Отзыв оппонента Пархоменко (Оптические и электрические свойства систем, содержащих ансамбли кремниевых нанокристаллов)

отзыв официальнгно оппоненга на диссергационную работу Павла Анатольевича Форша "Оптические и электрические свойства систем, содержащих ансамбли кремниевых нанокристаллов", представленную на соискание ученой степени доктора физикоматематических наук по специальности О!.04.1() — «Физика полупроводников». В настоящее время базовым элементом полупроводниковой электроники является кремний. Наноэлектроника. основанная на традиционной СМО~ технологии позволила промышленно реализовать планарные структуры с проектными нормами на уровне 22 нм.

Дальнейшее уменыпение проектных норм до 1б нм стало возможным лишь путем перехода к трехмерным Г1п1"Ет полевым структурам. В последние годы параллельно с развитием все более сложной и дорогостоящей литографической полупроводниковой электроники идет процесс становления печатной электроники использующей элекгронные и оптические свойства кристаллических полупроводниковых включений в различных аморфных матрицах. В связи с этим диссертационная работа П.А.

Форша, посвященная определению процессов генерации„переноса и рекомбинации носителей заряда в системах. содержащих ансамбли кремниевых нанокристаллов, является важной и ахгуальной, Диссертационная работа П.А. Форша состоит из введения, семи глав, заключения, в котором перечислены основные выводы работы, и списка цитированной литературы. Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы. охарактеризована научная новизна и практическая ценность, сформулированы положения. выносимые на защиту. Первая глава посвящена изученик> структурных свойств образцов кремниевых нанокристаллов в аморфной матрице (пс-Я!а-Я:Н), сформированных различными способами: методом плазмохимического осаждения из газовой фазы смеси моносилана и водорода, методом химического осаждения из плазмы.

возбуждаемой в условиях циклотронного резонанса и методом фемтосекундного лазерного облучения ггленок аморфного кремния. Особое внимание в данной главе уделено использованию спектроскопии комбинационного рассеяния света для определения объемной доли кристаллической фазы в изучаемых пленках. Интерес представляет проведенное детальное исследование структурных параметров пленок пс-%~а-Я:Н„полученных различными способами.

В частности, было установлено, что путем фемтосекундного лазерного облучения аморфного кремния не удается получить значение объемной доли кристаллической фазы более 30; о. В работе обнаружено также. что введение небольшой доли кремниевых панокристаллов ~порядка 10 '.4>) в матрицу аморфного кремния существенным образом изменяет спекгр электронного парамагнитного резонанса. Данный факг может быть использован для неразрушаю щего контроля наличия кремниевых нанокристаллов в матрице аморфного кремния с помощью спектроскопии электронного парамагнитного резонанса.

Во второй главе описаны исследования оптических свойств пленок пс-Я!а-Я:Н. В начале главы представлен литературный обзор известных данных по оптическим свойствам пс-%1а-Я:Н. Из анализа литературных данных следует„что до сих пор отсутствует единая точка зрения о механизмах оптического поглощения в этом материале. Кроме того, до настоящего времени не было проведено исследований по влиянию введения различной доли нанокристаллов в матрицу а-Я:Н на спектральные зависимости коэффициента поглощения и фотолюминесценцию.

Исследования влияния объемной доли кристаллической фазы на спектральные зависимости коэффициента поглощения пс-%~а-%;Н показали, что для пленок пс-%/а- Я:Н с долей кристаллической фазы менее -50 О~о характер измеренных спектральных зависимостей коэффициента поглощения соответствует аналогичным зависимостям, наблюдаемым для гидрогенизированного аморфного кремния. Следует отметить проведенные автором эксперименты по влиянию доли кристаллической фазы на спектральные зависимости фото;поминесценции пленок псЯ~а-Я:Н.

В результате данных экспериментов было обнаружено, что при малой концентрации нанокристаллов в аморфной матрице наблюдается фотолюминесценция с максимум вблизи 1,5 эВ, что объясняегся рекомбинапией электронов и дырок в нанокристаллах при учете квантово-размерного эффекта.

Исследованиям электрических и фотоэлектрических свойств пленок пс-Я/а-Я:Н посвящена третья глава. В главе представлены экспериментальные данные по температурным зависимостям проводимости и стационарной фотопроводим ости, релаксации фотопро води мости. времени фотоответа и дрейфовой подвижности. Исследованы также люкс-амперные характеристики и температурные зависимости показателя степени люкс-амперных характеристик. Показано. как влияет на полученные зависимости положение уровня Ферми в образцах пс-Я!а-Я:Н.

На основании проведенных исследований предложена энергетическая диаграмма пс-%~а-Я:Н с учетом ого многофазной струкгургя н модель рекомбинации неравновесных носителей заряда. В четвертой главе представлены данные по влиянию высокотемпературного термического отжига. длительного освещения и облучения электронами на оптические и фотоэлектрические свойства пленок пс-%!а-Я:Н как р-, так и п-типа, обладающих большой объемной долей кристаллической фазы.

В случае термического отжига получена немонотонная зависимость проводимости и фотопроводимости пленок от температуры отжига, которая объяснена конкуренцией нескольких процессов, таких как увеличение концентрации электрически активных атомов примеси. увеличение плотности состояний дефектов на границах нанокристаллов. смешение уровня Ферми, увеличение концентрации дефектов внутри колонн, реструкгуризация межатомных связей на поверхности колонн. Каждый из этих процессов нреобладаег в соответствуюшей области температур отжига.

Также в четвертой главе сообщается о том, что в результате облучения нелегированного пс-Я'а-Я:Н. содержащего большую обьемную долю кристаллической фазы, электронами с энергией 40 кэВ наблюдается существенное увеличение коэффициента поглощения в области энергий кванта М<1.2 эВ и значительное уменьшение величины фотопроводимости. При этом значение темновой проводимости практически не изменяется. Иаблкгдаемая корреляция изменений фотопроводимости и коэффициента поглощения при отжиге облученных электронами пленок говорит о том. что возникающие при облучении элекгронами дефекты являкэгся основными центрами рекомбинации неравновесных носителей заряда и опредсляюг величину фотопроводимости пс-%~а-Я:Н при комнатной температуре.

Неожиданным и новым являются обнаруженные автором диссертации изменения проводимости и фотопроводимости пленок пс-%!а-Я:Н с обьемной долей кристаллической фазы более 80 ",4 и слабо выраженной проводимостью р-типа в результате их предварительного освещения на воздухе. Полученные результаты объясняются влиянием адсорбированного на границах нанокристаллов и внешней поверхности пленки пс-Я/а-Я:Н кислорода. Пятая глава диссертационной работы посвящена изучению особенностей переноса носителей заряда в слоях кремниевых нанокристаллов.

разделенных прослойками диоксида кремния. Исследования темперагурных зависимостей проводимости для таких структур с различным числом слоев и размером нанокристаллов указывают на то, что при температурах Т<280 К наблюдается прыжковый механизм проводимости по локализованным состояниям кремниевых нанокристаллов. В шестой и седьмой главах представлены результаты исследований электрических и фотоэлектрических свойств пористого кремния (ПК1. В шестой главе изложены данные по проводимости и фотопроводимости ПК р-типа, обладающего латеральной анизотропией формы нанокристалло в. В исследованных образцах нанокристаллы кремния были выгянуты вдоль кристаллографической оси 11101.

Автором было обнаружено, что проводимость и фотопроводимость такого анизотропного ПК вдоль кристаллографического направления 1110~ значительно выше проводимости вдоль направления 100 Ц. Также в шестой главе предлагается модель рекомбинации неравновесных носителей заряда в ПК, обладающем латеральной анизотропией формы нанокристаллов. Влияние поверхностного покрьггия нанокристаллов на перенос носителей заряда в системах, содержащих ансамбли кремниевых нанокристаллов, на примере ПК изучено в седьмой главе. Из анализа спектров ИК поглощения определены концентрации свободных дырок и электронов в исследованных образцах ПК при адсорбции активных молекул на его поверхности. Из полученных значений проводимости и концентрации свободных носителей заряда рассчитаны значения подвижности. Автору рабогы удалось показать, что в результате адсорбции активных молекул изменяются как концентрация свободных носителей ~аряда, так и их подвижность.

Это ооьясняется тем, что в резулгпате адсорбции активных молекул, изменяется не только концентрация электронов и дырок, но и высота потенциальных барьеров за счет перезарядки поверхностных состояний на границах нанокристазлов. Кроме того, автором исследовано влияние кратковременного отжига иа проводимость изотропного ПК при двух различных конфигурациях контактов: планарной и типа «сэндвич». Обнаружено, что в свежеприготовленном образце планарная проводимость была ниже, чем при расположении контактов в конфигурации типа «сэндвич».