Автореферат (1097806)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВАФизический факультетНа правах рукописиФорш Павел АнатольевичОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАСИСТЕМ, СОДЕРЖАЩИХ АНСАМБЛИ КРЕМНИЕВЫХНАНОКРИСТАЛЛОВ01.04.10 – Физика полупроводниковАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукМосква – 2014Работа выполнена на кафедре общей физики и молекулярной электроники физическогофакультета Московского государственного университета имени М.В. ЛомоносоваНаучный консультант:Павел Константинович Кашкаров,доктор физико-математических наук, профессор. Физический факультет Московскогогосударственного университета имени М.В. Ломоносова; заведующий кафедрой общей физикии молекулярной электроникиОфициальные оппоненты:Горбацевич Александр Алексеевич,доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН.
Федеральное государственноебюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н.Лебедева Российской академиинаук; главный научный сотрудник.Каневский Владимир Михайлович,доктор физико-математических наук. Федеральное государственное бюджетное учреждениенауки Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Российской академии наук; и.о.директора института.Пархоменко Юрий Николаевич,докторфизико-математическихнаук,профессор.ОАО«Государственныйнаучно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет»;научный руководитель.Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им.А.М.
Прохорова Российской академии наук.Защита состоится « 19 » июня 2014 года в _____ часов на заседании Диссертационного советаД 501.001.70 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова поадресу: 119991 ГСП-1 Москва, Ленинские горы, д.1, стр. 35, конференц-зал Центраколлективного пользования физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научной библиотеки МГУ имениМ.В.Ломоносова(Ломоносовскийпр.,д.27)ивсетиInternetпоадресуhttp://www.phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-001-70/ .Автореферат разослан «___» __________ 2014 года.Учёный секретарьдиссертационного совета Д 501.001.70доктор физико-математических наук,профессорГ.С.
Плотников3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫВ диссертационной работе изучаются оптические и электрические свойствасистем, содержащих ансамбли кремниевых нанокристаллов, на примере следующихматериалов: наномодифицированного аморфного кремния (nc-Si/a-Si:H) - двухфазногоматериала, состоящего из матрицы аморфного гидрированного кремния (a-Si:H) свнедренными туда и хаотично расположенными кристаллами кремния нанометровогоразмера; слоев кремниевых нанокристаллов, внедренных в матрицу диоксида кремния(nc-Si/SiO2); и пористого кремния (ПК). На основе анализа оптических и электрическихсвойств таких систем в работе устанавливаются общие закономерности по влияниюобъемной доли нанокристаллов, их размера, формы и поверхностного покрытия напроцессы генерации, переноса и рекомбинации носителей заряда в системах,содержащих ансамбли кремниевых нанокристаллов.Актуальность темы диссертации.
В настоящее время базовым материаломэлектроникиявляетсякремний.Широкиеперспективыдляминиатюризацииэлектронных приборов на основе кремния, а также для создания новых принциповфункционирования таких приборов, открываются при использовании низкоразмерныхкремниевых структур, в частности кремниевых нанокристаллов (nc-Si). Кремниевыенанокристаллы представляют значительный интерес в случае их использования длясоздания светоизлучающих устройств, фотопреобразователей, газовых сенсоров,биомедицинских препаратов и многого другого.
Однако фундаментальные процессыгенерации, переноса и рекомбинации носителей заряда в таких системах, а такжекорреляция данных процессов со структурными свойствами самих кремниевыхнанокристаллов (размером, формой) и особенностями их локального окружения кмоменту постановки настоящей работы практически не были исследованы.На данный момент к числу перспективных материалов, содержащих nc-Si, с точкизрения технических приложений можно отнести пленки nc-Si/a-Si:H; слои nc-Si/SiO2 иПК. Конечно, перечисленные структуры не исчерпывают всего многообразия систем,содержащих nc-Si, но, безусловно, являются достаточно «популярными» средиисследователей не только в связи с их очевидными практическими применениями, нотакже и вследствие возможности изменять в широких пределах их структурныесвойства (размер, форму и поверхностное окружение нанокристаллов; а также ихобъемную долю в случае нахождения нанокристаллов в аморфной или оксиднойкремниевых матрицах) и тем самым устанавливать корреляцию структурных иэлектронных свойств.
Исследования оптических и электрических свойств указанныхвыше систем являются взаимодополняющими, и позволяют выявить основные4закономерности электронных процессов в системах, содержащих ансамбли кремниевыхнанокристаллов. Во многом это связано с тем, что перечисленные выше системыпозволяют моделировать практически любую ситуацию по расположению, связям,окружению и форме nc-Si. Рассмотрим подробнее каждую из систем и выделим тоткруг научных проблем, которые необходимо решить для получения целостной картинымеханизмов генерации, переноса и рекомбинации носителей заряда в системах,содержащих ансамбли кремниевых нанокристаллов.На примере структур nc-Si/a-Si:H можно изучить систему, в которой электронныепроцессы определяются какаморфной, так и кристаллической составляющимиматериала.
В этом случае важное значение имеет соотношение между объемнымидолями кристаллической и аморфной фаз. Однако детальных исследований по влияниюдоли кристаллической фазы на оптические и фотоэлектрические свойства структур ncSi/a-Si:H к моменту постановки настоящего исследования проведено не было. Крометого, в последнее время появились работы, в которых пленки nc-Si/a-Si:H получаютсяне «традиционным» методом плазмохимического осаждения из газовой фазы смесимоносилана и водорода, а путем лазерной кристаллизации a-Si:H. Как отмечается влитературе данный способ формирования удобен с точки зрения оптимизации процессасозданиятандемныхсолнечныхэлементовнаосновеаморфногоинаномодифицированного кремния.
В работах, опубликованных в последние годы ипосвященных влиянию фемтосекундного лазерного облучения a-Si:H на его свойства,исследовалось изменение структуры пленок при данном воздействии. Однако влитературе отсутствовали данные об изменении электрических, фотоэлектрических иоптических свойств пленок a-Si:H при изменении структуры пленок в результатевоздействия на них фемтосекундных лазерных импульсов. В то же время подобныеисследованияпредставляютинтерес,посколькууказаннымспособомможноформировать частично упорядоченные массивы кремниевых нанокристаллов в матрицеa-Si:H.Необходимо отметить, что структуры nc-Si/a-Si:H представляют значительныйинтерес и с прикладной точки зрения.
В последнее время ведутся интенсивные работыпо разработке и созданию тонкопленочных электронных приборов, таких как полевыетранзисторы, солнечные элементы, фотоприемники и др. При этом, в качествематериала перспективного с точки зрения использования в тонкопленочных приборах,повышенное внимание исследователей вызывает именно nc-Si/a-Si:H.
Интерес к этомуматериалу во многом продиктован тем, что в отличие от a-Si:H, получившего широкоераспространение в тонкопленочной оптоэлектронике, он менее подвержен изменению5своих свойств при освещении и обладает большей (по сравнению с a-Si:H)подвижностью носителей заряда. В связи с этим, использование структуры nc-Si/a-Si:Hвместо a-Si:H в тонкопленочных приборах может значительно улучшить иххарактеристики, в частности увеличить КПД солнечных батарей.Примеромансамблейизолированныхкремниевыхнанокристалловвнепроводящей матрице могут служить системы из кремниевых нанокристаллов,внедренных в матрицу диоксида кремния.
Интерес к таким системам связан собнаруженной сравнительно недавно их эффективной фотолюминесценцией, чтооткрывает широкие перспективы для создания на их основе светоизлучающих диодов илазеров. В связи с этим большинство имеющихся на данный момент работ посвященоисследованию фотолюминесцентных свойств систем nc-Si/SiO2. В то же время длясоздания светодиодов на основе таких структурнеобходимо детально изучитьмеханизмы переноса носителей заряда в них. Существующие на данный моментвремени методики получения структур nc-Si/SiO2 позволяют варьировать в широкихпределах размер кремниевых нанокристаллов и расстояние между ними в матрице SiO2.Это дает возможность исследовать проводимость таких структур и изучить влияниеструктурных особенностей на процессы электронного транспорта в них.На протяжении уже нескольких десятков лет внимание исследователейпривлекает пористый кремний, что связано с перспективами его использования воптоэлектронике, сенсорике и медицине.
Кроме того ПК может рассматриваться какудобный модельный объект для изучения оптических и фотоэлектрических свойствсистем, содержащих ансамбли связанных кремниевых нанокристаллов, поскольку ондовольно прост в получении и его структура легко варьируются в процессе роста.Недавно было обнаружено, что ПК, содержащий нанокристаллы с анизотропией формы(размерынанокристалловнаправлениям),такотличаютсяназываемыйпоразличныманизотропныйПК,кристаллографическимобладаетзаметнымдвулучепреломлением. Большинство работ, имеющих отношение к данному материалу,посвящено исследованию линейных и нелинейных оптических свойств анизотропногоПК.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
