Электронная структура, состав и фотолюминесценция пористого кремния

• Автор: Мануковский, Эдуард Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Состав, структура и физические свойства пористого
кремния (ПК)
1.1. Основные свойства ПК
1.2. Методы получение ПК
1.3. Теоретические модели фотолюминесценции ПК
1.4. Теоретические основы метода ультрамягкой рентгеновской спектроскопии (УРС)
1.5. Выводы
ГЛАВА 2. Методика получения и исследования электронноэнергетических спектров и "фазовогой состава и ПК
2.1. Некоторые вопросы технологии получения
образцов ПК
2.2. Получение спектров фотолюминесценции (ФЛ) ПК
при различных способах возбуждения
2.3. Получение рентгеновских эмиссионных спектров
(РЭС) и спектров квантового выхода (КВ) ПК
2.4. Проведение низкотемпературных и высокотемпературных отжигов ПК
2.5. Математическое моделирование и анализ РЭС
спектров
ГЛАВА 3. Энергетические спектры валентных электронов,
состав и ФЛ ПК
3.1. Влияние ориентации подложки на электронное
строение поверхностных слоев ПК
3.2. "Фазовый" состав ПК на начальных стадиях его получения электрохимическим способом

3.3. Фотолюминесцентные свойства ПК
ГЛАВА 4. Влияние окисления на структуру и свойства ПК
4.1. Электронное строение поверхностных слоев ПК, окисленных в неравновесных условиях
4.2. Влияние низкотемпературного окисления в атмосфере
на "фазовый" состав поверхностных слоев ПК
4.3. Влияние низкотемпературного окисления в потоке кислорода на "фазовый" состав поверхностных
слоев ПК и его фотолюминесценцию
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность работы: В последние годы серьезное и пристальное внимание уделяется перспективному материалу - пористому кремнию (ПК). И это не случайно. Свойства монокристаллического кремния достаточно хорошо изучены. Благодаря удачному сочетанию свойств у него есть множество несомненных преимуществ перед другими полупроводниковыми материалами, хорошо отработана технология получения полупроводниковых приборов на его основе. Но у монокристаллического кремния есть ограничения в его применении. Как известно, монокристаллический кремний является непрямозонным полупроводником, с низкой эффективностью квантового выхода люминесценции, и поэтому не может быть использован для создания оптоэлектронных приборов. Для этих целей приходится применять прямозонные полупроводники: ОаАв, 1пР и другие, которые плохо совместимы с кремниевой технологией.
Недавно было установлено, что пористый кремний, который получается электрохимическим травлением обычного
монокристаллического кремния, при возбуждении его УФ излучением интенсивно люминесцирует в видимом диапазоне. Это, в перспективе, дает возможность создания на его основе светоизлучающих устройств, работающих в видимой области спектра, перехода на полностью кремниевую технологию при создании различных оптоэлектронных устройств и схем, а также возможность создания полностью кремниевого оптоэлектронного компьютера, который может стать новым поколением вычислительной техники. Дальнейшие исследования этого материала показали, что ПК можно использовать в качестве газового сенсора на пары воды, аммиак и, возможно, другие соединения.

где интегрирование идет по изоэнергетической поверхности S и суммирование по всем валентным зонам Еп (к). Соответственно выражение (1.4.5) для плотности состояний g(E) можно привести к виду: g(E) = V/(8Ti3)*S J ds / (| VkEn (k) |) (1.4.8)
где V / (8 тс3) - число состояний на единицу объема. В выражении для матричного элемента Mif оператор возмущения Н’ = exp(-ig*r)A0*p ~ Аор, где Ао - вектор поляризации электромагнитного поля, а р -оператор импульса. Такое приближение для Н’ обусловлено тем, что для ультрамягкого рентгеновского излучения произведение волнового вектора фотона g на г g*r « 1, т.к. из-за сильной локализации волновой функции волновой функции остова ф область интегрирования при вычислении будет примерно соответствовать размерам атома.
Из сопоставления формул (1.4.4) и (1.4.5), (1.4.7) и (1.4 8) видно, что интенсивность эмиссионной полосы должна иметь те же особенности, что и плотность состояний с точностью до вероятности перехода электрона. Наличие матричного элемента в формуле для интенсивности может привести к отличию относительной высоты особенностей в 1(E) от g(E) при их одинаковом энергетическом положении.
Как мы уже отмечали, в матричный элемент Mjf входит сильно локализованная волновая функция, которую можно представить в виде разложения по атомным волновым функциям:
Ф, (Г) = X,,m ст * R1, (г) * Y Ym (Q, ф) (1.4.9)
Кроме ТОГО, ИЗ СИЛЬНОЙ локализации ф при вычислении Mjf оказывается важным поведение волновой функции валентного электрона в области остова, где интеграл Mjf отличен от нуля. Поэтому Фг можно также представить в виде разложения по атомным волновым функциям. Тогда, учитывая дипольное приближение для оператора Н’,