Диссертация (1097499), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Òîëùèíà ïîäëîæêè c-Si ñîñòàâëÿëà 200 ìêì. Èçãîòîâëåíèå ïåðèîäè÷åñêîé ñòðóêòóðûÙÊÑ îñóùåñòâëÿëîñü â äâà ýòàïà. Ñíà÷àëà ìåòîäîì ôîòîëèòîãðàôèè íàïîäëîæêó c-Si íàíîñèëàñü ïåðèîäè÷åñêàÿ ìàñêà. Çàòåì ïîäëîæêà c-Si, ñíàíåñåííîé íà íåå ìàñêîé, ïîìåùàëàñü â âîäíûé 44% ðàñòâîð KOH. Ïðîöåäóðà òðàâëåíèÿ îñóùåñòâëÿëàñü ïðè òåìïåðàòóðå 700 ◦ C â òå÷åíèå 1-4÷àñîâ. Ðàçëè÷èå ñêîðîñòåé õèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿ â ðàçíûõ êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ íàïðàâëåíèÿõ (400:200:1 = <110>:<100>:<111>) [69] îáóñëîâëèâàåò ðîñò ùåëåé âäîëü êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîãî íàïðàâëåíèÿ <111>. Òàêèì îáðàçîì ôîðìèðóåòñÿ ðåøåòêà ñ ïåðèîäîì â íåñêîëüêî ìèêðîìåòðîâ.Âûñîêîå êà÷åñòâî è óïîðÿäî÷åííîñòü ÙÊÑ îïðåäåëÿåòñÿ ìåòîäèêîé ôîòîëèòîãðàôèè, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò ôîðìèðîâàòü ñòðóêòóðû ñ ðàçëè÷íûìèðàçìåðàìè êðåìíèåâûõ ñòåíîê è ïóñòîò (ðèñ.
1.15à). Ãëóáèíà ùåëåé îïðåäåëÿåòñÿ âðåìåíåì òðàâëåíèÿ è ìîæåò ïðåâûøàòü 100 ìêì. Äëÿ áîëüøåéìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íîñòè ñòðóêòóðû ÙÊÑ â íåé áûëè îñòàâëåíû øèðîêèåïîëîñû íåïðîòðàâëåííîãî êðåìíèÿ, êîòîðûå èìåþò ïåðèîä 250 è 350 ìêìäëÿ ðàçíûõ ñòðóêòóð. Íà ðèñ. 1.15á ïðåäñòàâëåí èçîáðàæåíèå ó÷àñòêà ïîâåðõíîñòè ÙÊÑ â îïòè÷åñêîì ìèêðîñêîïå, ñâåòëûå è òåìíûå îáëàñòè - ýòîùåëè è êðåìíèåâûå ñòåíêè ñîîòâåòñòâåííî. Õîðîøî âèäíà ïåðèîäè÷åñêàÿñòðóêòóðà ñ ïåðèîäîì 7 ìêì, è øèðîêàÿ ïîëîñà íåïðîòðàâëåííîãî êðåìíèÿ,íàïðàâëåííàÿ ïîä óãëîì 75◦ ê îñíîâíîé ñòðóêòóðå [71]. íàøèõ ýêñïåðèìåíòàõ èñïîëüçîâàëèñü ÙÊÑ ãëóáèíîé 30 ìêì ñ ïåðè46àáÐèñ. 1.15. à) Ïîïåðå÷íîå èçîáðàæåíèå ÙÊÑ (ïåðèîä 8 ìêì, ãëóáèíà 28 ìêì), ïîëó÷åííîåâ ðàñòðîâîì ýëåêòðîííîì ìèêðîñêîïå [67], á) èçîáðàæåíèå ó÷àñòêà ïîâåðõíîñòè ÙÊÑ(ïåðèîä 7 ìêì) â îïòè÷åñêîì ìèêðîñêîïå [71].îäàìè d, ðàâíûìè 4 è 7 ìêì. Òîëùèíû êðåìíèåâûõ ñòåíîê dSi ñîñòàâëÿëè1,0 è 1,6 ìêì ñîîòâåòñòâåííî.1.4. ÂûâîäûÈíòåðåñ ê ïîðèñòûì ïîëóïðîâîäíèêàì è äèýëåêòðèêàì îáóñëîâëåí âîçìîæíîñòüþ, âûáèðàÿ íåîáõîäèìûé ðåæèì èõ ôîðìèðîâàíèÿ, â øèðîêèõïðåäåëàõ óïðàâëÿòü èõ ôîòîííûìè ñâîéñòâàìè.
Äðóãîå âàæíîå ñâîéñòâîòàêèõ ñèñòåì, îáåùàþùåå èõ øèðîêîå èñïîëüçîâàíèå, ñîñòîèò â òîì, ÷òîèìåþùèåñÿ ó íèõ ïîðû ìîãóò áûòü çàïîëíåíû ðàçëè÷íûìè ñðåäàìè. Ýòîïðèâåäåò ê èçìåíåíèþ ýôôåêòèâíûõ ôîòîííûõ ñâîéñòâ ïîðèñòûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ è ìîæåò ïðèìåíÿòüñÿ êàê äëÿ ñîçäàíèÿ ñåíñîðîâ, òàê è äëÿ èçãîòîâëåíèÿ àêòèâíûõ è ïàññèâíûõ îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ñ çàäàííûìè ñâîéñòâàìè.
Ýòè ìàòåðèàëû ïðåäñòàâëÿþò íàèëó÷øóþ âîçìîæíîñòü äåòàëüíîèçó÷èòü âçàèìîñâÿçü ñòðóêòðû íàíîêîìïîçèòíîé ñèñòåìû è å¼ ôîòîííûõñâîéñòâ. äàííîé ãëàâå ðàññìîòðåíû òàêèå ñïîñîáû ôîðìèðîâàíèÿ òàêèõ íàíîñòðóêòóðèðîâàííûõ ñðåä, êàê ÏÊ, ÎÏÊ, ÏÔÃ, ÏÎÀ, à òàêæå ôîòîííîêðèñòàëëè÷åñêèå ñòðóêòóð íà èõ îñíîâå.
Íà îñíîâàíèè ïðîâåäåííîãî àíàëèçà ëèòåðàòóðíûõ äàííûõ, à òàêæå îðèãèíàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ, ñäåëàí âû47âîä î âîçìîæíîñòè ïîëó÷åíèÿ öåëîãî ðÿäà ìîäåëüíûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõè äèýëåêòðè÷åñêèõ ñèñòåì, ñòðóêòóðíûå ïàðàìåòðû êîòîðûõ âàðüèðóþòñÿâ ñàìûõ øèðîêèõ ïðåäåëàõ. Òàê, âîçìîæíî ôîðìèðîâàíèå ïîð äèàìåòðîìîò 1 äî 100 íì äëÿ ÏÊ , îò 50 äî 1000 íì äëÿ ÏÔÃ, îò 10 äî 500 íì äëÿÏÎÀ.Íàéäåíû ðåæèìû ýëåêòðîõèìè÷åñêîãî ôîðìèðîâàíèÿ ïîðèñòûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ è äèýëåêòðèêîâ (ÏÊ, ÎÏÊ, ÏÔÃ), îáëàäàþùèõ òàêèìè ñòðóêòóðíûìè ïàðàìåòðàìè (ïîðèñòîñòü, ðàçìåð è îðèåíòàöèÿ ïîð), ïðè êîòîðûõ íàèëó÷øèì îáðàçîì ïðîÿâëÿåòñÿ âëèÿíèå ôàêòîðîâ ëîêàëüíîãî ïîëÿ.Ðàçðàáîòàíû ñïîñîáû èçãîòîâëåíèÿ ìíîãîñëîéíûõ ïåðèîäè÷åñêèõ ñòðóêòóð íà îñíîâå ÏÊ è ÎÏÊ.
×ðåçâû÷àéíî âàæíûì ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòüäî òîé èëè èíîé ñòåïåíè óïîðÿäî÷èâàòü ôîðìèðóåìûå íàíîñèñòåìû, ÷òî, âñâîþ î÷åðåäü, ïðèâåäåò ê âîçíèêíîâåíèþ ó íèõ íîâûõ îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ,â ÷àñòíîñòè âîçíèêíîâåíèå â íåé îïòè÷åñêîé àíèçîòðîïèè.Ïîðèñòûå ïîëóïðîâîäíèêè è äèýëåêòðèêè õàðàêòåðèçóþòñÿ ïðîñòîòîéè óïðàâëÿåìîñòüþ ïðîöåññà èõ èçãîòîâëåíèÿ è äîïóñêàþò âûñîêóþ ñòåïåíü êîíòðîëÿ ôîðìû è ðàçìåðîâ íàíîêðèñòàëëîâ è íàíîêëàñòåðîâ. Âñ¼ýòî äåëàåò èõ óäîáíûì îáúåêòîì äëÿ èññëåäîâàíèé â îáëàñòè íàíîôîòîíèêè. Ïîäàâëÿþùåå ÷èñëî ïåðå÷èñëåííûõ âûøå ïîëóïðîâîäíèêîâûõ è äèýëåêòðè÷åñêèõ íàíîñòðóêòóð èñïîëüçîâàëèñü ïðè èññëåäîâàíèè ýôôåêòîâëîêàëüíûõ ïîëåé â ëèíåéíîé è íåëèíåéíîé îïòèêå, ðåçóëüòàòû êîòîðûõèçëîæåíû â ñëåäóþùèõ ãëàâàõ.482.
ËÈÍÅÉÍÛÅ ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÂÎÉÑÒÂÀÏÎÐÈÑÒÛÕ ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊΠÈÄÈÝËÅÊÒÐÈÊÎÂ2.1. Ìîäåëè ýôôåêòèâíîé ñðåäûÂåñüìà âàæíóþ ðîëü â îïòèêå íàíîêîìïîçèòíûõ ñðåä èãðàåò òàê íàçûâàåìàÿ ìîäåëü ýôôåêòèâíîé ñðåäû. Ñóòü ýòîé ìîäåëè ñîñòîèò â òîì,÷òî àíñàìáëü íàíîêëàñòåðîâ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê íåêóþ íîâóþ ñðåäóñ ýôôåêòèâíîé äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòüþ. Îãðîìíûì ïðåèìóùåñòâîì äàííîãî ïîäõîäà ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî â ðàìêàõ åãî äëÿ àíàëèçà ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ â íàíîêîìïîçèòíîé ñðåäå íåò íåîáõîäèìîñòè ðåøàòüóðàâíåíèÿ Ìàêñâåëëà â êàæäîé òî÷êå ïðîñòðàíñòâà.Êàê ïðàâèëî, â ìîäåëè ýôôåêòèâíîé ñðåäû äëÿ îïòè÷åñêèõ çàäà÷ ïîëüçóþòñÿ ýëåêòðîñòàòè÷åñêèì ïðèáëèæåíèåì, óñëîâèåì êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿìàëîñòü êàê ðàçìåðà íàíî÷àñòèöû, òàê è ðàññòîÿíèÿ ìåæäó íèìè ïî ñðàâíåíèþ ñ äëèíîé îïòè÷åñêîé âîëíû â ñðåäå (ðèñ.
2.1) [72].  ïðîòèâíîìñëó÷àå áóäåò íåèçáåæíî âñòàâàòü çàäà÷à ó÷åòà ðàññåÿíèÿ íà ñîñòàâëÿþùèõíàíîêîìïîçèòíóþ ñðåäó ÷àñòèöàõ è èíòåðôåðåíöèè ðàññåÿííûõ âîëí (ñì.ï. 2.4.). ðàìêàõ ìîäåëè ýôôåêòèâíîé ñðåäû ìû â ïðèíöèïå ìîæåì, çíàÿ îïòè÷åñêèå ïàðàìåòðû êàæäîãî èç êîìïîíåíòîâ êîìïîçèòíîé ñðåäû, à òàêæåèõ êîíöåíòðàöèè è ãåîìåòðè÷åñêóþ ôîðìó, îïðåäåëèòü ýôôåêòèâíûå ïàðàìåòðû âñåé ñðåäû êàê öåëîãî. Äëÿ ýòîãî íàäî ñâÿçàòü ñðåäíþþ ïî îáúåìó49aa<<b<<bÐèñ.
2.1. Ýëåêòðîñòàòè÷åñêîå ïðèáëèæåíèå â ìîäåëè ýôôåêòèâíîé ñðåäû [72]V ýëåêòðè÷åñêóþ èíäóêöèþ < D >ZZ11D(r)dr =ε(r) · E(r)dr< D >=V VV V(2.1)è âåëè÷èíó íàïðÿæåííîñòè âíåøíåãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ E0 , ýòà ñâÿçü èîïðåäåëÿåò ýôôåêòèâíóþ äèýëåêòðè÷åñêóþ ïðîíèöàåìîñòü εef f êîìïîçèòíîé ñðåäû:< D >= εef f · E0(2.2)Çäåñü D(r), E(r) è εef f (r) ëîêàëüíûå (â òî÷êå ñ ðàäèóñ-âåêòîðîì r) çíà÷åíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé èíäóêöèè, íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ è äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòè.Ëîêàëüíîå ïîëå E(r) çàâèñèò îò ôîðìû ÷àñòèöû.  ñàìîì îáùåì ñëó÷àåèíòåãðèðîâàíèå â 2.1 âñòðå÷àåò çíà÷èòåëüíûå òðóäíîñòè.
Òî÷íîå îïðåäåëåíèå ýôôåêòèâíîé äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòè è, ñëåäîâàòåëüíî, ýôôåêòèâíûõ îïòè÷åñêèõ êîíñòàíò, âîçìîæíî, â íåñêîëüêèõ èñêëþ÷èòåëüíûõñëó÷àÿõ, íàïðèìåð â ñëó÷àå ëàìèíàðíîé ñòðóêòóðû, ñîñòîÿùåé èç ÷åðåäóþùèõñÿ ïàðàëëåëüíûõ ñëîåâ äèýëåêòðèêîâ ñ ïðîíèöàåìîñòÿìè ε1 , ε2 (ðèñ.2.2) [73, 74]. Äëÿ îñòàëüíûõ ñëó÷àåâ ïðèõîäèòñÿ ðàññìàòðèâàòü ðàçëè÷íûåïðèáëèæåíèÿ, ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå ëîêàëüíûå ïîëÿ, êîòîðûå îïðåäåëÿþòñÿ èç ðåøåíèÿ çàäà÷ ýëåêòðîñòàòèêè.50EλEÐèñ. 2.2. Ëàìèíàðíàÿ ñòðóêòóðà.
Ðàçëè÷íûå íàïðàâëåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ2.1.1. Ëàìèíàðíàÿ ñòðóêòóðàËàìèíàðíàÿ ñòðóêòóðà îêàçûâàåòñÿ ïðîñòåéøèì ñëó÷àåì êîìïîçèòíîéñðåäû.  ñîîòâåòñòâèè ñ (2.1) íåîáõîäèìî ðàññ÷èòàòü ñðåäíþþ âåëè÷èíóýëåêòðè÷åñêîé èíäóêöèè:1< D >=VZ1D1 (r)dr +VV1ZV2D2 (r)dr ,(2.3)ãäå V1 , V2 îáúåìû, çàíèìàåìûå äèýëåêòðèêàìè ñ ε1 è ε2 ñîîòâåòñòâåííî(âñÿ ñòðóêòóðà çàíèìàåò îáú¼ì V = V1 +V2 ), à D1 (r), D2 (r) ýëåêòðè÷åñêàÿèíäóêöèÿ â ýòèõ îáúåìàõ.
Åñëè ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå íàïðàâëåíî ïåðïåíäèêóëÿðíî íàïðàâëåíèþ ñòðàòèôèêàöèè ñòðóêòóðû (ðèñ. 2.2), òî òîãäà(2.4)εef f = f1 ε1 + f2 ε2 ,ãäå f1 è f2 òàê íàçûâàåìûå ôàêòîðû çàïîëíåíèÿ:f1 = V1 /V,f2 = V2 /V.(2.5) ñëó÷àå, êîãäà ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå íàïðàâëåíî âäîëü íàïðàâëåíèÿ ñòðàòèôèêàöèè ñòðóêòóðû (ðèñ. 2.2) ìû, ó÷èòûâàÿ ðàâåíñòâî íîìàëüíûõ ñîñòàâëÿùèõ ýëåêòðè÷åñêîé èíäóêöèè íà ãðàíèöàõ ðàçäåëà, ïîëó÷àåì:1εef f=f1 f2+ε1 ε251.(2.6)Îáðàòèì âíèìàíèå íà òî, ÷òî äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü çàâèñèòîò íàïðàâëåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ (ñð. âûðàæåíèÿ (2.4) è (2.6) ).
Òàêèì îáðàçîì, ìû èìååì äåëî ñ àíèçîòðîïèåé, îáóñëîâëåííîé ñòðóêòóðîéñèñòåìû, ôîðìîé ÷àñòèö è êîìïîíåíòîâ, îáðàçóþùèõ êîìïîçèòíóþ ñðåäó. Òàêóþ àíèçîòðîïèþ ïðèíÿòî íàçûâàòü àíèçîòðîïèåé ôîðìû [73]. Êàêìîæíî óâèäåòü èç (2.4) è (2.6), ëàìèíàðíàÿ ñòðóêòóðà îáëàäàåò ñâîéñòâàìèîòðèöàòåëüíîãî îäíîîñíîãî êðèñòàëëà ñ îïòè÷åñêîé îñüþ, ñîâïàäàþùåé ñíàïðàâëåíèåì ñòðàòèôèêàöèè [73, 74].Ìîæíî îòìåòèòü, ÷òî âûðàæåíèÿ (2.4) è (2.6) äàþò, ñîîòâåòñòâåííî,âåðõíèé è íèæíèé ïðåäåëû (ïðåäåëû Âèíåðà) äëÿ âåëè÷èí âîçìîæíûõ ýôôåêòèâíûõ äèýëåêòðè÷åñêèõ ïðîíèöàåìîñòåé â êîìïîçèòíîé ñðåäå ëþáîéãåîìåòðèè [75].Îäíèìè èç ñàìûõ ñòàðûõ, íî, òåì íå ìåíåå, íàèáîëåå øèðîêî ïðèìåíÿåìûõ ìîäåëåé ýôôåêòèâíîé ñðåäû ÿâëÿþòñÿ ìîäåëè Ìàêñâåëëà-Ãàðíåòòà[76] è Áðóããåìàíà [77].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
