объяснить наблюдаемую экспериментальную зависимость длины волны излучения от размеров кристаллитов. Другая модель, претендующая на обг мнение природы ФЛ пористого кремния, основана на том, что пористые материалы имеют развитую протяженную поверхность. Соотношение числа поверхностных атомов к количеству атомов, формирующих объем материала, может быть порядка 1:100. На поверхности пористого кремния образуются связи типа БТН и БьО-Н. Предполагается, что люминесценция обусловлена электронными переходами в таких молекулярных комплексах. В рамках второго подхода удается объяснить чувствительность параметров люминесценции к составу и физико-химическому состоянию поверхности кристаллитов, термообработкам и другим физическим воздействиям. Тем не менее, ни та, ни другая модель в отдельности не в состоянии в полной мере описать свойства пористого кремния. Это может быть связано с тем обстоятельством, что в наноразмерных полупроводниках можно лишь условно разделить протекающие в них

Для того чтобы избежать каких-либо необратимых тепловых воздействий на образец или его деградации, варьировалась мощность накачки Аг+ лазера от 1 мВт до 50 мВт. Совмещенная с микроскопом CCD- камера позволяла на мониторе визуально наблюдать за состоянием поверхности объекта в процессе получения RS - спектров. Такая методика проведения измерений известна как Micro-Raman.
Информация о микроструктуре слоев пористого кремния, а также о морфологии их поверхности была получена при использовании сканирующего электронного микроскопа JEOL 840А, оснащенного приставкой LINK, позволяющей проводить рентгеноспектральные исследования.
Для проведения исследований образцов пористого кремния, в матрицу которых был внедрен полупроводник А2Вб, использовался метод сканирующей электронной микроскопии в режиме наведенного электронным пучком тока (МНТ). Подобные исследования проводились на свежем сколе; один из контактов подводился к матрице полупроводника А2Вб, второй - к обратной стороне кремниевой пластины, на которую предварительно напылялся слой Аи или А1 через маску. Размеры контактов были порядка 2 мм в диаметре. Использовался сканирующий электронный микроскоп JEOL-35CF. Использовалось значение ускоряющего напряжения 25 кВ, ток первичного электронного пучка составлял около Ю'10А, диаметр электронного зонда на поверхности образца был равен 0.1 дм.
2. 3. Приготовление образцов, обработка и подготовка их к измерениям.
Слои образцов пористого кремния формировались с использованием реакции электрохимического травления (анодирования) в темноте в двухкамерной электролитической ячейке с платиновыми или свинцовыми электродами при