LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Фотолюмінесценція у видимій області спектра плівок нанокристалічного кремнію, одержаних імпульсним лазерним осадженням


НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ

ім. В.Є. ЛАШКАРЬОВА




УДК 621.382:535.37





МАНОЙЛОВ ЕДУАРД ГЕННАДІЙОВИЧ






ФОТОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЯ У ВИДИМІЙ ОБЛАСТІ СПЕКТРА ПЛІВОК НАНОКРИСТАЛІЧНОГО КРЕМНІЮ,
ОДЕРЖАНИХ ІМПУЛЬСНИМ ЛАЗЕРНИМ ОСАДЖЕННЯМ






01.04.07 – Фізика твердого тіла





АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук






Київ – 2005

Дисертацією є рукопис.


Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова
Національної академії наук України, м. Київ.


Науковий керівник:

доктор фізико-математичних наук

Каганович Елла Борисівна,

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАНУ,

провідний науковий співробітник


Офіційні опоненти:

Чл.-кор. НАН України,

доктор фізико-математичних наук

професор Макара Володимир Арсенійович,

Київський національний університет ім. Тараса Шевченка,

завідувач кафедрою Фізики металів

доктор фізико-математичних наук

професор КулішМикола Родіонович,

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАНУ,

провідний науковий співробітник


Провідна установа:

Інститут фізики НАН України

відділ фізичної електроніки, м. Київ


Захист відбудеться “21” жовтня 2005 р. о 1600 на засіданні Спеціалізованої вченої ради К 26.199.01 в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України за адресою: 03028, Київ-28, просп. Науки, 45


З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституті фізики напівпровід-ників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України (03028, Київ-28, просп. Науки, 45)


Автореферат розісланий “16” вересня 2005 р.


Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради

кандидат фізико-математичних наук Охріменко О.Б.


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


Актуальність теми. Нанокристалічні напівпровідникові матеріали привертають до себе особливу увагу у зв'язку з цікавою фізикою їх низькорозмірних станів і перспективами використання в нових приладах оптоелектроніки. Кремній, який є основним матеріалом мікроелектроніки, не використовувався в світловипромінюючих приладах через те, що він являє собою непрямозонний напівпровідник з фотолюмінесценцією (ФЛ) в ближній інфрачервоній області спектра (1.1 еВ) при низькій температурі. Один з напрямків наноелектроніки пов'язаний з дослідженням і розробкою наноструктур на основі кремнію. До початку роботи вже була опублікована стаття Кенема, у якій повідомляли про спостереження (ФЛ) у видимій області спектра при кімнатній температурі в пористому кремнії (por-Sі), що належить до нанокристалічного кремнію (nc-Si), і припустили, що її природа пов'язана з випромінювальною анігіляцією екситонів у квантово-розмірних Sі нанокристалах (НК). Однак, через складність структури por-Sі, близькість його фотолюмінесцентних властивостей таким, що спостерігають у аморфному Sі, силоксенах, полігідридах та інш. розгорілася десятилітня дискусія про природу ФЛ і механізми рекомбінації носіїв заряду, екситонів. Сьогодні вже загальноприйнята модель видимої ФЛ при кімнатній температурі в nc-Si пов'язана з квантово-розмірним ефектом, але остаточно не встановлені механізми рекомбінації. Технологічні методи для створення плівок nc-Sі складу: Si НК в SiOx (1 < x 2) матриці з керованими оптичними і фотолюмінесцентними властивостями тільки починали розвиватися. Відомий метод імпульсного лазерного осадження (ІЛО) плівок різних матеріалів не був розроблений для формування фотолюмінесцентних nc-Si плівок.

Актуальність роботи обумовлена, з одного боку, необхідністю розвитку уявлень про процеси в низькорозмірних структурах кремнію, а з іншого боку – перспективами використання nc-Sі для створення джерел випромінювання на кремнії, інтеграції елементів опто- і мікроелектроніки на базі кремнієвої технології.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників НАН України. Основні результати роботи отримані в рамках виконання наступних тем:

- бюджетної теми №21 “ Дослідження механізмів структурної i компонентної модифікації матеріалів під дією зовнішніх чинників i створення низькотемпературних технологій, приладів i пристроїв оптоелектроніки”, 1995 – 1999, постанова Бюро Відділення фізики і астрономії НАН України №9 від 20.12.1994р;

- 05.01/01496 “Частинка” – “Розроблення нових композиційних наноструктур оптоелектроніки на основі модифікованого кремнію та лазерних технологій їх одержання” по договору 2/926-97 от 19.08.1997;

- бюджетної теми №2 “Процеси генерації, перетворення, розповсюдження випромінювання в напівпровідникових та полімерних структурах різної розмірності і розробка оптоелектронних приладів”, 2000 – 2002, постанова Бюро Відділення фізики і астрономії НАН України №12 від 16.11.1999;

- бюджетної теми №2 “Механізми утворення напівпровідникових наногетеросистем та самоорганізація в матеріалах для структур та елементів оптоелектроніки”, 2003 – 2005, постанова Бюро Відділення фізики та астрономії НАН України №11 від 27.11.2002.

Метою дисертаційної роботи є встановлення закономірностей формування фотолюмінесцентних властивостей nc-Si плівок, одержаних методом ІЛО, з'ясування природи ФЛ у видимій області спектра при кімнатній температурі; розробка та дослідження гетероструктур нано-/монокремній на основі nc-Si плівок. Реалізація поставленої мети вимагала вирішення таких задач:

1. Дослідження умов і розробка способів формування імпульсним лазерним осадженням плівок nc-Sі з ФЛ у видимій області спектра при кімнатній температурі.

2. Створення установки для дослідження спектрів ФЛ із часовим розділенням (ЧР) у режимі рахунку фотонів; вивчення закономірностей формування спектрів видимої ФЛ з ЧР

3. Дослідження спектральних залежностей оптичних характеристик nc-Sі плівок у діапазоні 200 – 1200 нм, структурних властивостей, складу плівок, спектру дефектів та їх електронних станів.

4. Розробка структурної моделі фотолюмінесцентних nc-Sі плівок і моделі їх видимої ФЛ на основі встановлення взаємозв'язків між фотолюмінесцентними, структурними властивостями та умовами одержання плівок.

5. Одержання nc-Sі плівок з керованими фотолюмінесцентними і оптичними властивостями.

6. Розробка гетероструктур нано-/монокремній з фоточутливими та електролюмінесцентними властивостями і вивчення механізмів струмопроходження в них.

7. Дослідження умов та розробка технології формування емітерів електронів холодних катодів шляхом лазерного наноструктурування кремнію. Розробка середовищ для запису оптичної інформації на nc-Si плівках.

Об’єктом дослідження є плівки з Si квантовими точками в SiOx матриці, сформовані методом ІЛО, та гетероструктури нано-/монокремній на їх основі.

Предметом дослідження є фізичні процеси, що визначають фотолюмінесцентні, оптичні властивості nc-Si плівок та механізми струмопроходження в гетероструктурах нано-/монокремній на їх основі.

Застосовано комплексні методи дослідження: вимірювання спектрів ФЛ з ЧР; оптичні методи спільного вимірювання спектральних залежностей відбивання та пропускання; методи скануючої растрової та атомно-силової мікроскопії, рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФС); вимірювання коливальних спектрів методами комбінаційного розсіяння світла (КРС) та інфрачервоного (ІЧ) поглинання; спектрів електронних станів дефектів методами електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) та температурної залежності поверхневої фотоерс. Аналіз, математичну обробку одержаної інформації та моделювання проводи