Электропроводность тонких диэлектрических пленок с нанокристаллами кремния

Аржанникова, София Андреевна

Электропроводность тонких диэлектрических пленок с нанокристаллами кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Аржанникова, София Андреевна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Новосибирск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2008 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Электропроводность тонких диэлектрических пленок с нанокристаллами кремния»

Автореферат диссертации на тему "Электропроводность тонких диэлектрических пленок с нанокристаллами кремния"

На правах рукописи

Аржаниикова София Андреевна

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТОНКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК С НАНОКРИСТАЛЛАМИ КРЕМНИЯ

Специальность 01.04.10 (Физика полупроводников)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

СЮ3456063

Новосибирск - 2008

003456063

Работа выполнена в Институте физики полупроводников СО РАН

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Ефремов Михаил Дмитриевич

Официальные оппоненты: кандидат физико-математических наук

Певцов Александр Борисович

доктор физико-математических наук Курышев Георгий Леонидович

Ведущая организация Уральский государственный университет (г. Екатеринбург)

Защита состоится « 23 » декабря 2008г. в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 003.037.01 при Институте физики полупроводников СО РАН по адресу: 630090, Новосибирск, проспект академика Лаврентьева, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики полупроводников СО РАН.

Автореферат разослан « 21 » ноября 2008г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Наноэлекгроника.■■.-■■ стремительно развивающаяся область современной электроники, занимающаяся созданием приборов и микросхем с размером элементов менее ЮОнм. Исследования в этой области направлены не только на разработку новых устройств с одноэлекгронными принципами работы, но и на создание приборов, на основе уже существующих, например, за счет изменения свойств пленок и структур при введении в них нанокристаллов и нанокластеров.

Фундаментальный научный интерес в области наноэлектроники представляют исследования но формированию об7.ектов с размерами около нескольких нанометров и контролируемым распределением;

- изучение квантовых свойств этих объектов, обусловленных ограничением в пространстве волновой функции;

- изучение свойств структур, содержащих нанообъекты.

Группа атомов в кластерной или кристаллической форме может проявлять квантовые свойства, обусловленные ограничением в пространстве волновых функций квазичастиц в твердом теле. Поскольку понятие квазичастиц оправдало себя для описания кристаллических полупроводников и других твердых тел, то рассмотрение их квантовой локализации в пределах наночастиц определенной структуры имеет существенное значение для дальнейшего продвижения научных моделей. Нанокристаплы и нанокластеры можно представить как макро-атомы, в которых энергетический спектр определяется квантованием не элементарных частиц, а многочастичных взаимодействий, адекватно описывающих объемные свойства совершенных кристаллов. Модели, основанные на таком подходе, отличаются простотой формулировок и решений.

На данный момент существует множество методов формирования нанокристаллов кремния в пленках. В случае диэлектрических пленок, таких как SiNx, SiOx, применяются различные раднационно-термические обработки при избыточном содержании кремния. Наиболее перспективным методом получения нанокристаллов Si в аморфных пленках кремния (a-Si) является эксимерный лазерный отжиг.

Изучение электрофизических свойств полупроводниковых нанообъектов, помещенных в диэлектрики, представляет научный интерес с точки зрения модификации свойств среды, по сути создания новых материалов на основе хорошо известных. Также, актуальным представляется изучение свойств отдельных нанокластеров и нанокристаллов в диэлектриках, поскольку

наночастицы электрически изолированы друг от друга. Таким образом, изучение наночастиц диэлектриках имеет фундаментальное научное значение.

Пленки с массивами нанокристаллов уже используются при создании приборов. Введет нанокристаллов' Si в матрицу a-Si применяется в технологии изготовления тонкопленочнм транзисторов, где они служат центрами кристаллизации при радиационно-термическн обработках. Ведутся разработки по созданию элементов памяти на основе МДП-структур нанокристаллами в пленках диэлектриков. Следует отметить, что кремний и в настоящее вре является основным материалом микроэлектроники, поэтому создание кремниевых нанокристалл в пленках a-Si, диэлектриках SiN,, SiOx и изучение свойств таких структур являет перспективным направлением с практической точки зрения. Это также связано с возможносты создания на их основе, как оптоэлектронных приборов, так и приборов микро- и наноэлектронию работающих на основе квантовых явлений.

Цель исследования

Целью диссертационной работы являлось изучение особенностей формирован кремниевых нанокристаллов в пленках SiNx, SiOx и аморфного кремния, и исследование влиян нанокристаллов на электрофизические характеристики пленок. Для достижения данной цел решались следующие задачи:

1. Получение свидетельств формирования нанокристаллов кремния в аморфной фазе кремни кластеров кремния в пленках SiNx, SiOx и осуществление анализа их размера и фазово состава оптическими методами исследования.

2. Исследование влияния нанокристаллических включений кремния на электропроводно пленок аморфного кремния, ее температурную зависимость.

3. Анализ квантовых свойств нанокристаллов кремния, помещенных в более широкозонну матрицу, на основе решения уравнения Шредингера в приближении эффективной массы.

4. Поиск проявлений квантовых свойств нанокристаллов кремния, отражающихся н процессах электронного транспорта и процессах перезарядки электронных состояний пленках SiN*, SiOx.

Объектами исследования в диссертационной работе являлись пленки диэлектриков SiN SiO» и аморфного кремния, содержащие нанокластеры Si. В качестве основных методо исследования структур применялись измерения вольт-фарадных, вольт-амперных характеристик проводимости.

Научная новизна

1. Впервые проведено исследование электронных свойств пленок аморфного кремния нанокристаллами кремния, формирующихся при наносекундном лазерном воздействи

Обнаружено, что для нанокристаллов кремния размером 2нм с повышением их концентрации в пленках аморфного кремния наблюдается изменение механизма электропроводности с изменением эффективной энергии активации с 0.7 эВ до 0.12-0.17 эВ.

2. На основе представления нанокристаллов кремния, как многозарядных центров, имеющих дискретный спектр энергий, осуществлен расчет температурной зависимости уровня Ферми в аморфных пленках кремния с различной степенью легирования. Расчет продемонстрировал закрепление уровня Ферми на разрешенных состояниях, локализованных в нанокристаллах, при понижении температуры.

3. Обнаружен переход примесей фосфора и бора в электрически активное состояние при наносекундных лазерных обработках пленок аморфного кремния без плавления.

4. Выявлено существенное влияние наличия кластеров кремния в диэлектрике на дифференциальную емкость и проводимость МДП-структур в зависимости от частоты измерения, что связывается с обменом зарядом диэлектрической пленки с подложкой. Впервые наблюдалось резкое падение емкости до предела детектирования при освещении светом структур А1/81Нх/51.

5. При азотной температуре наблюдалась ступенеобразная вольт-амлерная характеристика МОП-структур с нанокристаллами кремния, количественно описанная одноэлектронным туннелированием носителей заряда через квантовые уровни в нанокристаллах кремния.

Прастнческая значимость

1. Нанокристаллы кремния, формирующиеся при наносекундном лазерном воздействии в пленках аморфного кремния, могут служить зародышами при получении поликремниевых слоев при дальнейших радиационно-термических обработках, что может быть использовано для создания тонкопленочных транзисторов.

2. Активация примесей бора и фосфора в аморфном и кристаллическом кремнии при лазерном ультрафиолетовом воздействии позволяет формировать контакты и мелкие р-п переходы с глубиной легирования от 20нм до 400нм, равно как и управлять проводимостью пленок.

3. Экспериментальные результаты и их теоретическое описание, касающиеся одноэлекгронного транспорта через квантовые состояния нанокристаллов кремния в диэлектрике МДП-структур, имеют перспективы быть использованными при создании одноэлектронных транзисторов и прецизионных электрометров на их основе.

Основные положения, выносимые на защиту

При импульсном лазерном воздействии ультрафиолетового излучения в пленках аморфного кремния формируются нанокристаллы кремния, происходит активация мелкой примеси и повышается электропроводность.

При наносекундной лазерной обработке атомы бора переходят в электрически активное, узельное состояние в кремнии без плавления и перераспределения, и формируются легированные слои р-типа малой толщины.

Обогащение диэлектрических пленок (SiNx> SíO„) кремнием в форме кластеров и нанокристаллов увеличивает их проводимость, что приводит к возможности обмена зарядом с подложкой и проявляется в существенной вариации дифференциальных емкости и проводимости в сравнении с классическими МДП-структурами.

Одноэлектронная зарядка нанокристалла кремния, стоящего в проводящей цепочке состояний в оксиде кремния блокирует рост тока, что приводит к ступенеобразной вольт-амперной характеристике МОП-структуры, проявляющейся при азотной температуре.

Личный вклад соискателя в диссертационную работу заключался в постановке задач, проведении измерений и экспериментов, в анализе полученных результатов, в проведении теоретических расчетов, подготовке публикаций.

Апробация работы. Основные результаты, полученные в работе, были представлены и обсуждены на Совещании «Кремний-2004» (Иркутск, 2004); «Российская конференция по физике полупроводников» (Екатеринбург, 2007); международных конференциях: «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» (Санкт-Петербург, 2004, 2006, 2008); «Nanostructures: Physics and Technology», (Санкт-Петербург -2004, Владивосток -2008); «First International Workshop on Semiconductor NanocrystaJs - SEMINANO» (Будапешт, 2005); «Актуальные проблемы физики твердого тела» (Минск, 2005); «Micro- and nanoelectronics - 2005» (Москва, 2005, 2007); «Gettering and Defect Engineering in Semiconductors Technology» - GADEST (Эриче, 2007).

Основные результаты диссертации опубликованы в 16 печатных работах (8 статей в научных журналах и 8 публикаций в материалах конференций).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из приложения, введения, 5-ти глав, основных результатов и заключения. Работа содержит 182 страницы, 47 рисунков, 6 таблиц и список литературы из 78 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи работы, приведены положения, выносимые на защиту, отмечена научная новизна и практическая значимость работы.

Первая глава посвящена обзору и анализу литературных данных по теме диссертации. Приведен обзор методов введения нанокристаллов и нанокластеров кремния в пленки аморфного кремния и диэлектрики. Описана теория зародышеобразования, основанная на понятии критического зародыша, и приведено уравнение Зельдовича-Френкеля для исследования динамики изменения распределения зародышей по размерам.

Проведен краткий анализ литературных данных по методам расчета электронного спектра нанокристаллов. Сделан вывод о том, что при расчете энергетического спектра нанокристалла с помощью метода эффективной массы введение конечности потенциального барьера существенно понижает значение оптической щели по сравнению с моделью, в которой барьеры считаются бесконечно высокими.

Рассмотрены оптические свойства нанокристаллов кремния: фотолюминесценция нанокристаллов кремния в Б Юг матрице и матрице аморфного кремния, а также метод комбинационного рассеяния света применительно к исследованию фазового перехода в кремнии. Измерения таких оптических характеристик структур могут быть использованы для оценки наличия и размера нанокристаллов и кластеров кремния.

Проведен обзор электрофизических свойств пленок, содержащих нанокристаплы и нанокластеры кремния. Рассмотрены эффекты кулоновской блокады и резонансного туннелирования, в данном контексте обсуждены работы по возможности создания одноэлектронных транзисторов. Приведено оценочное выражение дня условия наблюдения одноэлектронных эффектов, а также модель протекания тока через систему двух туннельно-прозрачных барьеров с выражением для туннельного тока через структуру, с учетом одноэлектронной зарядки нанокристалла. Проанализированы работы, в которых изучение квантовых эффектов проводилось на основе измерения вольт-фарадных характеристик МДП-структур с нановключениями кремния. Кроме того, рассмотрены работы, в которых проводилось изучение проводимости пленок нанострукгурированного гидрированного кремния, как нового материала, имеющего повышенную фотопроводимость.

Во второй главе описаны методики измерений, обработки экспериментальных данных, способы получения исследуемых структур. Для исследования одноэлектронных процессов в МДП-структурах, содержащих нановклгочения кремния в диэлектрических слоях, были использованы методы измерения вольт-фарадных, вольт-амперных характеристик и

проводимости. Исследования электрофизических свойств пленок аморфного кремния с нанокрисгаллами проводилось на основе измерения температурных зависимостей проводимости. Активация примеси в аморфном и кристаллическом кремнии после лазерных обработок изучалась по измерениям электропроводности, вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик. Распределение примеси в пленках аморфного и кристаллического кремния исследовали по данным вторично-ионной масс спектроскопии (ВИМС). Структурные свойства полупроводниковых объектов пониженной размерности изучались с применением методики комбинационного рассеяния света (КРС), фотолюминесценции и высокоразрешающей электронной микроскопии (ВРЭМ).

Пленки а-БШ были получены на стеклянных подложках Согп^-7059 методом высокочастотного плазмохимического осаждения при температуре 230°С. В часть образцов имплантировали ионы фосфора дозой 2х1013 см"2 с энергией 60 кэВ. Лазерные обработки проводились с использованием ХеС1 эксимерного импульсного лазера с длиной волны излучения 308 нм. Плотность энергии лазерного излучения в импульсе варьировалась от 75 до 110 мДж/см2. Образцы обрабатывались как одиночными импульсами, так и сериями до 1000 импульсов. Для проведения дополнительных исследований по активации мелкой примеси в пленках аморфного кремния при импульсных лазерных воздействиях были изготовлены следующие структуры: стекло/А1/а-Б1 (ЮОнм). Полученные структуры были подвергнуты имплантации ионов фосфора и бора дозами З-Ю13, 3-1014 и 3-Ю15 см"2, с энергией 30 и 10 кэВ, соответственно. При имплантации 1/3 часть каждой из пленок была закрыта экраном. Импульсные лазерные обработки (с длиной волны 308 нм - ХеС1 лазер) проводились со следующими параметрами: одиночный импульс с плотностями энергии -130, 170 и 260 мДж/см2; обработка десятью импульсами с плотностью энергии -100 мДж/см2. Часть пленок аморфного кремния были имплантированы ионами ВРг с дозами 5-10мсм"2, 1 -1015см"2 и 3-1015см"2 и энергией 30 кэВ, для этого случая лазерные обработки проводились с плотностью энергии от 60 до 350 мДж/см2. Были проведены исследования по активации примеси лазерными обработками и в образцах кристаллического кремния КЭФ-7.5 с ориентацией (100), в которые бор был введен ионной имплантацией ВРг (дозы - 5-Ю14 ст"2 и 3-1015 ст'2, энергия ионов - 30 кэВ), плазменно-иммерсионной имплантацией и в процессе плазмохимического осаждения (доза - 2.5-1015 ст'2). Использовались несколько режимов лазерных обработок - количество лазерных импульсов варьировалось от 1 до 10, плотность энергии варьировалась от 60 до 575 мДж/см2.

Избыток кремния в пленках нитрида кремния создавали непосредственно в процессе осаждения. Для выяснения взаимосвязи состава пленок с режимами осаждения были созданы тестовые структуры: пленки $¡N1 на стекле. Пленки получали методом плазмохимического

осаждения (ПХО) при давлении 240 Па и температуре 380 °С. Толщина пленок около 0,5 мкм. Состав пленок был изучен по данным нескольких оптических методов: эллипсометрии, измерения спектров пропускания, фотолюминесценции. Для изучения транспорта носителей заряда были созданы МДП структуры с трехслойным диэлектриком, осажденным методом ПХО на подложки КЭФ-4.5. Толщины SiN„ слоев были 15нм/20нм/15нм. Для создания верхних металлических контактов к структуре напыляли AI. Контакты были созданы двух разных площадей 0,3 мм2 и 1,8 мм2. Для изучения возможности формирования нанокристаллов из кластеров избыточного кремния образцы обрабатывались излучением эксимерного XeCI лазера с плотностью энергии 80150 мДж/см2.

Пленки Si02 толщиной 75нм получали на кремниевой подложке n-типа марки КЭФ-7.5 методом сухого окисления при температуре 1000°С. Нанокристаллы кремния в слое SiOi получались методом ионно-лучевого синтеза с последующим термическим отжигом. Избыточный кремний внедрялся в оксидный слой ионной имплантацией, с энергией 25 кэВ и дозой 3 -1016 см"2. Максимальная концентрация Si достигается на глубине Rp г Збнм, при общей толщине оксида 75нм. Далее проводили отжиг при температуре 1100°С в атмосфере N2 в течение 30 минут для формирования нанокристаллов из кластеров избыточного кремния. Металлический электрод на поверхности S1O2 наносился методом вакуумного напыления алюминия, диаметр контакта 0,7мм.

В третьей главе приведены результаты исследования формирования нанокристаллов в пленках аморфного гидрогенизированного кремния при импульсных лазерных обработках и изучения свойств пленок [AI, А2]. По данным комбинационного рассеяния света в исходной пленке аморфного кремния нанокристаллические включения отсутствовали. Обработки пленки одним импульсом с энергией менее 80 мДж/см2 недостаточно для формирования заметного количества нанокристаллов. При повышении плотности излучения лазера до 110 мДж/см2 в спектре КРС появляется пик при 512 см"1, обусловленный рассеянием на оптических фононах, локализованных в нанокристалле. Как показали исследования, для того чтобы сформировать значительное количество нанокристаллов импульсными лазерными воздействиями, необходимо использовать обработку серией импульсов, а возрастание плотности энергии приводит к увеличению среднего размера нанокристаллов. По расчетам из данных КРС [1] средний размер нановключений после обработки 80 мДж/см2х1000 импульсов - около 1,8 нм, после обработок 80 мДж/см2х1000 импульсов и 90 мДж/см2х500 импульсов - около 2 нм, а 100 мДж/см2х500 импульсов - 3,0 нм. Высокоразрешающая электронная микроскопия подтвердила информацию, полученную из данных КРС, то есть наблюдались нанокристаллы с размерами от 2 до Юнм при увеличении плотности энергии в пучке, и показала, что зародышеобразование при импульсных обработках происходит гомогенно.

Был проведен расчет энергетического спектра нанокристаллов кремния, помещенных более широкозонный материал - аморфное окружение, в зависимости от их размера. Нанокристал моделировался сферической потенциальной ямой с разрывом потенциала и эффективной массы н границе. Задача была приведена к одномерному случаю, где роль ширины ямы выполняет радиу нанокристалла. Для расчетов эффективную массу дырки и эффективную массу электрона брали соответственно, равными: шь = 0,19то и те = 0,26то [2]. Ширина запрещенной зоны аморфног кремния была взята равной 1,8 эВ, что соответствует аморфному гидрогенизированному кремнию Высота потенциального барьера U0 и для электрона и для дырки была взята равной 0,32эВ.

Приведены результаты исследования транспорта заряда в пленках аморфног гидрогенизированного кремния с нанокристаллами кремния, полученными при лазерно кристаллизации [А1, A3]. Измерения температурной зависимости проводимости исходных плено аморфного кремния показали величину эффективной энергии активацию проводимости 0,7эВ, ч соответствует обычным значениям для аморфных гидрогенизированных пленок кремния Значение проводимости при комнатной температуре равно 1,4-10'10Ом"1 см'1 (Рис. 1-А). Поел обработок излучением эксимерного 'лазера с плотностью энергии 80 мДж/см2 с количество импульсов 100 энергия активации уменьшилась до 0,17 эВ. Увеличение количества импульсов пр такой же плотности энергии в пучке до 500 приводило к дальнейшему уменьшению энерги активации проводимости до 0,14 эВ.

Рис. 1. Температурная зависимость проводимости: 1 - исходной пленки a-Si:H, 2 и 3 - пленок a-Si:H с нанокристаллами, введенными лазерными обработками 80 мДж/см2 с количеством импульсов 100 и 500, соответственно (А). Температурная зависимость проводимости: 1- исходной пленки a-Si:H, 2-пленки a-Si:H имплантированной фосфором, 3- пленки a-Si:H, имплантированной фосфором и обработанной эксимерным лазером (Б).

Были проведены эксперименты, направленные на исследование возможности активаци примеси лазерными обработками и соответствующего изменения проводимости обработанны пленок аморфного кремния. После имплантации фосфора значение проводимости пленок пр комнатной температуре возрастает на два порядка, а энергия активации проводимости

меньшается с 0.7 эВ до 0.18 эВ (Рис. 1-Б). Оценка концентрации внедренного фосфора дает начение 21018 см"3, однако, после имплантации значительная его часть остается в электрически еактивном состоянии. Последующая лазерная обработка с плотностью энергии ВО мДж/см2 х ООО импульсов увеличивает проводимость пленок и уменьшает энергию активации проводимости о 0.15 эВ. Можно предположить, что увеличение проводимости с одновременным уменьшением нергии активации свидетельствует о том, что положение уровня Ферми изменяется за счет ерехода части внедренного фосфора в электрически активное состояние. Из сравнения мпературных зависимостей проводимости облученных и необлученных фосфором пленок, одвергнутых лазерной обработке было получено, что введение примеси в пленки до лазерной бработки изменяет проводимость пленок на несколько порядков. Причем с повышением отности энергии в лазерном импульсе эффект более значителен.

Для оценки влияния нанокристаллов на проводимость пленок гидрогенизированного морфного кремния и на энергию активации проводимости был проведен расчет положения . овня Ферми в зависимости от степени легирования пленки [А4]. В расчетах учитывали

состояния в зонах, примесные энергетические состояния, а также плотность состояний в запрещенной зоне, свойственную аморфному гидрогенизированному кремнию. Вклад нанокристаллов учитывался введением в расчет многозарядных центров, зарядовое состояние которых зависит от числа электронов, находящихся в нанокристалле. Расчеты показали, что нанокристаллы существенно влияют на положение уровня Ферми. При низких температурах уровень Ферми закрепляется на квантовых уровнях в анокристаллах, причем значение энергии зависит от уровня легирования пленки (Рис. 2).

Был проведен расчет электропроводности пленок, пренебрегая температурной ависимостъю подвижности (Рис. 3). Расчеты показали, что введение нанокристаллов уменьшает роводимость по щели подвижности аморфного кремния для концентраций мелкой примеси еньших, чем концентрация нанокристаллов (Рис. 3-Б). Таким образом, эффект существенного величения проводимости нелегированных пленок после лазерных обработок, наблюдаемый в ксперименте, нельзя объяснить изменением зонной проводимости вследствие введения анокристаллов. Уровень Ферми при введении нанокристаллов сдвигается. Однако в силу того,

Т,К

Рис. 2. Температурная зависимость уровня Ферми с учетом мелкой примеси и нанокристаллов кремния (Н„= 10" см"3).

что он стремится к энергии одного из уровней в нанокристалле, который является более глубоким, чем состояние мелкой примеси, то зонная проводимость становится меньше, а энергия активации, соответственно, выше. Таким образом, в случае нелегированных пленок наблюдаемому увеличению проводимости и уменьшению энергии активации скорее следует искать объяснение за счет изменения механизма транспорта, чем за счет увеличения зонной

А Б

Рис. 3. Температурная зависимость проводимости пленок гидрогенизированного аморфного кремния в зависимости от степени легирования: А- без и Б- с нанокристаллами.

проводимости, что подтверждается резким изменением энергии активации проводимости при

понижении температуры. Сильная концентрационная (для содержания нанокристаллов)

зависимость проводимости, наблюдаемая для нелегированных пленок, также подтверждает

высказанное предположение о том, что при введении сравнительно большого количества

нанокристаллов транспорт по состояниям в них становится доминирующим механизмом. При

этом в транспорте могут принимать участие как состояния в нанокристаллах, так и в окружающей

матрице, находящиеся вблизи уровня Ферми.

Для легированных пленок в результате лазерных обработок наблюдается возрастание проводимости и уменьшение эффективной энергии активации, что внешне схоже со случаем нелегированных пленок. Однако прямое сопоставление этих случаев при одних и тех же условиях лазерных обработок показало, что возрастание проводимости в случае легированных пленок более значительно. Причем с увеличением плотности энергии лазерного воздействия наблюдаемое различие проводимости достигает более чем трех порядков. То есть активация примеси приводит к движению уровня Ферми к зоне проводимости, что увеличивает проводимость с одновременным уменьшением энергии активации.

Описан эксперимент по активации примеси на малой глубине около 50нм в аморфных пленках обработками импульсами эксимерного лазера с плотностями энергии в пучке от 60 до 350 мДж/см2. Было получено, что введение в пленки ионов фосфора приводит к ускорению кристаллизации аморфных пленок, т.е. фосфор играет роль центов зарождения, а также

происходит его электрическая активация [А5]. В результате лазерных обработок атомы бора удалось перевести в электрически активное состояние. При малых плотностях энергии и временах воздействий примесь не успевает диффундировать на большие расстояния, что позволяет создавать мелкие р-п переходы.

Приведен аналогичный эксперимент по изучению возможности создания р-п переходов в пленках кристаллического кремния. Атомы бора вводились в кремниевый слой тремя методами: ионной имплантацией ВИз, плазменно-иммерсионной имплантацией и в процессе плазмохимического осаждения рабочей пленки аморфного Бг По данным вторично-ионной масс спектроскопии ионная имплантация формирует профиль концентрации бора с максимумом и.хЮ^см"3 и глубиной около 80нм (см. Рис. 4-А). Для плотностей обработки до плавления кристаллического кремния (240 и 420 мДж/см2) перераспределения атомов бора практически не

Глубина, нм

100 200 300

Глубина, нм

540 нДж/см1,10 импульсов исходный

и 240 мДжУсм . 10 мм1ульссв

100 150 200 Глубина, нм

Рис. 4. Распределение бора по данным ВИМС:

А- после ионной имплантации ВРг (кр.1) и последующих лазерных обработок (кр.2-240мДж/см2, кр.З- 420мДж/см2, кр.4-540мДж/см2, хр.5- 540мДж/см2 сканирующая обработка);

Б- после внедрения бора методом иммерсионной имплантации;

В- после введения бора при плазмохимическом осаждении.

происходит. При повышении плотности энергии в импульсе до 540 мДж/см бор существенно перераспределяется до характерных глубин 200нм. Формируется полочка концентрации бора со значением около 1.4х102Осм"3, и на этом уровне концентрация остается практически постоянной до

170нм. Размытие профиля, по-видимому, может объясняться плавлением приповерхностной области кремния и ускорением диффузии бора в расплаве.

Аналогичное поведение распределения бора наблюдается для образца, прошедшего плазменно-иммерсионную имплантацию (Рис. 4-Б) с тем исключением, что характерная глубина профиля была около 20нм. Для обработки 240мДж/см2 (Юимпульсов) распределение по глубине не изменяется, а для 540мДж/см2 (Юимпульсов) также происходит размытие профиля по глубине. Для образца, в котором легирование было осуществлено при осаждении тонкого аморфного слоя, бор перераспределяется существенно меньше даже при лазерной обработке с плотностью энергии 540мДж/см2 (Рис. 4-В). На глубинах 25-200нм концентрация бора на четыре порядка меньше, чем в максимуме, что свидетельствует о незначительности перераспределения. Возможно, причиной этого является перекристаллизация поверхностного слоя, и задержка во времени за счет образования жидкой фазы в аморфном кремнии. Несмотря на высокую температуру, диффузия бора в аморфном кремнии может быть существенно затруднена, в сравнении с кристаллическим. Следует подчеркнуть, что для всех образцов, обработка с плотностью энергии 240мДж/см2 не приводила к перераспределению бора, профиль даже как будто смещался к поверхности.

Представлены спектры КРС от образцов с имплантацией ВР2+ Исследования показали, что исходный образец, имплантированный ВЕ/ , не содержит пика в районе 620 см"1 (локальные колебания Вц в узле) (см. Рис. 5-А, кр.6). Важно отметить, что обработки с плотностью энергии ниже порога плавления (240 мДж/см2) уже приводят к встраиванию бора в узлы кристаллической решётки кремния - появляется пик в районе 620 см"1 (Рис. 5-А). Для сравнения был также исследован образец с термической активацией бора (Рис. 5-А, кр.1). В таком режиме - 1050°СхЮ минут - бор должен полностью активироваться. Из сравнения интенсивностей В-й! пиков КРС, видно, что при лазерных обработках большая часть введенного бора активируется.

Измерены вольт-амперные характеристики на описанных выше структурах (Рис. 5-Б). Наблюдались диодные характеристики, что соответствует наличию р-п перехода. Токи утечки при обратном смещении были высоки, что не наблюдалось для структур в случае термического отжига 1050°С. Это может быть связано с наличием рекомбинационных центров в рабочей области. В частности, такими центрами могут быть дивакансии, вводимые при имплантации бора, также как и другие глубокие центры, связанные с дефектами. Известно, что при термообработках с высокими температурами такие центры отжигаются, что соответствует малым токам утечки, наблюдаемым в эксперименте. Следует подчеркнуть, однако, что такое объяснение не может считаться исчерпывающим, поскольку утечка по поверхности и генерационно-рекомбинационные токи за счет поверхностных состояний могут быть определяющими в данном случае. Таким образом, полученные в эксперименте вольт-амперные характеристики свидетельствуют о

создании р-п перехода и подчеркивают необходимость анализа влияния генерационно-рекомбинационных центров.

-660 -640 -620 -600 -580 Волновое число, см'1

Рис. 5. А- Спектры КРС в области частот локальных колебаний 81-В: кр.1- импл. Вр2 3*1015 см'2 и отжиг 1050 "С, 10 мин; импл. ВРг 5*10'5 см"2 и отжиг ХеС1-лазером (10 имп.) с плотностью энергии кр.2- 475 мДж/см2, кр.З- 420 мДж/см2, кр.4- 320 мДж/см2, кр.5- 240 мДхс/см2; кр.6- исходный образец, имплантированный ВР2 3*1015 см"2. Б- Вольт-амперные характеристики в образце, имплантированном ионами ВР2+, после лазерной и термо- обработок

Четвертая глава посвящена изучению свойств пленок нитрида кремния с нанокластерами кремния. На подготовительном этапе проведено исследование оптических свойств пленок нитридов, синтезированных методом плазмохимического осаждения на стекле, при различных режимах, что позволило установить связь между режимами осаждения и составом пленок. Из данных эллипсометрии были получены величины коэффициентов преломления л, экстинкции к и толщина пленок По спектрам пропускания были оценены коэффициент преломления и край поглощения. Для того чтобы связать край поглощения и коэффициент преломления с составом пленки, использовано описание диэлектрической среды, как двухкомпонентной смеси кремния и стехиометричного с уже известными значениями диэлектрической проницаемости. Для

расчета объемной доли кремния в пленках были использованы две модели: модель самосогласованной диэлектрической проницаемости и модель Л.Д. Ландау. Полученные данные из обеих моделей хорошо согласуются, с точностью около 2%, несмотря на различные физические предпосылки, кроме того результаты сопоставлены и с данными фотолюминесценции.[А6, А7]

Изучены особенности транспорта заряда в МДП-структурах с трехслойными диэлектриками, содержащими кластеры кремния в среднем слое [А8]. Варьируя состав пленок, мы изменяли вероятность обмена зарядом между подложкой и обогащенным средним слоем. На ВЧ вольт-фарадных характеристиках структур, в которых обмен носителями заряда из среднего слоя с

1)1

М1

55» 50»

1Н

. с;

4 4 41 I

Напряжение, В

Рис. 6. Емкостные характеристики МДП-структур с трехслойным диэлектриком: А- до лазерной обработки, Б- после лазерной обработки 100мДж/см2х10 импульсами.

подложкой был облегчен за счет низкого барьера, наблюдали особенности в виде двух ступеней (Рис. 6-А). Такие особенности на вольт-фарадных характеристиках наблюдаются в случае наличия пиков в плотности поверхностных состояний, когда уровень Ферми на поверхности полупроводника при приложении напряжения совпадает или близок к их энергетическому положению. В нашем случае появление ступеней мы объясняет наличием в диэлектрике уровней энергии, связанных с кластерами аморфного кремния в среднем слое пленки. Используя стандартную методику определения распределения по энергии плотности поверхностных состояний (ППС) в МДП-структурах из вольт-фарадных характеристик [3], была проведена оценка вклада ППС в дифференциальную емкость структуры. Расчетная плотность для образцов с затрудненным обменом заряда с подложкой спадает от Ю^см 'эВ"1 вблизи зоны проводимости до 1012см"2эВ-1 в центре запрещенной зоны. Для образцов с низким барьером к подложке на фоне монотонного распределения ППС наблюдаются два ярко выраженных пика, величина которых достигает значений около 1014см"2эВ"' [А9]. Следует подчеркнуть, что вычисленная по стандартной методике поверхностная плотность состояний может иметь отношение не только к электронным состояниям непосредственно на границе раздела, но и к состояниям внутри диэлектрика, если таковые успевают перезаряжаться в процессе измерения в зависимости от частоты. После облучения структур излучением эксимерного лазера по данным КРС у образцов с большим содержанием кремния интенсивность широкого пика на 480 см"1, соответствующего аморфному кремнию, существенно уменьшается, а вблизи пика от кремниевой подложки при 520см*1 наблюдается некоторое низкоэнергетичное крыло. Т.е. происходит кристаллизация аморфных кластеров. Гистерезис на вольт-фарадных характеристиках уменьшается, особенности сглаживаются (Рис. 6-Б). Кроме того, уменьшается сдвиг напряжения плоских зон, что свидетельствует об уменьшении заряда, встроенного в диэлектрик. Это, по-видимому, связано с

тем, что часть мелких кластеров, сосредоточенных в ближайшем к подложке слое, растворяется в результате лазерной обработки, что затрудняет обмен заряда между средних слоем и Si подложкой.

При освещении светом МДП-структур наблюдался удивительный эффект существенного уменьшения дифференциальной емкости до значений близких к погрешности измерений (10-15пФ) [А10, All]. Падение емкости наблюдалась в двух сравнительно широких диапазонах по напряжению. Наблюдавшийся экспериментально эффект может быть связан с характерным временем достижения носителями заряда среднего слоя при последовательных прыжках по состояниям в диэлектрике. Временная задержка могла обуславливать сдвиг фазы изменения импеданса, что и выглядело как уменьшение дифференциальной емкости. По-видимому, эффект может быть использован при создании миниатюрных генераторов с переменной частотой осцилляций.

Проведена оценка ширины оптической щели нанокристалла, находящегося в матрице Si3N4. Расчет энергетического спектра нанокристалла, помещенного в матрицу Si3N4, был проведен на основе решения сферически симметричного уравнения Шредингера [А6]. При расчетах вводились следующие данные: эффективная масса дырки ть = 0,19ш0, эффективная масса электрона т0 = 0,26шо; барьер для дырок 1,5 эВ, для электронов 2,0 эВ. В расчетах учитывали разрыв масс на границе ямы. Эффективная масса носителей заряда в SijN4 была взята ть=то. Расчетная зависимость оптической ширины запрещенной зоны от размера нанокристалла хорошо согласуется с границей спектрального диапазона, наблюдаемой нами в эксперименте фотолюминесценции. Из сравнения данных размер нанокристалла в образцах от 2 до 4 нм, что согласуется с данными комбинационного рассеяния света.

Пятая глава посвящена изучению транспорта носителей заряда в МОП структурах, содержащих кремниевые включения. При азотных температурах наблюдались ступенеобразные вольт-амперные характеристики с величиной тока до 10 нА. Был осуществлен теоретический анализ ВАХ МОП структуры на основе положений работы Д.В. Аверина и др. [4], где авторами получено выражение для туннельного тока через состояния в квантовой яме в двух барьерной структуре. Для этого были проведены расчеты энергетического спектра электронов и дырок в нанокристаллах кремния, помещенных в окружение Si02, на основе решения сферически симметричного уравнения Шредингера в приближении эффективной массы. Полученная зависимость ширины запрещенной зоны от размера нанокристалла кремния в оксиде кремния хорошо согласуется с результатами квантовомеханических расчетов, полученными другими авторами для размеров нанокристаллов более 1нм. [А12]

Получено хорошее согласие экспериментальных и расчетных вольт-амперных характеристик (Рис. 7). Это позволило нам предположить, что наблюдаемые особенности на ВАХ связаны с проявлением эффекта «кулоновской блокады», когда одноэлектронная зарядка нанокристалла, встроенного в цепочку проводимости, вызывает

блокирование прыжка следующего

Рис. 7. Вольт-амперная характеристика МОП-структуры, „„________ „ _________ „„ _

F ¿r электрона в нанокристалл за счет

содержащей нанокристаллы кремния в слое оксида (Т=77 К), и

расчетная ВАХ для двухбарьерной структуры. возросшего электростатического

потенциала. Вероятность одноактного туннелиронания электрона из металла в нанокристалл через всю толщину разделяющего их окисла крайне мала, и в нашем случае предположительно электрон достигал нанокристалла путем многократных туннельных прыжков по. состояниям в SiOx. Наличие состояний в SiO*, по нашему мнению, обусловлено избыточными атомами кремния, внедренными ионной имплантацией и не собравшимися в нанокристаллы. [AI3, А14, А15]

Проведено исследование влияния локализованных состояний на проводимость оксида кремния и емкость МОП-структур [А12, А16]. Исследования вольт-фарадных характеристик МОП-структур, содержащих нанокристаллы кремния, проводились на трех частотах: 145кГц, ЮкГц, 1.12кГц. Наличие нанокристаллов в слое диэлектрика сильно сказывается на зависимости емкости МОП-структуры от напряжения (по сравнению с тестовыми структурами без нанокристаллов). Во-первых, наблюдается сдвиг напряжения плоских зон на величину -1 +1,5В в область отрицательных смещений в сравнении с контрольным образцом, что свидетельствует о наличии дополнительного положительного заряда в окисле с избыточной концентрацией кремния. Во-вторых, характеристики структур с нанокристаллами имеют особенность, возникающую при приложении к МОП-структуре напряжения величиной около 0.2 вольт. Причем, на частоте 1.12кГц и ЮкГц эта особенность выражается в виде резкого возрастания емкости МОП-структуры в области напряжений, при которых ОПЗ находится в режиме обогащения, а значит, емкость структуры в этом случае должна быть примерно равна емкости диэлектрика На самом же деле емкость МОП-сгруктуры на этих частотах и при напряжениях больше 0.5 вольт увеличивается относительно емкости диэлектрика в 5-6 раз. На частоте 145кГц особенность в вольт-фарадной характеристике выражается не в возрастании, а, напротив, в уменьшении емкости структуры при

- теория —'—- эксперимент

1 УГ

6 7 8 9 10

U,V

напряжениях больших 0.2 вольт. Нужно заметить, что на низких частотах зависимость емкости структуры от напряжения имела максимум в районе примерно 1 вольта, а на частоте 145кГц емкость быстро спадает до значения примерно 127пФ (примерно в 1.5 раза меньше емкости диэлектрика), и остается неизменной при дальнейшем увеличении приложенного к МОП-структуре напряжения. Возможная интерпретация наблюдаемых эффектов состоит в том, что при измерении емкости на значения влияет переменный ток, связанный с обменом заряда между подложкой и электронными состояниями внутри окисла. Эти состояния могут быть обусловлены наличием в диэлектрике избыточных кремниевых атомов или мелких кластеров. Для классической МОП-структуры этим эффектом пренебрегают из-за известных хороших диэлектрических свойств пленки. Эта интерпретация близка к той, что была высказана для случая переменной емкости МДП-структуры с трехслойным нитридом кремния, то есть, связана с переменным импедансом в зависимости от времени обмена зарядом с диэлектриком в пределах периода измерения. Одновременно с измерением зависимости емкости структуры от напряжения проводились измерения зависимости проводимости на переменном токе от напряжения. При достижении напряжения величиной примерно 0.2 вольта проводимость структур на переменном токе резко увеличивается для всех трех частот (1.12кГц, ЮкГц и 145кГц). Из сопоставления вольт-фарадных характеристик и зависимости проводимости от напряжения становится ясно, что особенности в том и другом случае возникают при одном и том же напряжение, приложенном к МОП-структуре с нанокристаллами, и, скорее всего, имеют общую причину. Резкое возрастание емкости на частотах 1.12кГц и ЮкГц, по-видимому, связано с наличием в объеме оксида электронных состояний, вносимых кремниевыми включениями, как в кристаллической форме, так и в форме кластеров. При достижении уровнем Ферми уровня энергии этих состояний через диэлектрик начинает течь ток, поэтому наблюдается возрастание проводимости на переменном токе, а за полупериод «пробного» напряжения состояния успевают перезаряжаться, внося вклад в общую дифференциальную проводимость и емкость МОП-структуры.

Основные результаты:

Показано, что в результате наносекундных лазерных обработок в аморфной пленке кремния без ее плавления происходит образование нанокристаллических включений кремния с размерами 2-10 нм в зависимости от плотности энергии воздействия.

Увеличение проводимости облученных фосфором пленок аморфного кремния более чем на 3 порядка в результате ультрафиолетового лазерного воздействия свидетельствует о переходе атомов фосфора в электрически активное, узельное состояние.

Уровень Ферми в аморфном кремнии с нанокристаллами равного размера стремится к одному из дискретных уровней энергии нанокристалла в зависимости от степени легирования

пленки, что продемонстрировано посредством решения уравнения электронейтральности с учетом модели многозарядного центра.

Ультрафиолетовое лазерное воздействие с плотностью энергии до 240мДж/см2 приводит к переходу бора в электрически активное, узельное состояние в кремнии без плавления, что подтверждено увеличением интенсивности пика комбинационного рассеяния света на локальных колебания бора, данными вторично-ионной масс спектроскопии, а также наблюдением вольтфарадной и вольтамперных характеристик диодного типа для мелкого р-n перехода с глубиной 20нм.

Обогащение кластерами кремния слоев нитрида и оксида кремния приводит к существенному отклонению емкости МДП структур в режиме обогащения от расчетной емкости диэлектрика, что интерпретируется как обмен зарядом с диэлектрическим слоем. В зависимости от частоты наблюдалось как увеличение емкости, так и уменьшение, что предположительно связывается со временем обмена зарядом по отношению к периоду измерения.

При освещении МДП структур с кластерами кремния в нитриде кремния обнаружено резкое падение дифференциальной емкости до предела детектирования в выделенных областях по напряжению, что объясняется изменением протекания тока в диэлектрик по состояниям цепочек проводимости за счет изменения зарядового состояния центров их составляющих.

При азотной температуре обнаружена ступенеобразная вольт-амперная характеристика МОП-структуры с нанокристаллами кремния в диэлектрике, что объяснено кулоновским блокированием транспорта по цепочке состояний в диэлектрике за счет одноэлектронной зарядки нанокристалла кремния, входящего в эту цепочку проводимости.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

[А1]. M.D.Efremov, V.A.Volodin, S.A.Arzhannikova, A.V.Vishnyakov, S.A.Kochubei, L.I.Fedina, A.K.Gutakovskii. Nanostructured Si films on glass and plastic substrates: synthesis and properties. // Proceedings of Tenth АРАМ topical seminar and third conference "Materials of Siberia" "NANOSCIENCE AND TECHNOLOGY", Novosibirsk, 2003, pp. 230-231.

[А2]. И.Г.Неизвестный, М.Д.Ефремов, В.А.Володин, Г.Н.Камаев, А.В.Вишняков, С.А.Аржанникова. Фазовые превращения в пленках аморфного кремния при низкотемпературной кристаллизации. //Поверхность, 2007, №9, с. 95-102.

[A3]. М.Д.Ефремов, В.А.Володин, С.А.Кочубей, Л.И.Федина, А.А.Гутаковский, Д.В.Марин, А.В.Вишняков, С.А.Аржанникова, А.А.Попов, Ю.А.Минаков, В.Н.Уласюк. Наноструктурированные пленки кремния на стеклянных и пластиковых подложках: получение и свойства. // Тезисы РКФП-VI, Санкт-Петербург, 27-31 октября 2003г, с. 492.

[А4]. С.А.Аржанникова, М.Д.Ефремов, Г.Н.Камаев, А.В.Вишняков, В.А.Володин. Особенности электропроводности легированных пленок alpha-Si:H с нанокристаллами кремния. ИФТГ1, 2005, т. 39, вып. 4, с. 472-478.

[А5]. М.Д.Ефремов, В.А.Володин, С.А.Аржанникова, С.А.Кочубей, В.Н.Уласюк. Влияние имплантации ионов фосфора на кристаллизацию пленок аморфного кремния при воздействии импульсов излучения эксимерного лазера. // ПЖТФ, 2005, т. 31, вып. 3, с. 86-94. [А6]. М.Д.Ефремов, С.А.Аржанникова, В.А.Володин, Д.В.Марин, И.О.Парм. Влияние кремниевых кластеров на свойства пленок оксинитрида кремния, полученных в плазменном реакторе индукционного типа. // Аморфные и микрокристаллические полупроводники. Сборник трудов IV Международной конференции. 5-7 июля 2004 года, Санкт-Петербург, с.158. [А7]. М.Д.Ефремов, В.А. Володин, Д.В. Марин, С.А. Аржанникова, Г.Н. Камаев, С.А. Кочубей, А.А.Попов. Вариация края поглощения света в пленках SiNx с кластерами кремния. // ФТП, 2008, т. 42, вып. 2, с. 202-207.

[А8]. М.Д.Ефремов, С.А. Аржанникова, В.А. Володин, Г.Н. Камаев, Д.В. Марин, В.С.Шевчук, А.А.Попов, Ю.А.Минаков. Наблюдение перезарядки кремниевых кластеров в нитриде кремния, полученном методом PCVD. // Аморфные и микрокристаллические полупроводники. Сборник трудов V Международной конференции. 19-21 июня 2006 года, Санкт-Петербург, с.255-256. [А9]. М.Д.Ефремов, С.А.Аржанникова, В.А.Володин, Г.Н.Камаев, Д.В.Марин. Нанометровые кластеры и нанокристаллы кремния. // Вестник НГУ. Серия: Физика, 2007, т. 2, вып. 2. с. 51-60. [А10]. M.D.Efremov, S.A. Arzhannikova, A.A.Voschenkov, V.A. Volodin, G.N. Kamaev, D.V. Marin, V.S. Shevchuk, S.A. Kochubei, A.A. Popov, Yu.A. Minakov. Falling down capacitance impedance under light illumination of MDS-structures with three-layer SiNx dielectrics. // Abstracts of International Conference "Micro- and nanoelectronics - 2007", Oct. lth-5th, 2007, Moscow, Russia, pp. 03-28. [All]. S.A. Arzhannikova, M.D. Efremov, V.A. Volodin, G.N. Kamaev, D.V. Marin, V.S. Shevchuk, S.A. Kochubei, A.A. Popov, Yu.A. Minakov. Photoinduced variation of capacitance characteristics of MDS-structures with three-layer SiNx dielectrics. // Solid State Phenomena, 2008, vols,131-133, pp. 461466.

[А12]. М.Д.Ефремов, Г.Н.Камаев, В.А.Володин, С.А.Аржанникова, Г.А.Качурин, С.Г.Черкова, А.В.Кретинин, В.В.Малютина-Бронская, Д.В.Марин. Кулоновское блокирование проводимости пленок SiOx при одноэлектронной зарядке кремниевой квантовой точки в составе цепочки электронных состояний. // ФТП, 2005, т. 39, вып. 8, с. 945-952.

[А13]. M.D.Efremov, G.N.Kamaev, G.A.Kachurin, V.A.Volodin, S.A.Arzhannikova, A.V.Kretinin, V.V.Malutina-Bronskaya, D.V.Marin, S.G.Yanovskaya. Coulomb blockade in silicon nanocrystals embedded in Si02 matrix. // Solid State Phenomena, 2003, vols. 95-96, pp. 629-634.

[А14]. M.D.Efremov, A.V.Kretinin, G.N.Kamaev, G.A.Kachurin, S.A.Arzhannikova, V.V.Maljutina-Bronskaja, S.A.Yanovskaya. Mechanism of conductivity and single-electron effects in MOS structures with silicon nanocrystals buried in dielectric layer. // Proceedings of Tenth АРАМ topical seminar and third conference "Materials of Siberia" "NANOSCIENCE AND TECHNOLOGY", Novosibirsk, 2003, pp.263-264.

[А15]. М.Д.Ефремов, А.В.Кретинин, Г.Н.Камаев, В.А.Володин, Г.А.Качурин, С.А.Аржанникова, В.В.Малклина-Бронская, С.А.Яновская. Блокирование прыжковой проводимости цепочки электронных состояний при одноэлектронной зарядке квантовой точки в ее составе. // Тезисы РКФП-VI, Санкт-Петербург, 27-31 октября 2003г., с. 401.

[А16]. M.D. Efremov, S.A. Arzhannikova, G.N. Kamaev, G.A. Kachurin, A.V. Kretinin, V.V. Malutina-Bronskaya, D.V. Marin, V.A. Volodin, S.G. Cherkova. Electronic transport through silicon nanocrystals embedded in Si02 matrix. // Proc. of SPIE, 2006, v. 6260, pp. 62600L.1- 62600L.8.

Цитируемая литература

[1]. М.Д. Ефремов, В.В. Болотов, В.А. Володин, С.А. Кочубей, А.В. Кретинин. Образование нанокристаллов кремния с выделенной ориентацией (110) в аморфных пленках Si:H на стеклянных подложках при наносекундных воздействиях ультрафиолетового излучения. - ФТП, 2002, т. 36, вып. 1, с. 109-116.

[2]. В.А. Бурдов. Зависимость ширины оптической щели кремниевых квантовых точек от их размера. - ФТП, 2002, т. 36, вып. 10, с. 1233-1236.

[3]. В.Н. Овсюк. Электронные процессы в полупроводниках с областями пространственного заряда. - Новосибирск, «Наука», 1984.

[4]. D.V. Averin, A.N. Korotkov, К.К. Likharev. Theory of single-electron of quantum wells and dots. -Phys. Rev. B, 1991, v. 44, №12, pp. 6199-6211.

Аржашшкова София Андреевна ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТОНКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК С НАНОКРИСТАЛЛАМИ КРЕМНИЯ

Автореф. дисс. на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Подписано в печать 18.11.2008. Заказ № 109. Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Типмрафия Института катализа им. Г.К. Боресхова СО РАН

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Аржанникова, София Андреевна

Список условных обозначений и сокращений.

Содержание.

Введение.

Научная новизна работы.

Практическая значимость работы.

Положения, выносимые на защиту.

Глава I. Формирование и свойства нанокристаллов кремния.

§1.1. Методы формирования нанокристаллических включений кремния.

§ 1.2. Зародышеобразование в аморфном кремнии.

§ 1.3. Методы расчета электронного спектра нанокристаллов.

§ 1.4. Оптические и электрические свойства диэлектрических пленок, содержащих кластеры кремния.

Глава II. Методики измерений и подготовка образцов.

§ 2.1. Методика измерений проводимости, дифференциальной емкости и проводимости высокоомных пленок.

§ 2.2. Метод комбинационного рассеяния света применительно к нанокристаллическим включениям.

§ 2.3. Методика измерений спектров фотолюминесценции.

§ 2.4. Методика радиационно-термических обработок, подготовки образцов и их описание.

Глава III. Формирование нанокристаллов в пленках аморфного гидрогенизированного кремния при радиационно-термических обработках и их свойства.

§ 3.1. Исследование формирования нанокристаллов кремния и анализ их размеров, формы, концентрации.

§ 3.2. Анализ электронного спектра нанокристаллов.

§ 3.3. Исследование механизмов транспорта заряда в пленках аморфного гидрогенизированного кремния с нанокристаллами кремния.

§ 3.4. Активация мелкой примеси в пленках аморфного кремния.

§ 3.5. Активация мелкой примеси в кристаллическом кремнии и создание мелких р-п переходов.

Глава IV. Свойства пленок нитрида кремния с нанокластерами кремния.

§ 4.1. Оптические свойства пленок нитридов, обогащенных кремнием.

§ 4.2. Проводимость лазерно обработанных образцов.

§ 4.3. Расчетный электронный спектр нанокристаллов кремния в нитриде кремния.

Глава V. Емкость и проводимость оксида кремния с кремниевыми включениями.

§ 5.1. Энергетический спектр нанокристаллов кремния в ЭЮг.

§ 5.2. Влияние кулоновской блокады на проводимость слоя оксида кремния с нанокристаллами кремния в МДП-структуре.

§ 5.3. Исследование вклада локализованных состояний на проводимость оксида кремния и емкость МДП-структур.

Основные результаты.

Введение диссертация по физике, на тему "Электропроводность тонких диэлектрических пленок с нанокристаллами кремния"

В настоящее время в области полупроводников проявляется повышенный интерес к структурам, содержащим нанокристаллические включения. Основой для фундаментального научного интереса является возможность создания нанообъектов с размерами около нескольких нанометров. Группа атомов в кластерной или кристаллической форме может проявлять квантовые свойства, обусловленные ограничением в пространстве волновых функций квазичастиц в твердом теле. Поскольку понятие квазичастиц оправдало себя для описания кристаллических полупроводников и других твердых тел, то рассмотрение их квантовой локализации в пределах наночастиц определенной структуры имеет существенное значение для дальнейшего продвижения научных моделей. Нанокристаллы и нанокластеры представляют собой как бы макро-атомы, в которых энергетический спектр определяется квантованием не элементарных частиц, а многочастичных взаимодействий, адекватно описывающих объемные свойства совершенных кристаллов. Модели, основанные на таком подходе, отличаются большей простотой формулировок, возможностью решения уравнений и сопоставления с экспериментом. Расчеты энергетического спектра с учетом взаимодействия атомов и элементарных частиц крайне сложны, не поддаются точному формулированию, основываются на промежуточных моделях строения атомов и молекул и требуют долгих компьютерных расчетов. Как правило, такие расчеты ограничены применением для размеров наночастиц менее Ihm, что зачастую не позволяет сопоставить результаты с экспериментальными данными.

Электрические свойства полупроводниковых нанообъеьсгов в диэлектриках представляют научный интерес с точки зрения модификации свойств среды, по сути создания новых материалов на основе хорошо известных. Также, весьма актуальным представляется изучение свойств отдельных нанокластеров и нанокристаллов в диэлектриках, поскольку наночастицы электрически изолированы друг от друга. Таким образом, изучение наночастиц в диэлектриках имеет фундаментальное научное значение.

Существует много методов создания нанокристаллов в пленках. В случае диэлектрических пленок, таких как 81ЫХ, 8ЮХ, применяются различные радиационно-термические обработки при избыточном содержании кремния. В случае формирования нанокристаллов кремния в аморфном кремнии наиболее перспективным методом на данный момент является эксимерный лазерный отжиг. Создание нанокристаллов Б! в аморфной матрице имеет и практическое применение. Это связано с возможностью их использования в низкотемпературной технологии создания тонкопленочных транзисторов, где введенные в аморфную пленку нанокристаллы служат центрами кристаллизации при последующих радиационно-термических обработках. Поскольку технология изготовления тонкопленочных транзисторов является в настоящее время ключевой для развития области широкоформатной электроники и создания плоских экранов новых поколений, то тема диссертации обладает и практической актуальностью. Это также связано с возможностью создания на их основе, как оптоэлектронных приборов, так и приборов микро-, нано- электроники, работающих на основе квантовых явлений. Следует отметить, что кремний и в настоящее время является основным материалом микроэлектроники, поэтому создание кремниевых нанокристаллов в пленках а-81, диэлектриках 81>1Х, БЮЧ и изучение свойств таких структур является перспективным направлением с практической точки зрения.

Оптические свойства структур с нанокристаллами достаточно хорошо изучены. Электрофизические свойства нанокристаллических пленок пока изучены сравнительно мало, чему в основном и посвящена диссертация.

Целью диссертационной работы являлось изучение особенностей формирования кремниевых нанокристаллов в пленках БО4^. БЮ* и аморфного кремния, и исследование влияния нанокристаллов на электрофизические характеристики пленок.

Для достижения данной цели решались следующие задачи:

Получение свидетельств формирования нанокристаллов кремния в аморфной фазе кремния, кластеров кремния в пленках БЮХ и осуществление анализа их размера и фазового состава оптическими методами исследования.

Исследование влияния нанокристаллических включений кремния на электропроводность пленок аморфного кремния, ее температурную зависимость.

Анализ квантовых свойств нанокристаллов кремния, помещенных в более широкозонную матрицу, на основе решения уравнения Шредингера в приближении эффективной массы.

Поиск проявлений квантовых свойств нанокристаллов кремния, отражающихся на процессах электронного транспорта и процессах перезарядки электронных состояний в пленках 81>1х, БЮ*.

Научная новизна работы

Впервые проведено исследование электронных свойств пленок аморфного кремния с нанокристаллами кремния, формирующихся при наносекундном лазерном воздействии. Обнаружено, что для нанокристаллов кремния размером 2нм с повышением их концентрации в пленках аморфного кремния наблюдается изменение механизма электропроводности с изменением эффективной энергии активации с 0.7 эВ до 0.12-0.17 эВ.

На основе представления нанокристаллов кремния, как многозарядных центров, имеющих дискретный спектр энергий, осуществлен расчет температурной зависимости уровня Ферми в аморфных пленках кремния в зависимости от уровня их легирования. Расчет продемонстрировал закрепление уровня Ферми на разрешенных состояниях, локализованных в нанокристаллах, при понижении температуры.

Обнаружен переход примесей фосфора и бора в электрически активное состояние при наиосекундных лазерных обработках пленок аморфного кремния без плавления.

Выявлено существенное влияние наличия кластеров кремния в диэлектрике на дифференциальную емкость и проводимость МДП-структур в зависимости от частоты измерения, что связывается с обменом зарядом диэлектрической пленки с подложкой. Впервые наблюдалось резкое падение емкости до предела детектирования при освещении светом структур А1/811Мх/81.

При азотной температуре наблюдалась ступенеобразная вольт-амперная характеристика МДП-структур с нанокристаллами кремния, количественно описанная одноэлектронным туннелированием носителей заряда через квантовые уровни в нанокристаллах кремния.

Практическая значимость работы.

Нанокристаллы кремния, формирующиеся при наносекундном лазерном воздействии в пленках аморфного кремния, могут служить зародышами при получении поликремниевых слоев при дальнейших радиационно-термических обработках, что может быть использовано для создания тонкопленочных транзисторов.

Активация примесей бора и фосфора в аморфном и кристаллическом кремнии при лазерном ультрафиолетовом воздействии позволяет формировать контакты и мелкие р-п переходы с глубиной легирования от 20нм до 400нм, равно как и управлять проводимостью пленок.

Экспериментальные результаты и их теоретическое описание, касающиеся одноэлектронного транспорта через квантовые состояния нанокристаллов кремния в диэлектрике МДП-структур, имеют перспективы быть использованными при создании одноэлектронных транзисторов и прецизионных электрометров на их основе.

Положения, выносимые на защиту.

Обогащение диэлектрических пленок (811чГх, 8ЮХ) кремнием в форме кластеров и нанокристаллов увеличивает их проводимость, что приводит к возможности обмена зарядом с подложкой и проявляется в существенной вариации дифференциальных емкости и проводимости в сравнении с классическими МДП-структурами.

Одноэлектронная зарядка нанокристалла кремния, стоящего в проводящей цепочке состояний в оксиде кремния блокирует рост тока, что приводит к ступенеобразной вольт-амперной характеристике МДП-структуры, проявляющейся при азотной температуре.

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

Основные результаты.

Показано, что в результате наносекундных лазерных обработок в аморфной пленке кремния без её плавления происходит образование нанокристаллических включений кремния с размерами 2-10 нм в зависимости от плотности энергии воздействия.

Уровень Ферми в аморфном кремнии с нанокристаллами равного размера стремится к одному из дискретных уровней энергии нанокристалла в зависимости от степени легирования пленки, что продемонстрировано посредством решения уравнения электронейтральности с учетом модели многозарядного центра.

Ультрафиолетовое лазерное воздействие с плотностью энергии до 240мДж/см2 приводит к переходу бора в электрически активное, узельное состояние в кремнии без плавления, что подтверждено увеличением интенсивности КРС на локальных колебания бора, данными ВИМС, а также наблюдением вольтфарадной и вольтамперных характеристик диодного типа для мелкого р-п перехода с глубиной 20нм.

При азотной температуре обнаружена ступенеобразная вольт-амперная характеристика МДП-структуры с нанокристаллами кремния в диэлектрике, что объяснено кулоновским блокированием транспорта по цепочке состояний в диэлектрике за счет одноэлекгронной зарядки нанокристалла кремния, входящего в эту цепочку проводимости.

Заключение.

В работе исследована электропроводность структур, содержащих нанокристаллы и кластеры кремния в диэлектрических пленках. Определено влияние введения нанокристаллов на проводимость пленок аморфного гидрогенизированного кремния и на положение уровня Ферми. Обнаружен эффект активации примеси в пленках a-Si:H импульсными лазерными обработками. Изучен транспорт заряда в МДП-структурах, пленки SiNx, SiOx которых содержали нанокластеры кремния. Исследованы их емкостные и вольт-амперные характеристики.

Работа выполнена в лаборатории №23 ИФП СО РАН под научным руководством к.ф.-м.н. М.Д Ефремова, являвшегося основным соавтором работ по теме диссертации, осуществлявшего научное руководство на всех этапах выполнения работы, при выборе тематики, постановке задачи, анализе полученных результатов и подготовке публикаций, за что автор выражает ему глубокую признательность.

Автор признателен всем сотрудникам лаборатории №23 за создание творческой атмосферы. Особую благодарность автор хотел бы выразить коллегам по работе:

A.B. Вишнякову за помощь в проведении измерений вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик.

Г.Н. Камаеву за помощь в подготовке образцов и обсуждении результатов.

B.А. Володину и Д.В. Марину за проведение измерений фотолюминесценции, комбинационного рассеяния света и спектров пропускания.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Аржанникова, София Андреевна, Новосибирск

1. P.P. Ray, P. Chaudhuri, P. Chatterjee. Hydrogenated amorphous silicon films with low defect density prepared by argon dilution: application to solar cells. Thin Solid Films, vol. 403-404, pp. 275-279, 2002.

2. O.A. Голикова, E.B. Богданова, У.С. Бабаходжаев. Кристаллизация пленок аморфного гидрированного кремния, осажденного при различных условиях. ФТП, т. 36, вып. 10, стр. 1259-1262, 2002.

3. G. Kawachi, Т. Aoyama, A. Mimura, N. Konishi. Application of Ion Doping and Excimer Laser Annealing to Fabrication of Low-Temperature Polycrystalline Si Thin-Film Transistors. Jpn. J. Appl. Phys., vol. 33, part 1, N 4A, pp. 2092-2099, 1994.

4. А.Г. Смирнов, B.A. Высоцкий, B.C. Грабко, B.A. Осика, А.Б. Усенок. Высокоинформативные ЖК экраны с активной матрицей адресации.- Науч. тех. сборник обзоров «Зарубежная электронная техника», вып. 4, стр. 3-43, 1989.

5. A.Hadjadj, A.Beorchia, P. Roca i Cabarrocas, L. Boufendi. Temperature improvement of the optical and electrical properties of hydrogenated nanostructured silicon thin films. -Thin Solid Films, vol. 403-404, pp. 139-143, 2002.

6. F. Plais, P. Legagneux, C. Reita, O. Huet, F. Petinot, D. Pribat, B. Godard, M. Stehle, E. Fogarassy. Low temperature polysilicon TFTs: a comparison of solid phase and laser crystallization. Microelectronic Engineering, vol. 28, pp. 443-446, 1995.

7. M. Bonnel, N. Duhamel, M. Guendouz, L. Haji, B. Loisel, P. Ruault. Poly-Si Thin Film Transistors Fabricated with Rapid Thermal Annealed Silicon Films. Jpn. J. Appl. Phys., vol. 30, N 1 IB, pp. L1924-L1926, 1991.

8. G. Groos, M. Stutzmann. Si-nanostructures made by laser-annealing. Journal of Non-Crystalline Solids, vol. 227-230, pp. 938-942, 1998.

9. V.V.Bolotov, M.D.Efremov, V.A.Volodin, L.N.Fedina, E.A.Lipatnikov. Eximer laser and RTA stimulation of solid phase nucleation and crystallization in amorphous silicon films on glass substrates. J.Phys.: Condens. Matter. 8, pp. 273-286, 1996.

10. V.V.Bolotov, M.D.Efremov, V.A.Volodin, L.I.Fedina, A.A.Gutakovckij. Raman and HREM observation of oriented silicon nanocrystals inside amorphous silicon films on glass substrates. Sol. Stat Phen. V.57/58, 1997, p. 507-512.

11. M.D. Efremov, V.V. Bolotov, Y.A. Volodin, A.V. Vishnyakov, O.K. Shabanova, S.A. Kochubei, L.I. Fedina, D.I. Bragin. Oriented silicon films of glass substrate for device applications.- Sol. St. Phenomena, vol. 69-70, pp. 557-561, 1999.

12. Т. Shimizu-Iwayama, К. Fujita, S. Nakao, К. Saitoh, R. Fujita, N. Itoh. Visible photoluminescence in Si+ -implantation silica glass. J. Appl. Phys., vol. 75, pp. 77797783, 1994.

13. А.Ф. Лейер, JI.H. Сафронов, Г.А. Качурин. Моделирование формирования нанопреципитатов в Si02, содержащем избыточный кремний. ФТП, том 33, вып. 4, стр. 389-394, 1999.

14. Г.А. Качурин, С.Г. Яновская, В.А. Володин, В.Г. Кеслер, А.Ф. Лейер, М.-О. Ruault. О формировании нанокристаллов кремния при отжиге слоев S1O2, имплантированных ионами Si. ФТП, том 36, вып. 6, стр. 685-689, 2002.

15. С. Spinella, S. Lombardo, F. Priolo. Crystal grain nucleation in amorphous silicon. -J. Appl. Phys., vol. 84, N 10, pp. 5383-5414, 1998.

16. Я.Б. Зельдович. К теории образования новой фазы. ЖЭТФ 12 (11/12), стр. 525, 1942.

17. D. Kashchiev. Solution of the non-steady state problem in nucleation kinetics. -Surface Science, vol. 14, pp. 209-220, 1969.

18. C. Delerue, G. Allan, M. Lannoo. Theoretical aspects of the luminescence of porous silicon. Phys. Rev. B, vol. 48, N15, pp. 11024-11036, 1993.

19. C. Delerue, M. Lannoo, G. Allan. Excitonic and quasiparticle gaps in Si nanocrystals. Phys. Rev. Lett., vol. 84, pp. 2457-2460, 2000.

20. A. Zunger, L.-W. Wang. Theory of silicon nanocrystals. Applied Surface Science, vol. 102, pp. 350-359, 1996.

21. B. Delley, E.F. Steigmeier. Size dependence of band gaps in silicon nanostructures. -Appl. Phys. Lett., vol. 67, N 16, pp. 2370-2372, 1995.

22. D. Babic, R. Tsu, R.F. Greene. Ground-state energies of one- and two-electron silicon dots in an amorphous silicon dioxide matrix. Phys. Rev. B, vol. 45, N 24, pp. 1415014155, 1992.

23. B.A. Бурдов. Зависимость ширины оптической щели кремниевых квантовых точек от их размера. ФТП, том 36, вып. 10, стр. 1233-1236, 2002.

24. Г.А.Качурин, И.Е.Тысченко, В.Скорупа, Р.А.Янков, К.С.Журавлев, Н.А.Паздников, В.А.Володин, А.К.Гутаковский, А.Ф.Лейер. Фотолюминисценция слоев Si02 имплантированных ионами Si+ и отоженных в импульсном режиме. -ФТП, том 31, №6, стр. 730-734, 1997.

25. L.T. Canham. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers. Appl. Phys. Lett., vol. 57, pp. 1046-1048, 1990.

26. X. Zhao, S. Nomura, Y. Aoyagi, Т. Sugano. Formation and electronic states of Si nanocrystallites in amorphous Si. Journal of Non-Crystalline Solids, vol. 198-200, pp. 847-852, 1996.

27. F. Guang-Sheng, Y. Wei, L. She-Qiang, H. Hai-Hong, P. Ying-Cai, H. Li. Nanocrystalline silicon films prepared by laser-induced crystallization. Chinese Physics Soc., vol. 12, N 1, pp. 75-78, 2003.

28. Q.-Y. Ye, R. Tsu, E.H. Nicollian. Resonant tunneling via microcrystalline-silicon quantum confinement. Phys. Rev. B, vol.44, N 4, pp. 1806-1811, 1991.

29. R. Tsu. Phenomena in silicon nanostructure devices. Appl. Phys. A, vol. 71, pp. 391-402,2000.

30. Y. Inoue, A. Tanaka, M Fujii, S. Hayashi, K. Yamamoto. Single-electron tunneling through Si nanocrystals dispersed in phosphosilicate glass thin films. J. Appl. Phys., vol. 86, N 6, pp. 3199-3203, 1999.

31. A. Tilke, L. Pescini, R.H. Lorenz, J.K. Kotthaus. Single-electron tunneling in silicon nanostructures. Appl. Phys. A, vol. 71, pp. 357-365, 2000.

32. S. Tiwari, J.A. Wahl, H. Silva, F. Rana, J.J. Welser. Small silicon memories: confinement, single-electron, and interface state considerations. Appl. Phys. A, vol. 71, pp. 403-414, 2000.

33. J. Shi, L. Wu, X. Huang, J. Liu, Z. Ma, W. Li, X. Li, J. Xu, D. Wu, A. Li, K. Chen. Electron and hole charging effect of nanocrystalline silicon in double-oxide barrier structure. Solid State Com., vol. 123. pp. 437-440, 2002.

34. M. Liu, Z. Wang, Y. He, X. Jiang. Resonant tunneling through nano-size quantum dots embedded in amorphous tissues. Microelectronic Engineering, vol. 51-51, pp. 119126, 2000.

35. D.V. Averin, A.N. Korotkov, K.K. Likharev. Theory of single-electron of quantum wells and dots. Phys. Rev. B, vol. 44, N12, pp. 6199-6211, 1991.

36. O.A. Голикова, M.M. Казаиии. Пленки аморфного гидрированного кремния с повышенной фоточувствительностью. ФТП, том 33, N 1, стр. 110-113, 1999.

37. О. А. Голикова, М.М. Казанин, А.Н. Кузнецов, Е.В. Богданова. Наноструктурированные пленки a-Si:H, полученные методом разложения силаиа в магнетронной камере.- ФТП, том 34, N 9, стр. 1125-1129, 2000.

38. О.А. Голикова. Фотопроводимость пленок наноструктурированного гидрированного кремния. ФТП, том 36, N 6, стр. 730-733, 2002.

39. T.Sameshima, S.Usui. Pulsed laser-induced amorphization of silicon films. J. Appl. Phys., vol. 70, pp. 1281-1289, 1991.

40. Л.Д. Ландау, E.M. Лифшиц. Теоретическая физика, т. 3, Квантовая механика. -Москва, «Наука», 1974 г.

41. А. Меден, М. Шо. Физика и применение аморфных полупроводников. Москва, «Мир», 1991 г.

42. Рассеяние света в твердых телах: проблемы прикладной физики / под редакцией М.Кардоны. Москва, «Мир», 1979.

43. R. Beserman, Yu.L. Khait, A. Chack, R. Weil, W. Beyer. Comparison between the crystallization processes by laser and furnace annealing of pure and doped a-Si:H. Journal of Non-Crystalline Solids, v.299-302, pp. 736-740, 2002.

44. Y.Kanzawa, M.Fujii, S.Hayashi, K.Yamamoto. Preparation and Raman study of B-doped Si microcrystals. Material Science and Engineering, v. A217/218, pp. 155-158, 1996.

45. F. Cerdeira, T.A. Fjeldly and M. Cardona. Raman study of the interaction between localized vibrations and electronic excitations in boron-doped silicon. Phys. Rev. B, vol. 9, pp. 4344-4350, 1974.

46. M.Stutzmann. Hydrogen passivation of boron acceptors in silicon: Raman studies. -Phys. Rev. B, vol. 35, 5921-5924, 1987.

47. M. Chandrasekhar, H.R. Chandrasekhar, M. Grimsditch. Study of the localized vibrations of boron in heavily doped Si. Phys. Rev. B, vol. 22, pp. 4825-4833, 1980.

48. М.Д. Ефремов, В.А. Володин, Д.В. Марин, С.А. Аржанникова, Г.Н. Камаев, С.А. Кочубей, A.A. Попов. Вариация края поглощения света в пленках SiNx с кластерами кремния. ФТП, том 42, вып. 2, стр. 202-207, 2008.

49. D.E. Aspnes. Optical Properties of Thin Films. Thin Solid Films, vol.89, pp. 249262, 1982.

50. Л.Д. Ландау, E.M. Лифшиц. Электродинамика сплошных сред. Москва, «Наука», 1982.

51. F. Alvarez, А.А. Valladares. First-principles simulations of atomic networks and optical properties of amorphous SiN* alloys. Phys. Rev. B, vol. 68, pp. 205203-205213, 2003.

52. B.H. Овсюк. Электронные процессы в полупроводниках с областями пространственного заряда. Новосибирск, «Наука», 1984.

53. V. A. Volodin, М. D. Efremov, V. A. Gritsenko, S. A. Kochubei. Raman study of silicon nanocrystals formed in SiN* films by excimer laser or thermal annealing. Appl. Phys. Lett., v. 73, N 9, pp. 1212-1214, 1998.

54. B. Delley, E.F. Steigmeier. Quantum confinement in Si nanocrystals. Phys. Rev. B, vol. 47, N3, pp. 1397-1400, 1993.

55. M. Hirao, T. Uda, Y. Murayama. First principle calculation of energetic spectrum for Si-nanocrystals. Mater. Res. Soc. Symp. Proc., vol. 283, pp. 425-428, 1993.