Перенос носителей заряда в слоях пористого кремния с различной формой и поверхностным покрытием нанокристаллов (1104413), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Анизотропия электропроводности связана как с различным числомпотенциальных барьеров вдоль разных кристаллографических направлений, так и ихвысотой.4. Адсорбция донорных молекул на образцы мезопористого кремния n-типа иакцепторныхмолекулнаобразцыp-типаприводиткрезкомуростуэлектропроводности, который объясняется как увеличением концентрации свободныхносителей заряда, так и их подвижности.5. При термическом окислении слоёв мезопористого кремния увеличиваетсяанизотропия электропроводности и фотопроводимости за счет усиления анизотропииподвижности носителей заряда.Научная и практическая значимость работы.
Полученные в работерезультаты характеризуют зависимость электрических и фотоэлектрических свойствпористого кремния от формы кремниевых нанокристаллов и их поверхностного6покрытия. С практической точки зрения эти данные могут быть использованы присоздании различных типов электронных и сенсорных устройств на основе ПК.Результаты исследований могут быть использованы для анализа физических свойствсистем, содержащих ансамбли связанных кремниевых нанокристаллов.Личный вклад.
Большинство исследованных образцов были изготовленыавтором диссертационной работы лично. Роль диссертанта в экспериментальныхисследованияхитеоретическоманализеполученныхрезультатовявляетсяопределяющей.Апробация результатов работы. Результаты, вошедшие в диссертацию,опубликованы в 13 работах, из которых 5 статей в научных журналах и 8 тезисовконференций. Апробация проходила на следующих конференциях: 7 всероссийскаямолодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- инаноэлектронике, Санкт-Петербург, 2005; V международная конференция "Аморфныеи микрокристаллические полупроводники", Санкт-Петербург, 2006; 3rd InternationalConference on Materials Science and Condensed Matter Physics, Кишинев, Молдавия,2006; Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых пофундаментальным наукам "Ломоносов-2007", секция "Физика", Москва, 2007; NATOAdvanced Study Inctitute "Sensors for Environment, Health and Security: AdvancedMaterials and Technologies", Vichy, Франция, 2007; 4th International Conference onMaterials Science and Condensed Matter Physics, Кишинев, Молдавия, 2008; 6Курчатовская молодежная научная школа, Москва, 2008; Десятая международнаянаучно-практическая конференция “Современные информационные и электронныетехнологии”, Одесса, Украина, 2009.Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырехглав, заключения, основных выводов, списка публикаций автора и списка цитируемойлитературы. Общий объем работы составляет 115 страниц машинописного текста,включающих 56 рисунков и 5 таблиц. Библиография содержит 106 наименований.В руководстве работой активное участие принимал доцент П.А. Форш.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность выбранной темыдиссертации,поставлены задачи исследований, отмечена научная новизна полученных результатови их практическая ценность, приведены положения, выносимые на защиту,7представлен перечень конференций, в рамках которых происходила апробацияработы.В первой главе представлен обзор теоретических и экспериментальных работ,посвященных изучению структурных, оптических и фотоэлектрических свойств ПК.В разделе 1.1 описаны методы получения ПК, перечислены основные модели,описывающие процесс образования пор.
Рассмотрены также структурные свойстваПК, перечислены факторы, определяющие морфологию пор и кремниевыхнанокристаллов. Представлены данные сканирующей электронной микроскопии дляобразцов ПК, обладающих различными структурными свойствами.Раздел 1.2 посвящен свободным носителям заряда и определению ихконцентрации при помощи ИК-спектроскопии. В разделе 1.2.1 приведен обзор работ,связанных с изучением химического состава поверхности ПК методом ИКспектроскопии.
Представлена таблица, в которой указаны основные полосы ИКпоглощения в ПК. Раздел 1.2.2 посвящен свободным носителям заряда (СНЗ) в мезоПК. Описан способ расчета концентрации СНЗ в ПК, базирующийся на анализеположения плазменного минимума в спектре ИК-отражения с использованиемклассической модели Друде. В разделе 1.2.3 представлены данные по влияниюадсорбции активных молекул на электронные и оптические свойства мезо-ПК.В разделе 1.3 проведен анализ работ, посвященных переносу свободныхносителей заряда в ПК. Явления, происходящие на границе ПК с металлом икремниевой подложкой, описаны в разделе 1.3.1. Отмечено, что свойства контактаметалл-ПК могут изменяться в зависимости от структурных свойств ПК, в частностиот размера кремниевых нанокристаллов.
Так, например, на границе алюминия и ПКвсегда возникает потенциальный барьер, вследствие чего переход являетсявыпрямляющим. Однако в случае высокого уровня легирования кремния барьерстановится узким и за счет процессов эффективного туннелирования переходалюминий/кремний становится омическим (невыпрямляющим). Также в данномразделе приведены выражения, описывающие наблюдаемые в некоторых работахвольт-амперные характеристики ПК.
Отмечается, что нелинейность вольт-амперныххарактеристик ПК при больших напряжениях смещения может объясняться эффектомПула-Френкеля.8В разделе 1.3.2 проведено сравнение электрических свойств ПК с различнымразмером нанокристаллов. Показано, что в ПК с размером нанокристаллов ≤ 5 нмквантово-размерные эффекты играют определяющую роль в транспорте свободныхносителей заряда.
Обычно, в таком материале преобладает прыжковый механизмпроводимости по локализованным состояниям нанокристаллов. Однако есть данные ио возможности переноса носителей заряда по делокализованным состояниям слояаморфного сплава кремния с водородом и кислородом, расположенного наповерхности кристаллов кремния в ПК. Имеющийся в литературе разброс вэкспериментальных данных и их интерпретации может объясняться тем, что переносносителей заряда в ПК в значительной степени зависит от величины пористости,диаметра пор, размеров обедненных областей, от эффективности процессов захватаносителей на ловушки и т.д.В случае ПК с размером нанокристаллов более 5 нм, квантово-размерныйэффект пренебрежимо мал.
Однако исследованию переноса носителей заряда в такомматериале в литературе внимания практически не уделено. В частности, не выясненароль граничных состояний нанокристаллов и их формы на электропроводность ПК.Раздел 1.3.3 посвящен исследованию фотопроводимости ПК. Приведеныданные зависимости фототока от энергии падающих на ПК квантов света.Отмечается, что фотопроводимость ПК определяется не только структурой ПК, но иусловиями измерения фотопроводимости: уровнем возбуждения, температурой,приложенным напряжением.
В случае микро-ПК при большом приложенномнапряжении наблюдается насыщение фототока, которое может быть объяснено врамкахквантово-размерноймодели.Однакодетальныйанализмеханизмоврекомбинации неравновесных носителей заряда в ПК в литературе отсутствует.Влияние адсорбции на электропроводность слоев ПК рассмотрено в разделе1.3.4. Приведены литературные данные об изменении электропроводности приадсорбции молекул NO2, NO, NH3. Сообщается также о сверхлинейном ростеэлектропроводности ПК p-типа с увеличением концентрации свободных носителейзаряда при адсорбции молекул NO2. Однако объяснение такого сверхлинейного ростав литературе не представлено.
Не изучен также вопрос об изменении подвижностиносителей заряда в результате адсорбции.9Свойства окисленного ПК описаны в разделе 1.3.5. Рассматриваются работы, вкоторых наблюдается значительное изменение оптических и электрических свойствокисленных образцов ПК по сравнению со свежеприготовленными. Показанавозможность модификации свойств ПК посредством кратковременного термическогоотжига. В то же время отмечается, что большинство работ посвящено исследованиюокисленных слоёв микро-ПК.В заключении данной главы в разделе 1.4 сформулированы выводы из обзоралитературы и поставлены задачи исследования.Во второй главе приведены данные об изученных в работе образцах, описаныэкспериментальные методики, с помощью которых проводились исследования.Раздел 2.1 посвящен методике приготовления образцов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
