Управление концентрацией свободных носителей заряда в кремниевой наноструктуре (1102938), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Поскольку из ИК спектров нельзя определить знак свободных носителей заряда в кремниевыхнаноструктурах, то можно предположить, что в исследуемых образцах наряду сэлектронами могут присутствовать и дырки. Чтобы проверить влияние молекулводы на концентрацию снз и спиновых центров, были измерены ИК - и ЭПРспектры в атмосфере данных молекул. Было установлено, что для образцовмезо-ПК адсорбция молекул воды не приводила к росту поглощения на снз, и вспектрахЭПРнефиксировалсясигнал,обусловленныйсвободнымиэлектронами в зоне проводимости, а для образцов III амплитуда сигнала ЭПР,соответствующего свободным электронам (g=1.9987±0.0005), не меняется.
Впункте 4.3обсуждаетсямодельвзаимодействиямолекуламмиакасповерхностью nc-Si. Как следует из данных ЭПР спектроскопии, адсорбциясухого аммиака на поверхности ПК p- и n-типов проводимости не приводит ксущественному изменению их ЭПР спектров. В то же время адсорбция молекуламмиака в присутствии водяных паров в случае p-типа ведет к появлениюлинии ЭПР с g-фактором 1.9987±0.0005, соответствующим свободнымэлектронам в зоне проводимости ПК, а в случае n-типа – к росту интенсивностиуказанной линии ЭПР. Из анализа ИК-спектров следует, что концентрация снзуменьшается при адсорбции сухого аммиака на образцах p-типа и остаетсянеизменной в случае образцов n-типа.
В атмосфере влажного аммиакапоглощение ИК-излучения на снз ( PNH3 = 20 Торр) увеличивается на всехисследуемых образцах. Анализируя полученные данные, можно предположить,что при адсорбции молекул сухого аммиака формируются центры захвата снз18(дырок) – NH3+. В случае адсорбции молекул влажного аммиака происходитрост концентрации снз на образцах обоих типов проводимости, и параллельнодетектируетсяувеличениесигналаЭПРотсвободныхэлектронов.Следовательно, адсорбция аммиака в присутствии молекул воды приводит кформированию в исследуемых образцах мелких донорных состояний последующему механизму: NH3+H2O→NH4OH→NH4++OH- и OH-→OH+e-.ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫВработеизученыпутиуправленияконцентрациейсвободныхносителей заряда в слоях мезопористого кремния, сформированных наподложках p- и n-типа проводимости, при адсорбции активных молекул.
Былиполучены следующие основные результаты:1. Показано, что в процессе адсорбции молекул йода I2 увеличиваетсяконцентрация свободных носителей заряда в слоях мезо-ПК, при этомрезультирующая концентрация носителей заряда в образцах определяетсятипомиуровнемлегированияподложек,использованныхприформировании ПК.2. Обнаружен рост концентрации свободных носителей заряда в образцах pтипа проводимости, что объясняется формированием на поверхности мезоПК донорно-акцепторных пар Pb+-I2-, в результате чего дефекты перестаютбыть центрами захвата дырок, в объем нанокристаллов Si выбрасываютсясвободные дырки, и их концентрация приближается к уровню легированияисходной монокристаллической подложки.
В образцах мезо-ПК n-типанаблюдается инвертирование типа проводимости с электронного надырочный,обусловленное,по-видимому,формированиеммелкихакцепторных состояний на поверхности nc-Si.3. Методами ИК и ЭПР спектроскопии исследовано влияние адсорбциимолекул специально осушенного аммиака на электронные свойствапористого кремния p- и n-типа. Обнаружено уменьшение концентрации19свободных носителей заряда в атмосфере аммиака в образцах p-типа, в товремя как в образцах n-типа данная величина оставалась неизменной.Адсорбция молекул аммиака не влияла на концентрацию исходноприсутствующих во всех исследуемых образцах Pb- центров и не приводилак образованию новых спиновых центров.4.
При адсорбции молекул влажного аммиака в образцах ПК p-типапроводимости зафиксирован сигнал ЭПР от свободных электронов в зонепроводимости. Методом ЭПР в атмосфере молекул влажного аммиакаобнаружено увеличение концентрации свободных электронов в ПК n-типапо сравнению с образцами в вакууме. Рассчитанные значения концентрацийсвободных электронов согласуются по порядку величины со значениямиконцентраций свободных носителей заряда, полученными методом ИКспектроскопии.5.
Наосновеполученныхданныхпредложенамодель,описывающаявзаимодействие молекул адсорбата с кремниевыми нанокристаллами.Согласно этой модели в атмосфере специально осушенного аммиакапроисходит образование адсорбционно-индуцированных центров захватадырок, а приадсорбции молекул влажного аммиака образуютсяадсорбционно-индуцированныемелкиедонорныесостояния,наряду с состояниями исходной легирующей примесикоторыеи поверхностныхдефектов определяют концентрацию носителей заряда в кремниевыхнанокристаллах пористого слоя после адсорбции аммиака.Цитируемая литература:[1]Bisi O.
Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon basedoptoelectronics / O. Bisi, S. Ossicini, L. Pavesi // Surface Science Report. –2000. – № 38. – P. 1-126.[2]Rouquerol J. Recommendations for the characterization of porous solids/ J. Rouquerol [et al.] // Pure&Appl.
Chem. – 1994. – № 66 (8). – P. 17391758.20[3]Canham L.T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemicaland chemical dissolution of wafers / L.T. Canham // Appl. Phys. Lett. – 1990. № 57 (10). – P. 1046-1048.[4]Halimaoui A. Electroluminescence in the visible range during anodicoxidation of porous silicon films / A. Halimaoui [et al.] // Appl.
Phys. Lett. –1991. - № 59 (3). – P.306-304.[5]Canham L.T. Characterization of microporous Si by flow calorimetry:Comparison with a hydrophobic SiO2 molecular sieve / L.T. Canham, A.J.Groszek // J. Appl. Phys. – 1992. – № 72 (4). – P.1558-1565.[6]Cullis A.G.
The structural and luminescence properties of porous silicon/ A.G. Cullis, L.T. Canham, P.D.J. Calcott // J. Appl. Phys. – 1997. – № 82 (3).– P. 909-965.[7]Polisski G. Boron in mesoporous Si Where have all the carriers gone?/ G. Polisski [et al.] // Physica B.
– 1999. – № 273-274. – P. 951-954.[8]Timoshenko V.Yu. Free charge carriers in mesoporous silicon / V.Yu.Timoshenko [et al.] // Phys. Rev. B. – 2001. – № 64. – P. 085314.Основные результаты опубликованы в следующих статьях:Константинова Е.А. Влияние адсорбции донорных и акцепторных молекулA1.нарекомбинационныесвойствакремниевыхнанокристаллов./Е.А.Константинова [и др.] // ФТП. – 2004. – № 38 (11). – С.1386-1391.A2.Osminkina L. Influence of iodine molecule adsorption on electronic propertiesof porous silicon studied by FTIR and EPR spectroscopy / L.
Osminkina [et al.] //Phys. Status Solidi (c). – 2007. – № 4 (6). – P. 2121-2125.A3.Kashkarov P. Control of charge carrier density in mesoporous silicon byadsorption of active molecules / P. Kashkarov [et al.] // Phys. Status Solidi (a). –2007. – №. 204(5). – P.1404-1407.A4.Воронцов А.С. Модификация свойств пористого кремния при адсорбциимолекул йода / А.С.
Воронцов [и др.] // ФТП. – 2007. – № 41(8) – С. 972-976.21A5.Pavlikov A. Effect of ammonia adsorption on charge carriers in mesoporoussilicon of n- and p- type conductivity / A. Pavlikov [ et al. ] // Phys. Status Solidi(c). – 2007.
– № 4(6). – P. 2126-2130.22.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
