Диссертация (1097499), страница 6
Текст из файла (страница 6)
â ñëîÿõ ÏÊ ñîõðàíÿåòñÿ êðèñòàëëè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà êðåìíèÿ [8, 16] (ðèñ. 1.6â, 1.6ã).ÏÊ îáëàäàåò âåñüìà ðàçâèòîé ïîâåðõíîñòüþ (äî 800 ì2 /ã), ïîýòîìó ñëåäóåò òàêæå ïðèíèìàòü âî âíèìàíèå å¼ âëèÿíèå íà îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà. Ýòèýôôåêòû ïðîÿâëÿþòñÿ ïðåæäå âñåãî â èíôðàêðàñíîì (ÈÊ) äèàïàçîíå. Ïðèôîðìèðîâàíèè ÏÊ îáðûâàþùèåñÿ õèìè÷åñêèå ñâÿçè êðåìíèÿ òåðìèíèðóþòñÿ âîäîðîäîì, ÷òî îáóñëîâëèâàåò ïîÿâëåíèå â ñïåêòðàõ ÈÊ ïðîïóñêàíèÿðÿäà ëèíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ êîëåáàíèÿì Si-Hx ãðóïï. Äëÿ ñâåæåïðèãîòîâëåííûõ îáðàçöîâ ÏÊ â ÈÊ-ñïåêòðå ïðîïóñêàíèÿ (ðèñ. 1.7) ôèêñèðóþòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî Si-Hx -ãðóïïû ñ õàðàêòåðíûìè ÷àñòîòàìè â äèàïàçîíàõ32Ðèñ. 1.6.
Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé ñòðóêòóðû ÏÊ c èñõîäíîé îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè(110) ìåòîäàìè ïðîñâå÷èâàþùåé ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè: èçîáðàæåíèå ïîïåðå÷íîãîñðåçà ñëîÿ ìàêðîïîðèñòîãî ÏÊ; ðèñóíîê ëåæèò â ïëîñêîñòè (112) [8] (à), èçîáðàæåíèå ïîâåðõíîñòè ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ [17] (á) è ðåíòãåíîâñêîé äèôðàêöèè: c-Si (â) èìåçîïîðèñòûé êðåìíèé (ã).2060-2190 ñì−1 (ìîäû ñæàòèÿ-ðàñòÿæåíèÿ), 910 ñì−1 ("íîæíè÷íûå"ìîäû)è 620-680 ñì−1 (ìîäû èçãèáà).
Ñ ïîñëåäíåé ïîëîñîé òàêæå ñîâïàäàåò ïîëîñà ðåø¼òî÷íîãî ïîãëîùåíèÿ â ñ-Si. Íåçíà÷èòåëüíîå êîëè÷åñòâî Si-O ñâÿçåé(1060-1120 ñì−1 ) è Si-C ñâÿçåé (3000-3200 ñì−1 ) â èññëåäóåìûõ îáðàçöàõóêàçûâàåò íà âûñîêóþ ñòåïåíü ïàññèâàöèè èõ âîäîðîäîì. Äåñîðáöèÿ âîäîðîäà ñ ïîâåðõíîñòè ÏÊ íà÷èíàåòñÿ ïðè òåìïåðàòóðå T ≥ 350◦ C. Ïðèäîñòàòî÷íî äîëãîì (ñâûøå íåäåëè) õðàíåíèè îáðàçöîâ íà âîçäóõå ïðîèñõîäèò ïîñòåïåííàÿ çàìåíà Si-Hx ñâÿçåé íà Si-Ox . Îòìåòèì, ÷òî íàáëþäàþùèåñÿ â ÈÊ ñïåêòðàõ îñöèëëÿöèè îáóñëîâëåíû èíòåðôåðåíöèåé â òîíêîéïë¼íêå, îáëàäàþùåé îïòè÷åñêîé àíèçîòðîïèåé, è ñâèäåòåëüñòâóþò î âûñîêîì îïòè÷åñêîì êà÷åñòâå ñôîðìèðîâàííûõ ñëî¼â; ýòà èíòåðôåðåíöèÿ áóäåòïîäðîáíî ïðîàíàëèçèðîâàíà â ãë.
2.Åùå ðàç ïîä÷åðêí¼ì, ÷òî ñòðóêòóðíûå ïàðàìåòðû ñôîðìèðîâàííûõ ñëî¼â ÏÊ èãðàþò ïðèíöèïèàëüíóþ ðîëü â èõ ýëåêòðîííûõ è îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâàõ. Òàê, ôîòîëþìèíåñöåíöèÿ ÏÊ, îáóñëîâëåííàÿ êâàíòîâî-ðàçìåðíûì331.0O-HSi-HSi-Si0.8Si-O0.60.40.2 0.0500700200010003000 4000(c6000-1)Ðèñ. 1.7. Ñïåêòðû ÈÊ ïðîïóñêàíèÿ äëÿ ñâîáîäíîé ïë¼íêè ÏÊ, ñôîðìèðîâàííîé íà c-Siñ îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (110), è ïë¼íêè ÎÏÊ, ïîëó÷åííîé ïðè îêèñëåíèè ïåðâîéïðè òåìïåðàòóðå 950◦ Ñ [18, 19].ýôôåêòîì, íàáëþäàëàñü ëèøü â ìèêðîïîðèñòîì êðåìíèè, ðàçìåðû ïîð êîòîðîãî ñîñòàâëÿþò åäèíèöû íàíîìåòðîâ. Êàê áóäåò âèäíî èç äàëüíåéøåãî,òàêîå íîâîå îïòè÷åñêîå ñâîéñòâî êðåìíèåâûõ íàíîñòðóêòóð, êàê äâóëó÷åïðåëîìëåíèå, âîçìîæíî ëèøü â ìåçîïîðèñòîì êðåìíèè ñ äîñòàòî÷íî óïîðÿäî÷åííûì ðàñïîëîæåíèåì ïîð (ñì.
ãë. 2). Íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèå ñâîéñòâàìèêðî- è ìåçîïîðèñòûõ ñëî¼â òàêæå çíà÷èòåëüíî ðàçëè÷àþòñÿ (ñì. ãë. 4). ñâÿçè ñ ýòèì, èññëåäóÿ ôîòîííûå ñâîéñòâà ñòðóêòóð íà îñíîâå ÏÊ, íåîáõîäèìî ÷¼òêî ôèêñèðîâàòü êàê ïàðàìåòðû èñõîäíîé ïëàñòèíû c-Si, òàê èðåæèì å¼ ýëåêòðîõèìè÷åñêîé îáðàáîòêè è ïîñëåäóþùåãî õðàíåíèÿ [8].1.1.2. Îêèñëåííûé ïîðèñòûé êðåìíèéÎäíîé èç îñîáåííîñòåé ÏÊ, îãðàíè÷èâàþùåé åãî ïðèìåíåíèå â îïòèêåè îïòîýëåêòðîíèêå, ÿâëÿåòñÿ åãî íåïðîçðà÷íîñòü â âèäèìîé ÷àñòè ñïåêòðà, îáóñëîâëåííàÿ ïîãëîùåíèåì ñ-Si â ýòîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå. Ýòîòíåäîñòàòîê ìîæåò áûòü ïðåîäîëåí ïóòåì îêèñëåíèÿ ñëîåâ ÏÊ.
Íàèáîëåå34Ðèñ. 1.8. Ðåíòãåíîâñêàÿ äèôðàêöèÿ â ïë¼íêå ÎÏÊ [18, 19].ýôôåêòèâíûì ñïîñîáîì îêèñëåíèÿ ïë¼íîê ÏÊ ÿâëÿåòñÿ èõ òåðìè÷åñêèéïðîãðåâ [20].Âî âðåìÿ îêèñëåíèÿ íà âîçäóõå óæå ïðè òåìïåðàòóðå ñâûøå 400◦ Ñ ôîðìèðóåòñÿ êàê SiO, òàê è SiO2 . Ôèçè÷åñêè-àäñîðáèðîâàííàÿ âîäà ïðèñóòñòâóåò â ïë¼íêàõ ÏÊ, îêèñëåííûõ ïðè òåìïåðàòóðàõ ìåíåå 700◦ Ñ. Ïðèáîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ îêèñëåíèÿ êîëè÷åñòâî ôèçè÷åñêè àäñîðáèðîâàííîé âîäû ñíèæàåòñÿ, ÷òî ñâÿçàíî ñ çàïîëíåíèåì ïîð îêñèäîì [21].Ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ (áîëåå 1000◦ Ñ) â ñóõîì Î2 ïë¼íêè îêèñëåííîãîïîðèñòîãî êðåìíèÿ ôîðìèðóþòñÿ çà äîñòàòî÷íî êîðîòêîå âðåìÿ è èìåþòñòåõèîìåòðè÷åñêèé ñîñòàâ SiO2 .Ìîæíî âûäåëèòü ñëåäóþùèå îñíîâíûå ýòàïû òåðìè÷åñêîãî îêèñëåíèÿÏÊ [21, 22]:1) äî 100◦ Ñ èñïàðÿåòñÿ âîäà, èíòåíñèâíîãî îêèñëåíèÿ íå ïðîèñõîäèò;2) ïðè 350◦ Ñ íà÷èíàåòñÿ äåñîðáöèÿ âîäîðîäà;3) ïðè 400 - 600◦ Ñ ïðîèñõîäèò ÷àñòè÷íîå îêèñëåíèå êðåìíèÿ;4) ïðè 950◦ Ñ ïðîèñõîäèò ïîëíîå îêèñëåíèå êðåìíèÿ;5) ïðè 1250◦ Ñ ïðîèñõîäèò óïëîòíåíèå îêñèäà êðåìíèÿ äî ñòåõèîìåòðè÷åñêîãî ñîñòàâà SiO2 .Êàê ñ÷èòàþò àâòîðû [22], ïîëíîå îêèñëåíèå ïëåíîê ÏÊ âîçìîæíî äëÿîáðàçöîâ ñ ïîðèñòîñòüþ áîëåå 56%, òàê êàê ïðè ìåíüøåé ïîðèñòîñòè íàíà÷àëüíîì ýòàïå îêèñëåíèÿ ïîðû çàêóïîðèâàþòñÿ“ îêñèäîì, ÷òî äåëàåò”íåâîçìîæíûì ïîñòóïëåíèå êèñëîðîäà âãëóáü îáðàçöà.35 íàøèõ ýêñïåðèìåíòàõ èñïîëüçîâàëèñü ïë¼íêè îêèñëåííîãî ïîðèñòîãîêðåìíèÿ (ÎÏÊ), ïîëó÷åííûå â ðåçóëüòàòå òåðìè÷åñêîãî îêèñëåíèÿ ÏÊ ïðèòåìïåðàòóðå 950◦ Ñ â òå÷åíèå 2,5 ÷àñîâ.
Ðåíòãåíîâñêàÿ äèôðàêöèÿ â ïë¼íêàõ ÎÏÊ ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî ýòîò ìàòåðèàë ïðåäñòàâëÿåò ñîáîéàìîðôíóþ ñðåäó (ðèñ. 1.8).Ñïåêòðû ÈÊ ïðîïóñêàíèÿ (ðèñ. 1.7) ñâèäåòåëüñòâóþò î ìîäèôèêàöèèñîñòàâà ÏÊ â ðåçóëüòàòå åãî òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè [18, 19]. Êàê âèäíî, âÈÊ ñïåêòðå èñ÷åçàþò ïîëîñû, ñâÿçàííûå ñ Si-H êîëåáàíèÿìè, à òàêæå ïîëîñà 620 - 670 ñì−1 , ñâÿçàííàÿ ñ Si-Si êîëåáàíèÿìè. Ïîëîñà ñ ìàêñèìóìîìâ 1075 ñì−1 , çà êîòîðóþ îòâåòñòâåííû âàëåíòíûå Si-O êîëåáàíèÿ, â ðåçóëüòàòå ïðîãðåâà äî 950◦ Ñ ñóùåñòâåííî ðàñøèðÿåòñÿ (960-1280 ñì−1 ), ÷òîïîçâîëÿåò ãîâîðèòü î òîì, ÷òî â îáðàçöàõ ÎÏÊ ïðèñóòñòâóþò êàê ñîåäèíåíèÿ SiO, òàê è SiO2 [23]. Îòìåòèì òàêæå, ÷òî â ýêñïåðèìåíòàõ ïî ôîòîè êàòîäîëþìèíåñöåíöèè ïë¼íîê ÎÏÊ íå îáíàðóæåíî ïîëîñ, ñâÿçàííûõ ñîñâå÷åíèåì êðåìíèåâûõ íàíîêðèñòàëëîâ [24]. Òàêèì îáðàçîì, íà îñíîâàíèèäàííûõ ðåíòãåíîâñêîé äèôðàêöèè, ÈÊ ñïåêòðîñêîïèè è ëþìèíåñöåíöèèìîæíî óòâåðæäàòü, ÷òî â ðåçóëüòàòå ïðîãðåâà ïë¼íêè ÏÊ ïðè òåìïåðàòóðå 950◦ Ñ â íåé íå îñòà¼òñÿ íàíîêðèñòàëëîâ c-Si.1.1.3.
Ïîðèñòûé ôîñôèä ãàëëèÿÏîðèñòûé ôîñôèä ãàëëèÿ (ÏÔÃ) ïðåäñòàâëÿåòñÿ âåñüìà ïåðñïåêòèâíûììàòåðèàëîì äëÿ ðàçíîîáðàçíûõ îïòè÷åñêèõ ïðèìåíåíèé. Áîëåå øèðîêàÿ,÷åì â ñ-Si, çàïðåùåííàÿ çîíà GaP äåëàåò âîçìîæíûì åãî èñïîëüçîâàíèå âêðàñíîé è æåëòîé ñïåêòðàëüíûõ îáëàñòÿõ âèäèìîãî äèàïàçîíà (äëèíà âîëíû áîëüøå 550 íì), à íåöåíòðîñèììåòðè÷íîñòü åãî êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè îáóñëîâëèâàåò âûñîêóþ äèïîëüíóþ êâàäðàòè÷íóþ íåëèíåéíóþ âîñïðèèì÷èâîñòü ( 200 ïì/Â), êîòîðàÿ íà äâà ïîðÿäêà ïðåâûøàåò ýòó æå âåëè÷èíóäëÿ áîëüøèíñòâà êðèñòàëëîâ, ïðèìåíÿåìûõ äëÿ óäâîåíèÿ ÷àñòîòû [134].Âñå âûøåïåðå÷èñëåííûå ñâîéñòâà, à òàêæå ðàçìåð íåîäíîðîäíîñòåé (ïîðè íàíîêðèñòàëëîâ), ñðàâíèìûé ñ äëèíîé îïòè÷åñêîé âîëíû, äåëàþò ÏÔÃ36ìíîãîîáåùàþùèì îáúåêòîì äëÿ èññëåäîâàíèÿ ýôôåêòîâ ëîêàëèçàöèè ñâåòà (ñì.
ãë. 2).Ñëîè ÏÔà ôîðìèðóþòñÿ ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîõèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿïëàñòèí n-GaP, ëåãèðîâàííîãî Te èëè S, â ðàñòâîðàõ H2 SO4 [2628] è HF[29, 30]. Ïðèëîæåíèå âûñîêîãî ïîëîæèòåëüíîãî ïîòåíöèàëà (îêîëî 15 Â) êïëàñòèíå GaP ïðèâîäèò ê ñèëüíîìó èçãèáó ýíåðãåòè÷åñêèõ çîí íà ãðàíèöåGaP/ýëåêòðîëèò.  ðåçóëüòàòå ìåæçîííîãî òóííåëèðîâàíèÿ ýëåêòðîíîâ èçâàëåíòíîé çîíû â çîíó ïðîâîäèìîñòè íà ïîâåðõíîñòè GaP îáðàçóåòñÿ èçáûòîê äûðîê, êîòîðûå ðàñõîäóþòñÿ â ïðîöåññå òðàâëåíèÿ (ðèñ. 1.9).
Íåðàâíîâåñíûå íîñèòåëè çàðÿäà òàêæå ñîçäàþòñÿ ïðè îñâåùåíèè êðèñòàëëà GaP.Êîíöåíòðàöèÿ äûðîê â ïðèïîâåðõíîñòíîé îáëàñòè GaP íåîäíîðîäíà âäîëüïîâåðõíîñòè, ÷òî ïðèâîäèò ê ðîñòó ïîðèñòîé ñòðóêòóðû âãëóáü îáðàçöà.Ðåàêöèÿ ýëåêòðîõèìè÷åñêîé äèññîöèàöèè äëÿ GaP èìååò âèä:GaP + 6OH− + 6h+ → 0.5Ga2 O3 + 3H2 O .Ðàñïðîñòðàíåíèå ïîð â GaP ïðîèñõîäèò, êàê ïðàâèëî, âäîëü âûäåëåííûõêðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ íàïðàâëåíèé <111>, ïîñêîëüêó âäîëü íèõ õèìè÷åñêàÿ ñâÿçü íàèáîëåå ñëàáàÿ [2].Ôîðìèðîâàíèå ïîð â GaP õàðàêòåðèçóåòñÿ âûðàæåííîé äîìåííîé ñòðóêòóðîé (ðèñ. 1.10) [27].
Ðîñò ïîð íà÷èíàåòñÿ ñ òðàâëåíèÿ ïîâåðõíîñòíîãî äåôåêòà, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ öåíòðîì îáðàçóþùåãîñÿ äîìåíà ïîðèñòîãî GaP.GaPEcEvÐèñ. 1.9. Ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå ýíåðãåòè÷åñêèõ çîí GaP íà ãðàíèöå ðàçäåëà ñýëåêòðîëèòîì [28].37aÐèñ. 1.10. Èçîáðàæåíèÿ ïîâåðõíîñòè ÏÔà (GaP:S (6 · 1017 ñì−3 ), 2Ì ñïèðòîâîé ðàñòâîð HF, U = 20 Â), ïîëó÷åííûå ñ ïîìîùüþ ðàñòðîâîé ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè: a)äîìåííàÿ ñòðóêòóðà ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ, á) ïîðèñòàÿ ñòðóêòóðà íà ñêîëå îáðàçöà.382 ìêì2 ìêìàáÐèñ. 1.11. Èçîáðàæåíèÿ ïîâåðõíîñòåé ÏÔà c îðèåíòàöèÿìè ïîâåðõíîñòè (110) (à ) è(111) (á ), ïîëó÷åííûå ìåòîäîì àòîìíî-ñèëîâîé ìèêðîñêîïèè [32]Çàòåì ïîðû ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ âãëóáü ìîíîêðèñòàëëà, è äîìåí óâåëè÷èâàåòñÿ â ðàçìåðàõ äî òåõ ïîð, ïîêà åãî ðîñò íå áóäåò îãðàíè÷åí ñîñåäíèìèäîìåíàìè.
Ðàçìåðû äîìåíîâ ñîñòàâëÿþò îò 5 äî 20 ìêì â çàâèñèìîñòè îòóñëîâèé òðàâëåíèÿ. C óâåëè÷åíèåì íàïðÿæåíèÿ íà ÿ÷åéêå ðàçìåð äîìåíîâè ñðåäíèé ðàäèóñ ïîð óâåëè÷èâàþòñÿ. Êàê ñâèäåòåëüñòâóþò èçîáðàæåíèÿïîâåðõíîñòåé ÏÔÃ, ïîëó÷åííûå íàìè ñ ïîìîùüþ àòîìíî-ñèëîâîé ìèêðîñêîïèè (ÀÑÌ), ðàçìåð íåîäíîðîäíîñòåé (ïîð è íàíîêðèñòàëëîâ) ñîñòàâëÿåòîò 0,05 äî 1 ìêì [3133] (ðèñ. 1.11).Ðèñ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
