Механизмы стабилизации фотолюминесценции квантоворазмерных структур на основе кремния и карбида кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

Костишко Борис Михайлович

Механизмы стабилизации фотолюминесценции квантоворазмерных структур на основе кремния и карбида кремния

01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

<щ

Ульяновск, 2003

Работа выполнена на кафедре физики и технологии интегральных микросхем в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ульяновском государственном университете

Научные консультанты:

Доктор технических наук, профессор А.М.Орлов

доктор физико-математических наук, профессор М.Б.Гусева

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор А.Н.Георпвбиани доктор физико-математических наук, профессор Ф.И.Маняхин доктор технических наук С. А.Гаврилов

Ведущая организация: Институт микроэлектроники и информатики РАН, г. Ярославль.

Защита состоится 20 июня 2003 года в 10® часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.278.01 при Ульяновском государственном университете по адресу: корп. на Набережной р.Свияги, ауд. 701

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ульяновского государственного университета

Автореферат разослан 17 ^ мая 2003 года.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 432700, г.Ульяновск, ул. Л.Толстого, д.42, УлГУ, научная часть

Ученый секретарь диссертационного совета

В .Б .Тулвинский

ОБЩАЯ ХАРАКТРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Открытие Кэнхэмом в 1990 г. фотолюминесценции (ФЛ) пористого кремния (рог-БО в видимой области спектра вызвало к нему большой интерес как к перспективному материалу оптоэлектроники. Первые исследования позволяли надеяться на то, что реальностью могли стать интегральные микросхемы, выполненные на основе материала «номер один» - кремния и содержащие в качестве активных элементов оптопары, а также источники когерентного и некогерентного светового излучения. Показателем интереса к пористому кремнию является появление за 12 лет двух крупных обзоров и более десяти тысяч публикаций на эту тему. Однако, несмотря на чрезвычайно интенсивные и многообразные исследования свойств пористого кремния, единой точки зрения на механизмы, ответственные за существование его фотолюминесценции в видимой области спектра, до сих пор не существует.

Полученные к настоящему времени экспериментальные и теоретические данные обобщены в рамках пяти моделей, которые получили следующие названия: квантоворазмерная, водородная, силоксеновая или химическая, модель аморфной кремниевой оболочки, модель кислородных центров и модель поверхностных состояний. Пионерские работы в этом направлении велись отечественными учеными Кашкаровым П.К., Бондаренко В.П., Астровой Е.В. и другими. В конце 90-х годов стало очевидно, что ни одна из перечисленных "чистых" моделей не может быть использована для детального описания сложнейших процессов в квантоворазмерных полупроводниковых структурах. В связи с этим встает задача объединения различных точек зрения, для чего необходимы комплексные исследования, направленные на выяснение, в том числе, роли процессов адсорбции, десорбции и связанного с ними изменения концентрации центров свечения.

Многочисленные исследования, посвященные влиянию условий электрохимического травления и различных внешних воздействий (термический отжиг, лазерное, ионное, а- или р- облучение и т.п.) на светоизлучающие и электрофизические свойства рог-ви зачастую приводили к противоречивым результатам или трактовались в рамках конкурирующих моделей. Все это

первоначально привело к представлению

очень

«сложном» материале, параметры которого практически невозможно воспроизвести даже при одинаковых условиях.

Еще одним фактором, сдерживающим применения пористого кремния в оптоэлекгронике, является низкая эффективность светодиодов на его основе. В случае структур с твердотельными электродами она, как правило, не превышает 10"3%. Электролюминесценция рог-81 в электролите имеет большую (на два-три порядка) эффективность за счет амбиполярной инжекции и более полного контакта с поверхностью квантовых нитей. Но из-за быстрой деградации поверхности, краткого времени свечения и громоздкости конструкции этот способ не может быть широко применим на практике.

Таким образом, несмотря на то, что уже существуют образцы светодиодов, фотоэлементов, газовых сенсоров, конденсаторов, световодов и даже источников когерентного излучения на основе пористого и нанокристаллического кремния, говорить об их реальном использовании в микро- и оптоэлекгронике пока не приходится. Одной из основных причин, по которой вышеперечисленные приборы не выходят за пределы лабораторий, является существенная нестабильность характеристик и, в частности, оптических свойств. Именно с этим связано наблюдаемое в последние пять лет повышение интереса к разработке различных способов стабилизации светоизлучения пористых полупроводников. Наиболее интересные результаты в этом направлении достигнуты при помощи окисления поверхности квантовых нитей. Причем создание стабильного окисла кремния возможно как на стадии электрохимического травления, так и после формирования пористого слоя.

Из вышеизложенного следует, что одной из основных задач физики низкоразмерных полупроводниковых систем является изучение механизмов изменения их светоизлучающих свойств при различных внешних воздействиях. Тенденции, прослеживающиеся в настоящее время, позволяют надеяться, что глубокое понимание этих процессов позволит в будущем разработать способы стабилизации люминесценции наноразмерных кремниевых структур и использовать их в качестве стабильного и эффективного источника как когерентного, так и некогерентного видимого света.

Целью диссертационной работы является исследование физических процессов, вызывающих изменение фотолюминесценции квантоворазмерных полупроводниковых систем на основе кремния и карбида кремния, а также физическое обоснование технологических принципов стабилизации их светоизлучающих свойств.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать кинетику изменения фотолюминесценции рог-81 под действием лазерного и электронного облучения и выявить влияние на эти явления адсорбционно-десорбционных процессов, происходящих на поверхности квантовых нитей кремния;

- определить энергии активации процессов, лимитирующих фото- и электронно-стимулированную деградацию ФЛ рог-вц

- исследовать роль процессов отвода продуктов десорбции из пористого слоя в изменении ФЛ рог-Б^

- провести детальные исследования по изменению механизмов деградации светоизлучающих свойств пористого кремния при различных внешних воздействиях: химической, термовакуумной и ионно-плазменной обработке, 0-облучении, старению в вакууме и кислородосодержащей атмосфере, а также во внешнем электрическом поле;

- разработать методику анализа на основе электронной оже-спектроскопии (ЭОС) зарядовой неоднородности поверхности пористого кремния, а также методику определения состава водородных групп, пассивирующих поверхность квантовых нитей;

- исследовать изменение скорости водного дотравливания рог^ во внешнем электрическом поле и изучить влияние этоУо процесса на изменение спектра фотолюминесценции и формирование БЮ* в пористом слое;

- изучить влияние высокотемпературной карбонизации на модификацию спектра ФЛ и стабилизацию светоизлучающих свойств рог-вь

Научная новизна диссертационной работы:

1. Обнаружено, что при УФ лазерном облучении с плотностью мощности менее 100 mW/cm2 интенсивность ФЛ por-Si может не только деградировать, но и при определенных условиях увеличиваться. Предложена кинетическая модель, позволяющая на основе экспериментальных данных определить характерные скорости разрушения и образования поверхностных групп, ассоциированных с центрами излучательной и безизлучательной рекомбинации. Впервые для пористого кремния рассчитаны энергии активации фотодеструкции водородных и углеродных комплексов - ДЕн=0.39±0.02 eV и ДЕс=0.11+0.01 eV и образования устойчивых кислородных комплексов - ДЕо= -0.43±0.03 eV.

2. Впервые - с использованием электронной оже-спектроскоггии - установлено, что светоизлучающий слой пористого кремния n-типа проводимости содержит в основном дигвдридные группы. Показано, что облучение электронами с энергией 1-5 keV приводит к разрушению водородных групп и, как следствие, гашению ФЛ, а при дозах, больших 8*1016 cm"2, к увеличению содержания аморфной фазы. Получены зависимости интегральной интенсивности ФЛ por-Si от дозы и энергии электронного облучения и определена энергия активации данного процесса (0.13 eV). Проведена оценка коэффициента диффузии водорода в por-Si (при Т=300К не менее Дь,=10'12

cmV).

3. Обнаружено, что во внешнем электрическом поле скорость водного дотравливания (ВД) por-Si уменьшается, причем независимо от направления вектора напряженности. Исследована кинетика окисления поверхности в пористом кремнии в процессе ВД.

4. В результате исследование влияния внешнего электрического поля на фотолюминесценцию por-Si установлено, что включение и выключение электрического поля может приводить к скачкообразным изменениям интегральной интенсивности ФЛ, а при напряженностях более 12 kV/cm она становиться переменной функцией от времени.

5. Обнаружено, что молекулы воды в пористом кремнии ответственны за образование каналов стока электрического заряда. Показана возможность использования ЭОС для анализа зарядовой неоднородности поверхности por-Si.

6. Впервые обнаружен эффект фторирования поверхности por-Si при ионно-плазменном травлении в аргонно-кислородной смеси. Установлено влияние атомов фтора, пассивирующих поверхность квантовых нитей, на модификацию спектра фотолюминесценции пористого кремния.

7. Предложен принципиально новый способ стабилизации светоизлучающих свойств пористого кремния при помощи высокотемпературной карбонизации. Новый материал - карбонизированный пористый кремний (kpor-Si) - содержит как кремниевые, так и карбидкремниевые (3C-SiC) квантоворазмерные объекты и обладает рядом уникальных свойств. Его ФЛ в сине-зеленой области практически не деградирует под действием лазерного облучения и незначительно уменьшается при электронном облучении. При легировании атомами бора kpor-Si показывает аномально высокое время затухания фотолюминесценции. При использовании предварительного водного дотравливания и обработке в окислительных электролитах можно получить kpor-Si, излучающий практически белый свет. Установлено, что облучение электронами киловольтных энергий поверхности kpor-Si приводит к увеличению в его составе 3C-SiC фазы за счет адсорбированных атомов углерода. Практическая значимость результатов работы состоит в следующем:

Результаты исследований являются основой для выработки комплексных методов по устранению деградации и модификации спектра фотолюминесценции пористого кремния.

Конкретные практически важные результаты:

1. Установлены механизмы частичной стабилизации ФЛ при обработке por-Si в кислотах (HF и HNO3) и при старении на воздухе. Предложено стабилизировать состав поверхности пористого кремния при помощи «электронной закалки» -разрушения водородных групп облучением электронами киловольтных энергий с последующим окислением на воздухе. Показано, что существенное уменьшение деградации ФЛ por-Si может быть достигнуто при ß-облучении и термовакуумном отжиге свежеприготовленных образцов..

2. Предложен новый способ стабилизации ФЛ por-Si путем формирования на его поверхности нанокристаллитов 3C-SiC. Фотолюминесценция получаемого таким образом карбонизированного пористого кремния не изменяется при лазерном и мало изменяется при электронном облучениях. Аномально высокое время затухания ФЛ

s

kpor-Si, легированного атомами бора, может быть использовано для создания стабильного когерентного источника света. Показана принципиальная возможность выращивания 3C-SiC гетероэпитаксиальных слоев на поверхности kpor-Si.

3. Разработаны:

- метод эталонирования оже-спектрометра при помощи планарно-негомогенного образца, который позволяет проводить количественный оже-анализ состава поверхности образцов, содержащих в области анализа как элементный, так и окисленный кремний. Методика позволяет определять стехиометрический индекс окисла кремния, не прибегая к разрушающим методам очистки поверхности;

- методика определения неоднородности накопленного на поверхности por-Si электрического заряда;

- методика послойного анализа состава водородных групп и изменения кристаллической структуры por-Si и kpor-Si при электронном облучении.

4. Показана возможность использования por-Si в качестве оптического генератора при возбуждении его ФЛ во внешнем электрическом поле с 12 kV/cm.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. При экспозиции свежеприготовленного пористого кремния УФ когерентным светом с плотностью мощности менее 100 mW/cm2 на его поверхности протекают фотостимулированные реакции, приводящие к замещению водородных и углеродосодержащих молекул устойчивыми кислородными группами.

2. В процессе облучения por-Si электронами с энергией 1-5 keV на поверхности квантовых нитей кремния разрушаются водородные группы и увеличивается содержание аморфной фазы. При ß-облучении на воздухе ФЛ por-Si существенно стабилизируется за счет образования на поверхности окисла кремния.

3. Наличие внешнего электрического поля приводит:

- к уменьшению скорости водного дотравливания пористого кремния;

- к скачкообразным изменениям интенсивности ФЛ por-Si, которые при напряженностях более 12 kV/cm становятся периодическими.

4. При термовакуумной десорбции молекул воды происходит удаление каналов стока электрического заряда с поверхности образца и существенная стабилизация ФЛ por-Si.

5. В процессе ионно-плазменной обработки por-Si в аргонно-кислородной смеси происходит пассивация поверхности атомами фтора и формирование центров излучательной рекомбинации с энергией E»2.58 eV.

6. Высокотемпературная карбонизация por-Si позволяет в широких пределах изменять его спектр ФЛ и практически полностью стабилизировать светоизлучающие свойства. Легирование kpor-Si атомами бора существенно увеличивает время затухания (до сотен ms) сине-зеленой полосы ФЛ. Карбонизированный пористый кремний содержит центры свечения, не разрушающиеся при облучении электронами киловольтных энергий, и, кроме этого, может быть использован для получения гетероэпитаксиальных слоев 3C-SiC.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: 1-й Международной конференции "Материаловедение алмазоподобных и халькогенидных полупроводников" (1994. Черновцы, Украина); Российской конференции "Микроэлектроника-94" (1994. Звенигород); Int. School-Conference "Physical problems in material science of semiconductors" (1995, 1997. Chernovtsy. Ukraine); 2-й Российской конференции по физике полупроводников (1996. Зеленогорск); Всероссийских научно-технических конференциях с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (1996, 1997, 1998, 1999, 2002. Таганрог); III международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (1996. Новосибирск); Всероссийских конференциях по материаловедению и физико-химическим основам технологии получения легированных кристаллов кремния ("Кремний-96", "Кремний-2000". Москва); Международном семинаре "Полупроводниковый' карбид кремния и родственные материалы" (1997. Новгород); Международной конференции "Центры с глубокими уровнями в полупроводниках и полупроводниковых структурах" (1997. Ульяновск); Всероссийской научно-технической конференция "Микроэлектроника и информатика МИЭТ-98" (1998. Зеленоград); Международных конференциях "Оптика полупроводников" (1998, 2000. Ульяновск); Всероссийских научно-технических конференциях "Методы и средства измерений физических величин" (1998, 2000. Нижний Новгород); Всероссийских симпозиумах "Аморфные и микрокристаллические полупроводники" (1998, 2000, 2002. Санкт-Петербург);

Межнациональных совещаниях "Радиационная физика твердого тела" (1998, 1999, 2000, 2001, 2002. Севастополь); Совещании "Нанофотоника" (1999. Нижний Новгород); Всероссийских научно-технических конференциях "Микро- и наноэлектроника" (1999, 2001. Звенигород); Международной конференции "Физические процессы в неупорядоченных полупроводниковых структурах" (1999. Ульяновск); 4-й Российской университетско-академической научно-практической конференции (1999. Ижевск); Международной научно-технической конференции "Новые материалы и технологии на рубеже веков" (2000. Пенза); II Международной конференции "Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах" (2000. Томск); Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии НМТ-2000" (2000. Москва); Международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» (2001. Ульяновск); II Российской школе по материаловедению и технологиям получения легированных кристаллов кремния «Кремний. Школа-2001» (2001. Москва); Всероссийской научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (2001. Пенза); IV International conference on modification of properties of surface layers of non-semiconducting materials using particle beams (2001. Feodosiya, Ukraine); Международной конференции по люминесценции (2001. Москва); II международной конференции «Актуальные проблемы современной науки» (2001. Самара); Fifth ISTC Scientific Advisory Committee Seminar "Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology" (2002. St Petersburg, Russia); Международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологию» (2002. Ульяновск).

Результаты работы получены при выполнении гранта РФФИ, проекта «Университеты России», двух грантов Министерства образования РФ, гранта «Конверсия и высокие технологии».

Личный вклад. Автору принадлежит постановка задач исследований, обоснование способов их осуществления, непосредственное выполнение значительной части экспериментов, расчетов, систематизация и анализ результатов. Разработка методики послойного оже-анализа водородных групп в пористом кремнии осуществлена совместно с сотрудниками каф. Физической электроники МГУ им.М.В.Ломоносова. Карбонизация пористого кремния и часть исследований его структуры производилась в Самарском государственном университете. Часть исследований оптических свойств

рог^ и крог-51 производилась на кафедре Оптики и спектроскопии УлГУ. Исследования по Р-облучению проведены совместно с сотрудниками каф. Экспериментальной физики УлГУ. Исследования топологии поверхности выполнялись в корпорации ИТ-МОТ. Ряд результатов, вошедших в диссертацию, получен в соавторстве с Гусевой М.Б., Бабаевым ВГ., Хвостовым В.В., Миковым С.Н., Атажановым Ш.Р. и Тулвинским В.Б, которым автор благодарен за плодотворное сотрудничество.

Публикации. В ходе выполнения исследований по теме диссертации опубликовано 103 научные работы, из которых 33 статьи в центральных отечественных и зарубежных журналах. Список публикаций приведен в конце автореферата. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 307 страниц, включая 114 рисунков, 8 таблиц и списка цитируемой литературы из 241 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дана общая характеристика диссертационной работы, обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследований, изложены научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена разработке метода количественного оже-анализа состава полупроводниковых систем, содержащих в области анализа одновременно как элементный, так и окисленный кремний. Методика направлена на решение задачи по определению состава тонких слоев пористого кремния, подвергшихся окислению в различных средах.

В первых параграфах главы дается краткий анализ механизмов формирования пористого кремния. Указаны условия протекания реакций электрохимического растворения или электрополировки кремния - таких, как наличие и величина положительного смещения относительно электролита, дополнительная генерация дырок, ориентация пластины, наличие магнитного поля. Приведена общепринятая классификация морфологии пор. Описаны условия формирования используемых в данной работе для исследований образцов пористого кремния.

Рассмотрены кинетика окисления поверхности квантовых нитей и роль оксида кремния в фотолюминесценции пористого кремния. Основным методом, который обычно используется при анализе окисления por-Si в различных атмосферах и средах, является ИК-спекгроскопия. Однако данный метод позволяет в лучшем случае определять изменение концентрации атомов кислорода на поверхности образца, но не дает возможности фиксировать изменение стехиометрии формирующегося окисла кремния.

В диссертационной работе разработаны методики по определению при помощи электронной оже-спектроскопии состава SiOx на поверхности пористого кремния. Для этого предлагается проводить эталонирование оже-спектрометра с использованием планарно-негомогенного образца, на поверхности которого имеются участки с элементным (Si) и диоксидом кремния (S1O2). Разворачивание электронного луча в растр позволяет одновременно детектировать оже-электроны с окисленной и неокисленной частей образца. Причем, изменяя соотношение площадей анализируемых участков, можно получить сигнал от SiOx со стехиометрическим индексом, меняющимся в пределах х = 0.0-2.0.

Первая из предлагаемых методик предполагает обязательное проведение ионной очистки поверхности исследуемого образца и связана с определением относительных факторов элементной чувствительности F элементного Si(el) и окисленного Si(ox) кремния, а также кислорода:

c-Si(el) _ 1 cSi{ox) _ 3/Si(ax)h pO m

Si(e!) ~l> Si(el) ~ , , > rS,(el) ~ ~ r , > W

xSi(.el)'\ zlSi(el)l\

где 1$це1)> ¡Si(ox) > lO ' интенсивности оже-линий элементного кремния, окисленного кремния и кислорода соответственно; к0=\32 - коэффициент корректировки, учитывающий изменение формы пика кислорода за счет аппаратного уширения; // и h - длины участков монокристаллического кремния (c-Si) и Si02, с которых производится детектирование оже-элекгронов.

Существенной проблемой при расчете F становится отсутствие данных о коэффициентах ионного распыления для кремния и кислорода в Si02. Однако если проводить исследования состава образцов при тех же режимах распыления, что и эталонирование, коэффициенты распыления S остаются неизменными. Поэтому

вместо факторов элементной чувствительности удобнее пользоваться определяемыми

в процессе эталонирования величинами ^¡'(е!)^ Iи I^о■ Расчетные

зависимости отношения факторов элементной чувствительности к коэффициенту распыления от соотношения концентраций представлены на рис. 1. Как видно, экспериментальные точки достаточно хорошо аппроксимируются прямой только в случае проведения расчетов по интегральным амплитудам.

15о, агЪ. ип.

10

а) Р^/Б^.агЬ. ип.

б)

Юг

1М) |

3(*4)

1

10

• * • .

2(*6)

Л . 1

г*

3(*4)

1--

1 - - - 10

Рис. 1. Зависимость нормированных коэффициентов чувствительности а) - и

и б) - от соотношения концентраций кремния и кислорода.

Линии 1 соответствует эталонирование по методу реаЫо-реак, 2 - расчет по амплитуде интегрального оже-спектра; 3 - по площади интегрального оже-спектра

На практике удаление адсорбированных кислородсодержащих молекул с поверхности пористого кремния может быть затруднено или невозможно, и именно для этого случая в работе предлагается методика, которая позволяет при помощи планарно-негомогенного вЮг^ образца создавать банк спектров обращенной самосвертки р(Е) ЬцУУ линии кремния для различного соотношения концентраций диоксида и элементного кремния.

Величина эффективного стехиометрического индекса окисла кремния в этом случае может быть вычислена по следующей формуле:

х = !о/}?°(еП = 2/,

Использованная методика позволила создать подробный банк спектров р(Е) для 8ЮХ со стехиометрическим индексом, меняющимся с шагом Дх=0.1 в диапазоне 0<х<1 и Дх=0.05 в диапазоне 1<х<2. Данные спектры в дальнейшем можно использовать в качестве эталонных при неразрушающем и высокоточном определении стехиометрии окисла кремния неизвестного состава.

Результаты эталонирования были применены для анализа состава окисла кремния, образующегося на поверхности квантовых нитей пористого кремния в результате высокотемпературного окисления и водного дотравливания.

Исследования показали, что после высокотемпературного отжига (60 минут, 1523 К) в атмосфере водорода на поверхности квантовых нитей формируется близкий к стехиометрическому оксид кремния (х=1.95±0.05). Источником окислителя в данном случае являются молекулы воды, оставшиеся вблизи остриев пор после электрохимического травления. С увеличением глубины нанопористого слоя доля неокисленных остовов квантовых нитей возрастает. Комбинация предлагаемой методики количественного оже-анализа с послойным

ионным ¡6 травлением позволяет определить, как изменяется в рог-Э1 с глубиной

12

соотношение площадей участков элементного кремния и диоксида кремния. 8

Рис. 2. Спектры обращенной « самосвертки плотности состояний рог-в! после водного дотравливания в течение: 1-10 мин.; 2-15 мин; 3 -24 часа; 4-72 часа; 5-168 часов м 25 го и м 5 о

р, агЬ. цп.

Анализ изменения состава поверхности por-Si и формы обращенной самосвертки плотности состояний (рис. 2) в процессе водного дотравливания позволил заключить, что окисление квантовых нитей кремния происходит, в несколько этапов. При малых временах ВД наблюдается только адсорбция кислорода и образование субокислов, что приводит к накоплению устойчивого поверхностного заряда (линии 1 и 2 на рис.2). Оже-линия окисленного кремния начинает появляться только после достаточно длительного водного дотравливания. Так, после 24 часов ВД стехиометрический индекс образовавшегося окисла кремния - х=0.7±0.1 (линия 3 на рис. 2), а после 72 часов - х=1.3±0.1 (линия 4 на рис. 2). Близкий к стехиомеггрическому оксид кремния на поверхности квантовых нитей por-Si формируется только после 7 суток водного дотравливания (линия 5 на рис. 2). Во второй главе диссертационной работы приведены результаты исследований изменения фотолюминесценции пористого кремния при УФ когерентном облучении.

В первых параграфах главы дается обзор существующих в настоящее время моделей фотолюминесценции пористого кремния, а также обсуждаются экспериментальные данные о влиянии на ФЛ лазерного, электронного и у-облучения. Приводятся существующие в настоящее время основные способы увеличения интенсивности ФЛ por-Si, ее восстановления и стабилизации.

В работе определены зависимости интегральной интенсивности ФЛ свежеприготовленного por-Si от времени непрерывного лазерного облучения с длиной волны 325 пш и интенсивностью 40 mW/cm2 (рис. 3). Как видно, при малых временах облучения (t<5 min) наблюдается быстрое гашение фотолюминесценции, а затем после 10-15 минут облучения происходит ее медленное возгорание. Интенсивность люминесценции в минимуме составляет ~25% от первоначального значения. По данным ИК-спеюроскопии основные изменения, произошедшие после лазерной экспозиции, связаны с заметным возрастанием (приблизительно в 2 раза) и уширением на 50 cm"1 кислородной линии поглощения Si-0-Si вблизи 1100 cm'1. Кроме этого, наблюдается примерно двукратное уменьшение линии SiHx вблизи 2120 cm"1.

Для уточнения механизмов фотодеградации в работе проводились исследования фотостимулированной эволюции ФЛ por-Si при повышенной температуре пористого слоя (рис.4).

t, mm

Рис.З. Зависимости интенсивности ФЛ рог-81 от времени лазерного облучения образца пористого кремния. На вставке приведен начальный участок соответствующей кривой

hl/h

t, min

Рис. 4. Изменение интенсивности фотолюминесценции пористого кремния от времени облучения при различных температурах. Линия 1 - Т=293К; линия 2 -Т=323К; линия 3 - Т=343К; линия 4 - Т=373К. Точки относятся к экспериментальным данным. Непрерывные линии - результат расчета по уравнению (5)

Совокупность экспериментальных данных позволяет утверждать, что характер изменения ФЛ рог-Б! на начальной стадии обусловлен быстрым разрушением водородных связей (БЩ и 8Ш2) под действием УФ-облучения и, соответственно, увеличением количества центров безызлучательной рекомбинации. Медленное возгорание ФЛ объясняется постепенным уменьшением количества этих центров за счет насыщения оборванных связей на поверхности кислородом и образованием 8Юг-связей. Однако, более точный анализ эволюционных кривых 1и,0) при повышенных температурах выявил наличие еще одной деградационной компоненты с характерной скоростью спада примерно на порядок меньшей, чем у первой, связанной с водородными связями. С учетом этого обстоятельства кинетические уравнения, описывающие изменение концентраций насыщенных связей, можно записать в виде:

с!Сн/Л = -канСн;

¿Сс/А = -к£сс; (3)

аС0/Л = кса{С° -Сн-С0-Сс),

где Си, Со - концентрации водородных и кислородных связей соответственно; Сс -концентрация связей новой, предположительно углеродсодержащей компоненты; С0 -концентрация поверхностных связей, определяемая условиями формирования рог-Би кц, кр - константы скоростей реакций фотодеструкции водородных связей, второй компоненты и реакции образования окисла, соответственно. В системе (3) не учитывается возможность обратимости первой и второй химических реакций.

В рамках модели Ленгмюра коэффициенты адсорбции кс и десорбции кв даются в виде [1]:

Рк*з

кс=ШШ' (4)

где М - масса адсорбированной молекулы; в - ее эффективная площадь взаимодействия; Р - парциальное давление газа; к* - вероятность того, что газовая молекула, попавшая из газа на адсорбционный центр поверхности, окажется закрепленной на нем; - число фотонов, падающих на единицу поверхности пористого кремния за единицу времени; а - сечение поглощения фотонов молекулярными группами на поверхности; Р - квантовый выход, т.е. вероятность

десорбции атома молекулы при поглощении фотона системой адсорбционный центр -молекула.

Решение системы (3) позволяет получить выражение для интенсивности фотолюминесценции рог-81 в аналитическом виде:

1Р1 (0=лф + /У ехр("к"')+ р2 -ехр(~ксехр(~ко')• (5)

где А* - размерная константа, определяемая по начальной интенсивности ФЛ: А*=1о/(В+р1+Р2-1); константы в (5) являются функциями начальных концентраций и констант скоростей реакций.

Уравнение (5) использовалось для аппроксимации экспериментальных данных (непрерывные линии, рис. 4) и для определения температурной зависимости констант скоростей химических реакций к,, которые, как оказалось, достаточно хорошо (с коэффициентом парной корреляции 11=0.99) описываются уравнением Аррениуса. Рассчитанные по углу наклона прямой 1п(к;) (1=1, 2, 3) в координатах 1/кТ энергии активации имели следующие значения: ДЕ1=0.39± 0.02 еУ, ДЕ2=0.11 ± 0.01 еУ и ДЕ3= -0.43± 0.03 еУ.

Величина АЕ] указывает на то, что процесс фотодеструкции водородных связей в рог-Б! лимитируется диффузией атомов водорода из пор, причем этот процесс протекает не в газовой фазе или по поверхности пор, а через объем квантовых нитей. В то же время активационный барьер второй компоненты (0.11 еУ) позволяет предположить, что эта реакция связана с УФ очисткой поверхности квантовых нитей от углеродсодержащих загрязнений [2]. Отрицательное значение энергии активации образования окисла на поверхности пор и, следовательно, атермичность этой реакции может быть связана с насыщением поверхности пор кислородом за счет доокисления БЮ до 8Ю2 и с конкуренцией электронного возбуждения, деформации и нагрева поверхности в фотохимических реакциях, протекающих при возгорании ФЛ под действием лазерного облучения.

Проведенные исследования таким образом показали, что основную роль в гашении и возгорании ФЛ рог-81 играют процессы десорбции водорода и адсорбции кислорода, соответственно. Для апробации развиваемой в работе кинетической модели, а также для выяснения механизмов стабилизации ФЛ рог-Б! были изучены особенности деградации фотолюминесценции при лазерном облучении с различной плотностью мощности, а также деградации фотолюминесценции у образцов, на поверхности которых при помощи химической обработки (выдержка в Ш7 и ЮЮз), длительном хранении образцов в вакууме или обычной атмосфере была повышена концентрация водородных или, наоборот, кислородных групп.

Комплекс проведенных исследований позволил сделать следующие выводы:

- с увеличением плотности мощности лазерного излучения скорость гашения ФЛ уменьшается, что может быть связано с диффузионными ограничениями отвода десорбированных атомов через пористый слой и, как следствие, возрастанием скорости адсорбции водорода на стенки квантовых нитей и образованием светоизлучающих центров;

- обработка в азотной кислоте изменяет характер фотосгимулированной эволюции ФЛ рог-Эк Отсутствие эффекта гашения фотолюминесценции в этом случае связано с тем, что в ЮЮз происходит окисление поверхности квантовых нитей кремния. Обработка рог-Э! в Ш7 приводит к увеличению начальной интенсивности ФЛ и уменьшению скорости ее гашения;

- старение рог-в! на воздухе приводит к увеличению интенсивности его ФЛ из-за адсорбции кислородсодержащих групп и окисления поверхности нанокристаллитов кремния. Исследования старения рог^ в вакууме показали, что окисления поверхности пористого кремния за счет остатков электролита при комнатной температуре практически не происходит.

Третья глава диссертации посвящена исследованию электронно-стимулированных процессов на поверхности пористого кремния.

Для выяснения кинетики и особенностей гашения ФЛ рог-Б! при электронном облучении проводилось определение при помощи электронной оже-спектроскопии (ЭОС) типа водородных групп, образующихся в кремнии п-типа после электрохимического травления, и их послойного расположения в пористом слое. Как

известно, при помощи ЭОС невозможно напрямую провести качественный или количественный анализ атомов водорода. Однако для определения водородных групп, пассивирующих поверхности пор, можно использовать тот факт [3], что форма оже-линии в случае переходов типа AW пропорциональна самосвертке плотности электронных состояний валентной зоны.

Результаты проведенных исследований позволяют говорить о наличии в составе светоизлучающего слоя por-Si в основном SiH2 групп. Моногидрид, обнаруженный при помощи ИК-спектроскопии, по-видимому, присутствует не в самих микропорах, а только в тонком приповерхностном слое, и при этом не оказывает существенного влияния на фотолюминесценцию образца. Следует заметить, что описанная в данном разделе процедура определения поверхностного состава рог-Si методом электронной оже-спектроскопии применялась к пористому кремнию впервые. Показано, что из-за высокой локальности метод ЭОС, в отличие от ИК-спектроскопии, позволяет проводить послойный анализ состава гидридных групп. Достоверность полученных результатов послойного расположения моно- и дигидридных групп в por-Si подтверждена последующими независимыми исследованиями [4].

Были выполнены исследования дозовой и энергетической зависимости деградации ФЛ por-Si р- и n-типа проводимости при облучении его поверхности электронами киловольтных энергий. Результаты измерений интегральных интенсивностей фотолюминесценции исследуемых образцов приведены точками на рис. 5 а) и б) соответственно. Как видно, вне зависимости от типа их проводимости, наблюдается экспоненциальный спад D) с последующим выходом на насыщение Js при больших значениях доз D>Ds (величины доз насыщения Ds превышают 6*1015 ст2). Увеличение энергии пучка Ер приводит к заметному возрастанию скорости деградации и уменьшению

Оказалось, что влияние электронного воздействия на ФЛ por-Si снижается после хранении образца в темноте на воздухе по мере увеличения разделительного интервала между электронным и УФ облучениями. Интересным является тот факт, что восстановившиеся участки после повторного электронного облучения, не показывают какого-либо заметного изменения интенсивности ФЛ. Очевидно, что

такая электронная "закалка", т.е. облучение до полного погасания и последующее восстановление на воздухе, может быть использована в качестве эффективного" метода стабилизации светоизлучающих свойств рог-8ь

Рис. 5. Зависимость нормированной интегральной интенсивности ФЛ от дозы электронного облучения Б для рог-81 р-типа а) и п-типа б). Точки -экспериментальные значения; линии - результаты расчета по уравнению (7). Кривым 1,2,3 соответствуют энергии электронов 4, 3 и 2 кеУ соответственно

Деградация ФЛ под действием электронов киловольтных энергий и ее последующее восстановление на воздухе не могут быть объяснены структурными изменениями в приповерхностном слое рог-Бь Исходя из полученных экспериментальных данных можно предположить, что дозовая зависимость концентрации БШг-групп и, соответственно, центров свечения (ЦС) на глубине максимального проникновения электронов Ь, соизмеримой с толщиной светоизлучающего слоя Ьо, может быть записана в виде:

N¿0) = А^о ехрНЯ/ЯоЛ. (6)

где Ыо-начальная концентрация светоизлучающих центров в образце; Эо - характерная доза электронов, при которой концентрация пассивированных водородом связей в рог-в! спадает в е-раз; а - эмпирический параметр.

С учетом (6) получаем:

/и(1>)//о = 1-(А/Л0)(1-ехр(-(Я/£>о)а)). (7)

где 10 - интенсивность ФЛ участка, необлученного электронами. Информация об энергетической зависимости отношения Ь/Ьо позволила определить глубину люминесцирующего слоя рог^ - Ьо»0.45-0.5 цт.

Дальнейшие исследования были посвящены определению фотостамулированной эволюции ФЛ рог-81, прошедшего предварительную электронную обработку. Была обнаружена смена закона изменения ФЛ - гашение на участках с малой дозой электронного облучения и возгорание на участках, где доза превышает некоторое критическое значение Д.. Критические дозы О, имели значения 6.8* 1015 ст"2 для образца п-типа и 25.2* 1015 ст'2 для р-типа. Уменьшение энергии электронов в процессе предварительной обработки рог-Б1 приводит к заметному возрастанию критической дозы смены механизма эволюции ФЛ (в случае образца п-типа Ц,=14.7*1015 ст'2 для Ер=3 кеУ и Д=22*1015 ст"2 для Ер=2 кеУ). Наблюдаемый эффект объясняется наличием двух конкурирующих каналов изменения количества центров свечения - фотостамулированной десорбции и хемосорбции водорода на внутренней поверхности пор. Использование электронного облучения позволяет изменять соотношение скоростей этих процессов.

В работе методом электронной оже-спектроскопии проведен анализ модификации структуры и положения валентной зоны пористого кремния п-типа в процессе облучения его электронами с энергией 4 кеУ. Данные ЭОС свидетельствуют о том, что элекгронное облучение вызывает постепенное разрушение БИ-групп на поверхности рог-Э! п-типа и их последующий отвод в вакуумную камеру. При достижении достаточно больших доз (Е>=8.2*1016 ст"2) фиксируется увеличение содержания аморфной фазы в рог-Э^, образующейся в результате неупругого взаимодействия электронов киловольтных энергий с атомами кремния приповерхностного слоя.

Получены зависимости интегральной интенсивности ФЛ рог-81 от дозы электронного облучения при различных температурах подложки (Т=300-400 К). Показано, что температурная зависимость характерной дозы электронно-стимулированного гашения ФЛ рог-подчиняется закону Аррениуса, и определена

энергия активации этого процесса (ДЕ=0.13 eV). Предложена модель диффузионного отвода продуктов десорбции из пористого кремния и оценен коэффициент диффузии водорода в por-Si. Обработка экспериментальных данных позволила получить следующее выражение для коэффициента диффузии водорода в por-Si:

D = 6.3• 1(Г9ехр(-Q.\l[eV}lkT) [cm2/s]. Величина D при комнатной температуре равняется 8-Ю"12 cm2/s. Это значение практически на три порядка выше коэффициента диффузии водорода в объеме монокристаллического кремния, что позволяет сделать вывод о кнудсеновском механизме диффузии в por-Si.

В работе было исследовано влияние плотности электронного облучения на фотолюминесценцию por-Si. Плотность потока частиц варьировалась в диапазоне от 2.4-1013 cm-2-s-1 до 8.3-1013 cm~2s_1. Показано, что при плотностях пучка электронов более 5.5-1013 cm~2-s~' происходит существенное уменьшение адсорбционной способности поверхности по отношению к донорным молекулярным группам. Из численного расчета был оценен нижний предел коэффициента диффузии атомов водорода в порах por-Si в процессе облучения электронами киловольтных энергий, равный £>=10'12 cmV.

Представлены результаты исследований влияния ß-облучения от радиоизотопного источника на изменение состава поверхности por-Si. По данным электронной оже-спектроскопии, в этом случае происходит эффективное окисление поверхности с образованием окисла со стехиометрией SiO. Кроме этого, показано существенное изменение характера электронно- и фотостимулированных процессов на поверхности por-Si после облучения быстрыми электронами. Экспериментальные данные свидетельствуют об уменьшении на 91% (для дозы 2-Ю13 cm"2) количества SiHx-rpynn на поверхности квантовых нитей и изменении энергии связи водород-кремний за счет окисления и аморфизации поверхности. Зависимости концентрации атомов углерода от дозы последующего облучения медленными электронами позволяют говорить об отводе атомов углерода с поверхности в объем облученного р-частицами слоя и провести оценку толщины перенасыщенного углеродом слоя -18-55 nm.

Четвертая глава диссертации посвящена изучению влияния электрического поля, термовакуумной и ионно-плазменной обработки на свойства рот-Бь

В первом параграфе приведены результаты исследований процессов, протекающих во время водного дотравливания во внешнем электрическом поле пористого кремния п-типа проводимости. Показано, что длительное ВД сопровождается сдвигом максимума спектра фотолюминесценции в голубую область приблизительно на 0.3 еУ. Оказалось, что наложение элеетрического поля независимо от его величины и ориентации существенным образом уменьшает скорость водного дотравливания. Кроме этого, судя по изменениям электродного потенциала пористого слоя, сильное внешнее электрическое поле, ориентированное из квантовых нитей в объем монокремния, способно менять тип химической реакции растворения кремния, протекающей на остриях пор. При напряженностях поля Е < 2.5 кУ/ст изменения электродного потенциала носят характер одиночных выбросов, инициируемых плавным увеличением напряженности поля. При превышении величины напряженности поля Е > 6 кУ/ст изменения потенциала становятся периодическими, причем их частота увеличивается с возрастанием потенциала поля. Для максимального значения напряженности поля, достигаемого в эксперименте, Е=10 кУ/ст, период осципляций электродного потенциала составлял 16-17 секунд. В случае, когда ориентация внешнего поля меняется и поле направлено из объема монокремния в квантовые нити, существенных изменений электродного потенциала не наблюдалось.

Экспериментально наблюдаемое уменьшение скорости ВД при наложении внешнего электрического поля объясняется полевыми эффектами изменения ОПЗ в структуре Шоттки типа монокремний-электролит и циклического тока в системе монокремний-элекгролит-квантовые нити. Величина этого тока в отсутствие внешнего поля равняется 8 тА/ст2 и сравнима с током, протекающим через образец во время анодного формирования рог-Б! (в нашем случае 15 шА/сш2). В случае прямого смещения структуры Шоттки полем, ориентированным из квантовых нитей в объем монокремния, происходит уменьшение ОПЗ и, в соответствии с оценками, уменьшение средней концентрации дырок в 1.6 раза. При противоположной ориентации электрического поля средняя концентрация дырок в области

пространственного заряда уменьшается в 2.5 раза за счет снижения потока дырок, возвращаемых из квантовых нитей.

Исследования изменения в процессе лазерного облучения ФЛ por-Si - во внешнем электрическом поле показали, что полевой эффект начинает проявляться при достижении напряженности электрического поля E«8*103 V/cm. Экспозиция por-Si при такой напряженности в течение нескольких минут и последующее отключение поля приводило к резкому изменению интегральной интенсивности ФЛ. Облучение образца в присутствии полей свыше 12 kV/cm приводило к появлению в зависимости Ipi(t) переменной составляющей пилообразного вида (рис. 6). Причем период переменного сигнала зависел от напряженности поля и менялся от значения 110±7 s при Е=12 kV/cm до значения 26±3 s при Е=18 kV/cm.

IPL, arb. ил.

2400

Рис. 6. Зависимость интегральной интенсивности ФЛ рог-Б1 от времени лазерного облучения в присутствии электрического поля напряженностью 12 кУ/ст. Символами А отмечены моменты выключения, а В -моменты включения электрического поля

t, s

Для объяснения обнаруженного эффекта предложена модель, которая в рамках излучательной аннигиляции экситонов описывает изменение /«, за счет адсобционно-десорбционных процессов и электронного обмена в системе донорных и акцепторных поверхностных состояний. Показано, что для возгорания ФЛ рог-81 в момент выключения электрического поля необходимо, чтобы скорость увеличения концентрации нейтральных акцепторных уровней превышала скорость ионизации донорных состояний.

Появление на деградационных кривых переменного сигнала объясняется тем, что фотостимулированное заряжение поверхности пористого кремния и внешнее электрическое поле приводят к накоплению критического значения электрического заряда, что сопровождается относительно медленным гашением ФЛ. Последующее образование каналов стока и быстрое уменьшение поверхностного заряда приводит к выпрямлению зон и скачкообразному возрастанию интенсивности ФЛ. Если внешние условия не изменяются,' т.е. лазерное облучение продолжается и присутствует электрическое поле, весь процесс повторяется. Очевидно, что в этом случае период колебаний интенсивности ФЛ должен зависеть только от величины поля, структуры поверхности и мощности лазерного излучения, что подтверждается экспериментальными результатами.

В работе исследовались механизмы стабилизации фотолюминесценции пористого кремния термовакуумным отжигом. Показано, что отжиг при температуре максимальной скорости термодесорбции Н20 (423 К) приводит к удалению летучих углеродсодержащих молекул с поверхности рог^ и существенной стабилизации его ФЛ. Повышение температуры отжига до 573 К вызывает частичное разрушение водородных групп и образование центров безызлучательной рекомбинации. Дальнейшее УФ облучение такого образца приводит к активному доокислению поверхности квантовых нитей, залечиванию центров гашения и увеличению интенсивности ФЛ.

На основании данных ЭОС сделан вывод о том, что после термодесорбции при температуре 423 К из пор молекул воды поверхность квантовых нитей заряжается положительно. Вероятной причиной зарядки поверхности рог-81 является то, что на ней остаются преимущественно донорные группы в ионизированном состоянии. Процессы электронно-стимулированного изменения состава поверхности и увеличения содержания аморфной фазы на поверхности нанокристаллитов приводят к постепенному накоплению отрицательного заряда. Математическая обработка дифференциальных ЬгзУУ оже-пиков кремния позволила использовать эффект зарядки для исследования неоднородности электростатического потенциала поверхности рог-Б! и ее изменения в результате длительного облучения электронами киловольтных энергий. Оказалось, что морфология распределения зарядовых

состояний по поверхности имеет преимущественно три типа неоднородностей потенциала. Такое поведение системы нано- и микроразмерных нитей кремния объясняется различием площадей поверхности изолированных друг от друга областей пористого слоя, что подтверждается данными сканирующей зондовой микроскопии.

Зависимость свойств рог-81 от наличия на его поверхности фторсодержащих соединений в настоящее время изучена крайне мало, хотя достоверно доказано, что ФЛ возбуждается преимущественно в окисле, обогащенном в том числе и ионами К и 81Р" [5]. В связи с этим в работе проводились исследования изменения состава поверхности рог-81 в результате ионно-плазменной обработки в аргонно-кислородной смеси. Показано, что бомбардировка поверхности свежеприготовленного пористого кремния ионами аргона в плазме, содержащей радикалы кислорода, сопровождается ее эффективным фторированием. Основными условиями протекания этого процесса являются образование свободных атомов фтора в процессе окисления молекул оставшихся в объеме пор после электрохимического травления, а также появление оборванных связей на поверхности рог-Б! за счет распыления его поверхности ионами Аг+. Фторирование поверхности рог-Б! сопровождается формированием центров излучательной рекомбинации с энергией Е»2.58 ¿V (рис.7).

1р1, агЬ. ил.

16000

12000

8000

4000

Рис. 7. Спектры ФЛ рог-1 -

свежеприготовленного и подвергнутого ионно-плазменной обработке в течение 2 - трех минут, 3-6 минут и 4 - двадцати минут

500

700

800

900

600 Л, пт

Последующее дефторирование окисленной поверхности квантовых нитей в процессе ионно-плазменного травления приводит к тому, что излучательная

рекомбинация электронно-дырочных пар начинает происходить преимущественно в тонком интерфейсном слое кремний-оксид кремния. В этом случае расположение и форма полосы спектра ФЛ определяются не величиной и структурой квантоворазмерных областей, а характеристиками нестехиометрического слоя в окисле и, в частности, шириной его запрещенной зоны.

В пятой главе приведены результаты применения разработанной автором принципиально новой технологии стабилизации светоизлучающих свойств и модификации спектра ФЛ рог^ за счет его высокотемпературной карбонизации. Получающийся в результате этого материал, который мы назвали карбонизированный пористый кремний (крог-БО, является системой, содержащей гетеропереходы между квантоворазмерными структурами Б! и ЗС-БК!

Анализ состава и структуры крог-Б! осуществлялся при помощи электронной оже-спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния (КР), рентгенодифракционными исследованиями, сканирующей зондовой микроскопии.

В процессе карбонизации (Т= 1073-1573 К, 1=2-60 минут) приповерхностная область различных образцов легировалась из твердофазных источников атомами В или Оа до концентрации 1018 см*3 или из газообразного соединения Р2С15 атомами Р до концентрации 3-1018 см"3. Описанная процедура применяется при создании буферных слоев толщиной 10-15 пш в гетероэпитаксиальных структурах ЗО-БКИ/Бь По данным ЭОС, такие буферные слои, сформированные на монокристаллической подложке образца-свидетеля, перенасыщены углеродом (15 % в приповерхностном слое толщиной 10-15 пт) и не содержат кислорода. На поверхности исходной пластины кремния при указанных режимах карбонизации монокристаллических включений карбида кремния зафиксировано не было. Однако в пористом слое образование фазы было подтверждено данными КР-спекгроскопии и

рентгенодифракционных исследований. Моделирование КР-спектра карбонизированного пористого кремния в рамках модели «пространственного ограничения фононов» позволило оценить характерный размер ЗБ-81С квантовых точек »5.2 шп. Анализ топологии поверхности крог-Б! при помощи сканирующей зондовой микроскопии позволил сделать вывод о том, что на поверхности рот-Б! в

процессе карбонизации образуются также и более крупные (20-25 nm) 3C-SiC кристаллиты.

IrL, arb. ип.

Рис. 8. Спектры ФЛ крог-Бь Карбонизация производилась с одновременным легированием бором при 1273 К в течение 2 минут -кривые 1 и 2 и при 1473 К в течение 4 минут - кривые 3 и 4. Спектры 1 и 3 сняты с участков, закрытых при карбонизации маской. Для удобства представления значения кривой 2 уменьшены в два раза

Е, еУ

Проведено изучение спектральных и деградационных свойств пористого кремния, подвергнутого быстрой высокотемпературной карбонизации. Исследования показали, что в результате карбонизации спектр фотолюминесценции рог-81 значительно модифицируется - присутствуют два четких максимума в области 1.9 и 2.4 еУ, а низкочастотная полоса вблизи 1.7 еУ исчезает (рис. 8). Обнаружено также, что эта обработка существенно уменьшает, по сравнению с исходными образцами, скорость деградации ФЛ пористого кремния под действием непрерывного лазерного облучения. Образцы, подвергшиеся обработке при температуре 1473 К в сине-зеленом диапазоне, имеют стабильные светоизлучающие свойства.

Было обнаружено, что крог-81 обладает интенсивной катодолюминесценцией (КЛ). Причем цвет свечения при КЛ, как и цвет фотолюминесценции, был бело-голубым. Кроме этого, скорость деградации КЛ крог-81 оказалась на порядок ниже, чем у пористого кремния.

На карбонизированном пористом кремнии проводились исследования жидкостной электролюминесценции. Для этого образцы анодно поляризовались в электролите, состоящем из 42% Нг804, 18% ацетона и 40% Н^О при плотностях тока

50 тА/ст2. В результате наблюдалась деградирующая, с характерными временами порядка нескольких минут, электролюминесценция в голубой области спектра.

Проведены исследования изменения спектров ФЛ крог-81, легированного Р или йа, после анодной поляризации в окислительных электролитах. Обнаружено существенное увеличение интенсивности сине-зеленой полосы излучения. Наблюдаемые изменения спектров ФЛ крог-81 объясняются тем, что при карбонизации квантовые точки ЗС-БЮ образуют с остовами квантовых нитей 81 изотипные гетеропереходы. В результате образования областей пространственного заряда фотолюминесценция в нанокристаллитах определяется параметрами гетеропереходов и, в первую очередь, величиной и направлением встроенного электрического поля. После электрохимической обработки крог^ размеры нанокристаллитов уменьшаются из-за образования окисла, и происходит изменение величины или даже направления встроенного поля, что, в свою очередь, отражается на спектре ФЛ крог-81. Таким образом, в результате исследований показано, что в ФЛ крог-Б! существенную роль щрают гетеропереходы между и 8Ю

нанокрисгаллитами, параметрами которых можно управлять при помощи анодной поляризации в окислительных электролитах.

Проведено исследование спектров фотолюминесценции и фотовозбуждения крог-81, легированного в процессе высокотемпературного отжига атомами галлия. Спектр ФЛ нанокристаллитов карбида кремния, легированного галлием, сдвинут относительно спектра объемного материала в сторону высоких энергий на 0.35 еУ и имеет несколько особенностей, связанных с излучательной аннигиляцией с участием фононов и донорно-акцепторных пар (М-ва). Спектры фотовозбуждения крог-Э! фиксируют две резонансные полосы с энергиями Е1 =2.8-3.1 и Е2 =3.2-3.7 еУ, участвующие в возбуждении носителей заряда в гетероконтакге нанокристаллиты ЗС-БКИ - квантовые нити вь В соответствии с полученными экспериментальными данными, механизм аннигиляции носителей заряда в крог^, легированном в процессе карбонизации атомами ва, можно представить в виде энергетической диаграммы (рис.9).

3.1 2.8

2.34

тмжж

Иу(ю, ТО, и)

\г\/

3.7 3.2 2.53

I

А V (О-,!)

АЬеУ

0.0

Рис. 9. Энергетическая диаграмма механизма аннигиляции носителей заряда в крог-Б!, легированном галлием в процессе карбонизации

Исследованы временные зависимости затухания фотолюминесценции крог-81. Обнаружено, что легированные бором образцы показывают аномально большое время затухания сине-зеленой (2.4 еУ) полосы ФЛ. Спад ФЛ в этом случае не является экспоненциальным и происходит в течение секунд. Это аномально высокое значение на 7 порядков величины превышает время, за которое гаснет фотолюминесценция исходного рог-Э^ и на 4-5 порядков - время спада окисленного рог-Би

Рис. 10. Схема, иллюстрирующая процесс резонансной перезарядки в системе изолированных центров прилипания в карбонизированном пористом кремнии. Верхние и нижние уровни излучательных переходов в квантоворазмерных Б! и ЗС-БЮ изображены символами Вь В2 и Аь Аь соответственно

Еще одной существенной особенностью, наблюдаемой на образцах, легированных бором, является немонотонный характер затухания ФЛ: на спектре присутствуют осцилляции с периодом 50 тэ. Наличие осцилляций может быть

объяснено механизмами резонансной перезарядки между локализованными в квантовых точках ЗС-БЮ центрами прилипания (СЭ), которые разделены туннельно-прозрачными потенциальными барьерами шириной 5 (рис. 10).

Вероятность туннелирования электрона в этой системе и, соответственно, вероятность его нахождения на уровне СБ^, с которого происходит термализация на излучательные центры А, с использованием модели Андерсона-Ньюенса [6] можно описать следующим уравнением:

где У0 - потенциал взаимодействия состояния СБп, имеющего энергию Е|, и

- дефект резонанса. Величина потенциала взаимодействия, полученная из экспериментальных данных, позволила оценить ширину потенциального барьера между квантовыми точками (3.5-3.9 пш), которая совпадает со средним диаметром квантовых нитей кремния в исследуемых образцах.

состояния СБц, имеющего энергию Е2; Щ 2 = ±д/а£2 + 4К021/2, а АЕ = Е2-ЕХ

С,%

Таким образом, аномально высокое время затухания ФЛ крог-в!, наряду с его устойчивыми оптическими свойствами, может позволить реализовать на данном материале условия управления долгоживущими неравновесными состояниями и создания инверсной заселенности.

0 5 10 15 20 25 30 35

Рис. 11. Дозовые зависимости состава поверхности крог-81

Д 1&6ст2

Исследования по облучению электронами с энергией 3 кеУ крог-Б! показали, что концентрация углерода на его поверхности существенно уменьшается (рис. 11). Данный факт объясняется наличием электронно-стимулированной диффузии атомов углерода в объем материала. Экспериментальные данные рентгеновской и оже-спектроскопии свидетельствуют о дополнительной карбонизации образца в процессе облучения электронами. Причем процесс карбонизации сопровождается увеличением фазы и размеров нанокристаллитов карбида кремния. Исходя из полученных данных сделана оценка толщины слоя, карбонизированного за счет электронной стимуляции поверхности (40-45 пт).

Показано, что быстрая высокотемпературная карбонизация пористого кремния существенно снижает эффект электронно-стимулированной деградации ФЛ. Наблюдаемые изменения объясняются тем, что после высокотемпературной обработки доля центров свечения, разрушающихся под действием электронов киловольтных энергий, снижается приблизительно в два раза. При этом в сине-зеленой области остаются »73% центров свечения. Полученные результаты свидетельствуют об уменьшении количества излучательных центров, связанных с хемосорбированными водородными группами, и появлении устойчивых к облучению центров свечения, обусловленных примесными переходами в квантовых точках ЗС-БЮ.

Продемонстрирована возможность получения гетероэпитаксиальных слоев карбида кремния кубической модификации на крот-Бь Эпитаксиальный рост осуществлялся методом газотранспортных химических реакций с использованием твердофазных источников. По данным ЭОС тонкий (60-80 пт) приповерхностный слой эпитаксиальной пленки перенасыщен кремнием, а на большей глубине ее состав близок к стехиометрическому БЮ. В топологии поверхности пленки не содержатся характерные особенности подложки - пористого кремния. Сканирующая зондовая микроскопия позволяет характеризовать ее как гладкую поверхность, содержащую ростовые дефекты в виде игл, высотой до 40 пт.

Проведено моделирование процессов роста ЭЮ фазы на пористом кремнии различной пористости и при различных температурах. Показано, что повышение температуры подложки от 620К до 1200К приводит к увеличению скорости

РОС. НАЦИвНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.Петербург

'"> г

зарастания пор, а дальнейшее повышение температуры до 1320К - к ее уменьшению, что обусловлено резким изменением плотности эпитаксиальной пленки при достижении характеристической температуры 1200К. Также обнаружено, что количество осажденных монослоев, необходимых для зарастания пор, прямо пропорционально квадратному корню из пористости подложки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В работе впервые предложено использовать поверхностно-негомогенную структуру в качестве тестового образца при проведении неразрушающего количественного оже-анализа SiOx. Проведенное таким образом эталонирование позволило определить, что водное дотравливание (ВД) por-Si протекает через образование субокислов (времена 15-60 минут), а устойчивая к внешним воздействиям Si02 фаза начинает фиксироваться только после 20 часов ВД и полностью формируется после 7 суток.

2. Проведен комплекс исследований адсорбционно-десорбционных процессов, протекающих на поверхности por-Si при лазерном облучении (Х=325 пш, Р<100 mW/cm2). Рассчитаны энергии активации фотодеструкции водородных и углеродных комплексов - ДЕн=0.39±0.02 eV и ДЕС=0.11±0.01 eV - и образования кислородных комплексов - ДЕо= -0.43±0.03 eV.

Показано, что обработка por-Si в HF и HNO3, а также длительная выдержка на воздухе приводит либо к частичной стабилизации ФЛ, либо к изменению характера ее фотосгимулированной эволюции.

3. Впервые при помощи ЭОС установлено наличие на поверхности пористого кремния n-типа проводимости моногидридных (SiH), а в составе светоизлучающего слоя преимущественно SiH2 групп. Электронное облучение por-Si (4 keV, D<1.8*1016 сш"2) вызывает разрушение водородных групп на поверхности квантовых нитей, а затем при D«8*1016 cm"2 - увеличение содержания аморфной фазы кремния.

Получены зависимости интегральной интенсивности ФЛ por-Si от дозы, энергии и плотности тока электронного облучения и определена энергия активации данного процесса (0.13 eV). Проведена оценка толщины светоизлучающего слоя (0.45-0.5 рт) и коэффициента диффузии водорода в por-Si (при комнатной

температуре не менее D=10"12 cmV). Показано, что при плотностях потока электронов более 5.5-1013 cm~2-s_1 происходит существенное уменьшение адсорбционной способности поверхности по отношению к донорным молекулярным группам. Впервые обнаружено, что предварительная электронная обработка может приводить не к гашению ФЛ, как это имеет место на свежеприготовленном образце por-Si, а к ее возгоранию под действием непрерывного лазерного облучения.

С помощью ЭОС показано, что при р-облучении на воздухе ФЛ por-Si существенно стабилизируется за счет образования на поверхности окисла кремния и уменьшения на »90% количества неустойчивых SiHx-rpynn.

4. Впервые показано, что наложение электрического поля, независимо от его ориентации и величины, приводит к уменьшению скорости водного дотравливания por-Si. Экспериментально наблюдаемое уменьшение скорости ВД при наложении внешнего электрического поля объясняется полевыми эффектами изменения ОПЗ в структуре Шоттки типа монокремний-электролит и циклического тока в системе монокремний-электролит-квантовые нити.

5. В результате проведенных исследований эволюции фотолюминесценции пористого кремния при лазерном облучении в электрическом поле обнаружено, что в полях, превышающих 8 kV/cm, включение или выключение электрического поля приводит к скачкообразному изменению интенсивности ФЛ. При более значительных напряженностях (Е> 12 kV/cm) интегральная интенсивность становится переменной функцией времени облучения, причем период ее колебаний уменьшается с возрастанием величины Е. Для объяснения обнаруженного эффекта предложена модель, которая в рамках излучательной аннигиляции экситонов описывает изменение ФЛ за счет адсобционно-десорбционных процессов и электронного обмена в системе донорных и акцепторных поверхностных состояний.

6. Показано, что термовакуумный отжиг при температуре максимальной скорости термодесорбции Н20 (150 °С) приводит к существенной стабилизации ФЛ por-Si и удалению каналов стока электрического заряда. Предложена методика, которая при помощи ЭОС позволяет анализировать зарядовую неоднородность поверхности por-Si.

7. Впервые обнаружено, что бомбардировка поверхности свежеприготовленного пористого кремния ионами аргона в плазме, содержащей радикалы кислорода, сопровождается ее эффективным фторированием, что приводит к образованию центров излучательной рекомбинации с энергией Е-2.58 еУ.

8. Разработана принципиально новая технология стабилизации светоизлучающих свойств и модификации спектра ФЛ рот-Б! за счет его высокотемпературной карбонизации. Получающийся в результате этого материал является системой, содержащей гетеропереходы между квантоворазмерными структурами 81 и ЗС^С. Обнаружено, что спектр ФЛ крог-Б!, имеющий две широкие полосы с максимумами вблизи 1.9 еУ и 2.4 еУ, можно изменять, варьируя способы подготовки образца, условия карбонизации и вид легирующей примеси, а также при помощи дополнительной обработки в окисляющих электролитах и электронного облучения. В работе получены образцы, стабильно излучающие свет практически во всем видимом диапазоне.

Легированные бором образцы крог-81 показывают аномально большое время затухания сине-зеленой (2.4 еУ) полосы фотолюминесценции (сотни гш), что может позволить реализовать на данном материале условия управления долгоживущими неравновесными состояниями и создания инверсной заселенности.

Показано, что карбонизация рог-в! существенно снижает эффект электронно-стимулированной деградации ФЛ за счет образования радиационно-стойких центров свечения - в сине-зеленой области не разрушаются более 70% центров свечения. Экспериментальные исследования свидетельствуют также об увеличении карбидкремниевой фазы в процессе облучения карбонизированного пористого кремния электронами (3 кеУ).

Продемонстрирована возможность получения гетероэпитаксиальных слоев ЗС-БЮ на карбонизированном пористом кремнии.

Цитированная литература

1. Волькенштейн Ф.Ф. Электронные процессы на поверхности полупроводников при хемосорбции. -Москва: -Наука. -1987.431 с.

2. Неволин В.Н., Фоминский В.Ю., Вьюков JI.A. и др. Низкотемпературное фотоиндуцирвоанное удаление углерода с поверхности кремния // Поверхность. 1995. Т.1. №1. С.22-28.

3. Feibelman P.J., McGuire E.J. Valence-band Auger line shapes for Si surfaces: Simplified theory and corrected numerical results // Phys. Rev. B. 1978. V. 17. N.2. P.690-698.

4. Dorigoni L., Pavesy L„ Bisi 0. et al. Auger lineshape analysis of porous silicon. Experimental and theory // Thin Solid Films. 1996. V.276. №1-2. P.244-247.

5. Корсунская H.E., Торчинская T.B., Джумаев Б.Р.. Два источника возбуждения фотолюминесценции пористого кремния//ФТП. 1997. Т.31. Вып.8. С.908-911.

6. Sulston K.W., Amos А.Т., Davison S.G.. Many-electron theory of charge transfer in ion-surface scattering // Phys. Rev. B, 1988. V. 37. P. 9121-9128.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах

1. Костишко Б.М., Орлов A.M., Миков С.Н., Емельянова Т.Г. Изучение типа водородных групп и их расположения в пористом кремнии методом ЭОС // Неорганические материалы. 1995. Т. 31. N 4. С. 444-446.

2. Костишко Б.М., Орлов A.M., Емельянова Т.Г. Химическая обработка пористого кремния и изменение его фотолюминесценции при непрерывном лазерном облучении // Письма в ЖТФ. 1995. Т. 21. вып. 19. С. 32-38.

3. Костишко Б.М., Орлов A.M., Емельянова Т.Г. Эволюция фотолюминесценции пористого кремния при одновременном термическом и лазерном воздействии // Письма в ЖТФ. 1996. Т. 22. вып. 10. С. 68-73.

4. Орлов A.M., Костишко Б.М., Емельянова Т.Г. Кинетика фотолюминесценции химически обработанного пористого кремния при непрерывном лазерном облучении //Неорганические материалы. 1996. Т. 32. N 9. С. 1035-1038.

5. Костишко Б.М., Орлов A.M., Емельянова Т.Г. Элекгронностимулированное гашение фотолюминесценции пористого кремния // Неорганические материалы. 1996. Т. 32. N 12. С. 1432-1435.

6. Костишко Б.М., Гончар Л.И. Аномальная эволюция фотолюминесценции пористого кремния в электрическом поле // Письма в ЖЭТФ. 1997. Т. 66. вып. 5. С. 357-361.

7. Орлов A.M., Костишко Б.М., Емельянова Т.Г., Никитин К.Е. Температурная зависимость изменения фотолюминесценции пористого кремния при непрерывном лазерном облучении И Неорганические материалы. 1997. Т. 33, N 10. С. 1174-1177.

8. Костишко Б.М., Орлов А.М., Фролов В.А. Энергия активации электронно-стимулированного гашения фотолюминесценции пористого кремния п-типа // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23. N 18. С.44-50.

9. Костишко Б.М., Орлов A.M. Облучение поверхности пористого кремния электронами киловольтных энергий // Электронная обработка материалов. 1997. Т. 34. С. 52-56.

10. Костишко Б.М., Орлов A.M. Влияние последовательного электронного и лазерного облучения на фотолюминесценцию пористого кремния // ЖТФ. 1998. Т. 68. N3.C. 58-63.

11. Костишко Б.М., Атажанов Ш.Р., Миков С.Н. Фотолюминесценция и деградационные свойства карбонизированного пористого кремния // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24. вып. 16. С. 24-30.

12. Атажанов Ш.Р., Костишко Б.М., Комов А.Н., Чепурнов В.И. Структура и состав пленок кубического карбида кремния, полученных методом химических транспортных реакций с использованием твердофазного свободного кремния и углерода// Поверхность. 1998.N 11.С. 117-123.

13.Костишко Б.М., Тулвинский В.Б., Нагорнов Ю.С., Апполонов C.B., Дроздов A.B., Чернышев В.А. Электронная стимуляция изменения состава поверхности пористого кремния // Ученые записки Ульяновского гос. университета. Серия физическая. 1998. Вып. 2(5) С. 76-80.

14. Костишко Б.М, Орлов А.М., Пирогов A.B., Фролов В.А. Изменение электронной структуры и энергия активации гашения фотолюминесценции пористого кремния п-типа при электронном облучении // Неорганические материалы. 1999. Т. 35. N 3. С. 280-284.

15.Костишко Б.М., Атажанов Ш.Р., Миков С.Н., Пузов И.П., Гордецкий К.А. Аномальный характер фотолюминесценции карбонизированного пористого кремния // Письма в ЖТФ. 1999. Т. 25. вып. 6. С. 13-20.

16. Атажанов Ш.Р., Костишко Б.М., Горелик B.C. Влияние условий формирования на кристаллическую структуру и состав слоев кубического карбида кремния, выращенных из твердофазных источников на монокристаллическом кремнии-// Кристаллография. 1999. Т. 44. N 3. С. 551-554.

17.Kostishko В.М., Guseva М.В., Khvostov V.V.,Babaev V.G., Nagornov Yu.S. Activation energy of the electron-beam-stimulated quenching of photoluminescence in phorous silicon // Phys. Low-Dim. Struct. 1999. V. 7/8. P. 9-14.

18.Kostishko B.M., Atazhanov Sh.R., Mikov S.N., Koltsova L.V., Puzov I.P. Photoluminescence and degradation properties of the carbonized porous silicon // Phys. Low-Dim. Struct. 1999. V. 7/8. P. 155-162.

19. Костишко Б.М., Нагорнов Ю.М., Апполонов C.B., Дроздов А.В. Роль молекул воды в стоке заряда с поверхности пористого кремния // Ученые записки Ульяновского гос. университета. Серия физическая. 1999. вып 2(7) С. 97-102.

20. Костишко Б.М., Миков С.Н., Нагорнов Ю.С., Атажанов Ш.Р. Электронно-стимулированная модификация состава карбонизированного пористого кремния // Известия вузов. Электроника. 1999. Т. 6. С. 5-12.

21.Kostishko В.М., Atazhanov Sh.R., Puzov LP., Salomatin S.Ya., Nagornov Yu.S. Significance of hetero-junctions in photoluminescence of carbonized porous silicon // Phys. Low-Dim. Struct. 1999. V.ll/12. P.l-6.

22. Костишко Б.М., Пузов И.П., Нагорнов Ю.С. Стабилизация светоизлучающих свойств пористого кремния термовакуумным отжигом // Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26. вып. 4. С. 50-55.

23.Костишко Б.М., Атажанов Ш.Р., Пузов И.П., Саломатин С.Я., Нагорнов Ю.С. Гетероструктурные эффекты в карбонизированном пористом кремнии // Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26. вып. 5. С. 42-48.

24. Костишко Б.М., Нагорнов Ю.С. Электродный потенциал пористого кремния в процессе водного дотравливания во внешнем электрическом поле // Ученые записки Ульяновского гос. университета. Серия физическая. 2000. вып 1(8). С. 42-48.

25.Костишко Б.М., Дроздов А.В., Shibaev P.V., Костишко А.Е. Модификация состава поверхности и спектра фотолюминесценции пористого кремния в процессе аргонно-

кислородной ионно-плазменной обработки // Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26. вып. 20. С. 52-59.

26. Орлов A.M., Костишко Б.М., Синдяев А.В., Миков С.Н., Литвиненко О.В., Пузов И.П. Фотолюминесценция пористого кремния с адсорбированными молекулами С2Н5ОН// Поверхность. 2000. N 10. С. 60-64.

27. Костишко Б.М., Апполонов С.В. Планарно-негомогенная система в качестве эталонного образца при проведении количественного оже-анализа оксида кремния // Ученые записки Ульяновского гос. университета. Серия физическая. 2000. вып 2(9) С. 91-97.

28.Kostishko В.М., Atazhanov Sh.R., Shibaev P.V., Nagornov Yu.S. Role of resonant charge-exchange in photoluminescence of B-doped carbonized porous silicon // Phys. Low-Dim. Struct. 2000. V.7/8. P. 47-52.

29. Костишко Б.М., Апполонов C.B., Костишко A.E., Shibaev P.V. Количественный оже-анализ полупроводников, содержащих элементный и окисленный кремний // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2001 № 1. С. 38-43.

30. Костишко Б.М., Нагорнов Ю.С. Механизм водного дотравливания пористого кремния n-типа проводимости в электрическом поле // ЖТФ. 2001. Т. 71. С. 60-66.

31.Костишко Б.М., Нагорнов Ю.С. Механизмы гашения фотолюминесценции пористого кремния электронным облучением различной интенсивности // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. вып. 19. С. 58-65.

32. Костишко Б.М., Тулвинский В.Б., Нагорнов Ю.С., Апполонов С.В. Стимулированная электронным облучением модификация фотодеградационных свойств и состава поверхности пористого кремния // Поверхность. 2001. № 11. С. 5862.

33.Kostishko В.М., Nagornov Yu.S. Water after-etching of porous silicon in presence of electric field // Phys. Low-Dim. Struct. 2001. V.9/10. P. 87-94.

34. Костишко Б.М., Нагорнов Ю.С., Апполонов С.В. Устойчивая неоднородная зарядка поверхности пористого кремния n-типа проводимости // Известия вузов. Электроника. 2001 №4. С. 12-18.

35.Костишко Б.М., Нагорнов Ю.С., Атажанов Ш.Р., Миков С.Н. Особенности фотолюминесценции нанокристаллитов карбида кремния кубической модификации, легированного галлием // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28. вып. 17. С. 74-81.

39. Kostishko В.М., Appolonov S.V., Kostishko А.Е. Fluorine surface concentration charge during the argon-oxygen ion treatment of porous silicon // Applied Surface Science. 2002. V. 189. P. 113-118.

40. Kostishko B.M., Nagornov Yu.S. The kinetics of destruction of molecular complexes adsorbed on porous silicon surface by electron-beam irradiation at different densities // Vacuum. 2002 V. 68/3. P. 35-39.

Подписано в печать 14.05.03. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ №45

Отпечатано с оригинал-макета в Лаборатории оперативной полиграфии Ульяновского государственного университета 432970, г.Ульяновск, ул. Л.Толстого, 42

'^ífsg

P-89S'

Список сокращений.

Введение.

Глава 1. Количественная оже-спектроскопия окисленной поверхности пористого кремния

§1.1. Формирование пористого кремния.

§1.2. Механизмы окисления и роль оксида кремния в фотолюминесценции пористого кремния.

§1.3. Анализ состава поверхности пористого кремния с использованием факторов элементной чувствительности.

§1.4. Неразрушающий анализ стехиометрии окисленной поверхности пористого кремния.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Фотостимулированная эволюция фотолюминесценции пористого кремния

§2.1. Анализ моделей фотолюминесценции пористого кремния.

§2.2. Влияние на фотолюминесценцию пористого кремния лазерного, электронного и у-облучения.

§2.3. Кинетика фотолюминесценции пористого кремния при лазерном воздействии.

§2.4. Фотолюминесценция пористого кремния при одновременном лазерном и термическом воздействиях.

§2.5. Влияние плотности мощности лазерного облучения на кинетику фотолюминесценции пористого кремния.

§2.6. Влияние химической обработки и старения на фотостимулированную эволюцию фотолюминесценции пористого кремния.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Элсктронно-сгимулированные проигссы на поверхности пористого кремния

§3.1. Оже-спектроскопия типа и расположения водородных групп в пористом кремнии.

§3.2. Влияние последовательного электронного и лазерного облучения на фотолюминесценцию пористого кремния.

§3.3. Модификация электронной структуры и энергия активации гашения фотолюминесценции пористого кремния при электронном облучении.

§3.4. Роль диффузионных процессов и зарядки поверхности в электронностимулированном гашении фотолюминесценции пористого кремния.

§3.5. Модификация состава поверхности пористого кремния при последовательном облучении электронами высоких и средних энергий.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Влияние электрического поля, термовакуумной и ионно-плазменной обработки на свойства пористого кремния

§4.1. Механизмы водного дотравливания пористого кремния п-типа проводимости в электрическом поле.

§4.2. Аномальная эволюция фотолюминесценции пористого кремния в электрическом поле.

§4.3. Механизмы стабилизации фотолюминесценции пористого кремния термовакуумным отжигом.

§4.4. Зарядка поверхности термически обработанных в вакууме образцов пористого кремния во время облучения электронами.

§4.5. Модификация состава поверхности и спектра фотолюминесценции пористого кремния в процессе аргонно-кислородной ионно-плазменной обработки.

Выводы по главе 4.

Глава 5. Карбонизированный пористый крегиний

§5.1. Методика карбонизации пористого кремния.

§5.2. Состав и структура карбонизированного пористого кремния.

§5.3. Фотолюминесценция и деградационные свойства карбонизированного пористого кремния

§5.4. Гетероструктурные эффекты в карбонизированном пористом кремнии.

§5.5. Особенности фотолюминесценции карбонизированного пористого кремния, легированного галлием.

§5.6. Аномальный характер кинетики затухания фотолюминесценции карбонизированного пористого кремния.

§5.7. Электронно-стимулированные процессы в карбонизированном пористом кремнии.

§5.8. Гетсроэпитаксия карбида кремния на пористом кремнии.

Выводы по главе 5.

Актуальность темы. Открыта'.' Кэнхэмом фотолюминесценции (ФЛ) пористого кремния (por-Si) в видимой области спектра вызвало к нему большой интерес как к перспективному материалу оптоэлектроники. Первые исследования позволяли надеяться на то, что реальностью могли стать интегральные микросхемы, выполненные на основе материала «номер один» -кремния и содержащие в качестве активных элементов оптопары, а также источники когерентного и некогерентного светового излучения. Показателем интереса к пористому кремнию является появление за 12 лет двух крупных обзоров и более десяти тысяч публикаций на эту тему. Однако, несмотря на чрезвычайно интенсивные и многообразные исследования свойств пористого кремния, единой точки зрения на механизмы, ответственные за существование его фотолюминесценции в видимой области спектра до сих пор не существует.

Полученные к настоящему времени экспериментальные и теоретические данные обобщены в рамках пяти моделей, которые получили следующие названия - квантово-размериая, водородная, силоксеновая или химическая, модель аморфной кремниевой оболочки, модель кислородных центров и модель поверхностных состояний. Пионерские работы в этом направлении велись отечественными учеными Кашкаровым П.К., Бондаренко В.П., Астровой Е.В. и другими. В конце 90-х годов стало очевидно, что ни одна из перечисленных "чистых" моделей не может быть использована для детального описания сложнейших процессов в квантоворазмерных полупроводниковых структурах. В связи с этим встает задача объединения различных точек зрения, для чего необходимы комплексные исследования, направленные на выяснение, в том числе, роли процессов адсорбции, десорбции и связанного с ними изменения концентрации центров свечения.

Многочисленные исследования, посвященные влиянию условий электрохимического травления и различных внешних воздействий (термический отжиг, лазерное, ионное, а- или Р- облучение и т.п.) на светоизлучающие и электрофизические свойства рог-Si, зачастую приводили к противоречивым результатам или трактовались в рамках конкурирующих моделей. Все это первоначально привело к представлению о пористом кремнии как с-б очень «сложном» материале, параметры которого практически невоз.у.ожпо воспроизвести даже при одинаковых условиях.

Еще одним фактором, сдерживающим применения пористого кремния в оптоэлектронике, является низкая эффективность светодиодов с его использованием. В случае структур с твердотельными электродами она, как правило, не превышает Электролюминесценция por-Si в электролите имеет большую (на два-три порядка) эффективность за счет амбиполярной инжекции и более полного контакта с поверхностью квантовых нитей. Но из-за быстрой деградации поверхности, краткого времени свечения и громоздкости конструкции этот способ не может быть широко применим на практике.

Таким образом, несмотря на то, что уже существуют образцы светодиодов. фотоэлементов, газовых сенсоров, конденсаторов, световодов и даже источников когерентного излучения на основе пористого и нанокристаллического кремния, говорить об их реальном использовании в микро- и оптоэлектронике пока не приходится. Одной из основных причиной, по которой вышеперечисленные приборы не выходят за пределы лабораторий, является существенная нестабильность характеристик и, в частности, оптических свойств. Именно с этим связано наблюдаемое в последние пять лет повышение интереса к разработке различных способов стабилизации светоизлучения пористых полупроводников. Наиболее интересные результаты в этом направлении достигнуты путем окисления поверхности квантовых нитей. Причем создание стабильного окисла кремния возможно как на стадии электрохимического травления, так и после формирования пористого слоя.

Из вышеизложенного следует, что одной из основных задач физики низкоразмерных полупроводниковых систем является изучение механизмов изменения их светоизлучающих свойств при различных внешних воздействиях. Тенденции, прослеживающиеся в настоящее время, позволяют надеяться, что глубокое понимание этих процессов позволит в будущем разработать способы стабилизации люминесценции наноразмерных кремниевых структур и использовать их в качестве стабильного и эффективного источника как когерентного, та .* и некогерентного видимого света.

Целью диссертационной работы является исследование физических процессов, вызывающих изменение фотолюминесценции квантоворазмерных полупроводниковых систем на основе кремния и карбида кремния, а также физическое обоснование технологических принципов стабилизации их светоизлучающих свойств.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать кинетику изменения фотолюминесценции por-Si под действием лазерного и электронного облучения и выявить влияние на эти явления адсорбционно-десорбционных процессов, происходящих на поверхности квантовых нитей кремния;

- определить энергии активации процессов, лимитирующих фото- и электронно-стимулированную деградацию ФЛ por-Si;

- исследовать роль процессов отвода продуктов десорбции из пористого слоя в изменении ФЛ por-Si;

- провести детальные исследования по изменению механизмов деградации светоизлучающих свойств пористого кремния при различных внешних воздействиях: химической, термовакуумной и ионно-плазменной обработке, старению в вакууме и кислородосодержащей атмосфере, Р-облучении, а также во внешнем электрическом поле;

- разработать методику анализа при помощи электронной оже-спектроскопии (ЭОС) зарядовой неоднородности поверхности пористого кремния, а также определения состава водородных групп, пассивирующих поверхность квантовых нитей;

- исследовать изменение скорости водного дотравливания por-Si во внешнем электрическом поле и изучить влияние этого процесса на изменение спектра фотолюминесценции и формирование SiOx в пористом слое;

- изучить влияние высокотемпературной карбонизации на модификацию спектра ФЛ и стабилизацию светоизлучающих свойств por-Si.

Научная новизиа диссертационной работы:

1. Обнаружено, что при УФ лазерном облучении с плотностью мощности менее 100 mW/cm2 интенсивность ФЛ por-Si может не только деградировать, но и увеличиваться. Предложена кинетическая модель, позволяющая на основе экспериментальных данных определить характерные скорости разрушения и образования поверхностных групп, ассоциированных с центрами излучательной и безизлучательной рекомбинации. Впервые для пористого кремния рассчитаны энергии активации фото деструкции водородных и углеродных комплексов - АЕН=0.39±0.02 eV и АЕс=0.11+0.01 eV и образования устойчивых кислородных комплексов - АЕ0= -0.43±0.03 eV.

2. Впервые при помощи электронной оже-спектроскопии установлено, что светоизлучающий слой пористого кремния n-типа проводимости содержит в основном дигидридные группы. Показано, что облучение электронами с энергией 1-5 keV приводит к разрушению водородных групп и, как следствие, гашению ФЛ, а при дозах, больших 8*1016 cm"2, к увеличению содержания аморфной фазы. Получены зависимости интегральной интенсивности ФЛ por-Si от дозы и энергии электронного облучения и определена энергия активации данного процесса (0.13 eV). Проведена оценка коэффициента диффузии водорода в por-Si (при Т=300К не менее Dkn-Wn cm2s"1).

3. Обнаружено, что во внешнем электрическом поле скорость водного дотравливания (ВД) por-Si уменьшается, причем независимо от направления вектора напряженности. Исследована кинетика окисления поверхности в пористом кремнии в процессе ВД.

4. Проведено исследование влияния внешнего электрического поля на фотолюминесценцию por-Si. Установлено, что включение и выключение электрического поля может приводить к скачкообразным изменениям интегральной интенсивности ФЛ, а при напряженностях более 12 kV/cm она становиться переменной функцией от времени.

5. Обнаружено, что молекулы воды в пористом кремнии ответственны за образование каналов стока электрического ?аряда. Показана возможность использования ЭОС для анализа зарядовой нео-\нородности поверхности por-Si.

6. Впервые обнаружен эффект фторирования поверхности por-Si при ионно-плазменном травлении в аргонно-кислородной смеси. Установлено влияние атомов фтора, пассивирующих поверхность квантовых нитей, на модификацию спектра фотолюминесценции пористого кремния.

7. Представлены результаты принципиально нового способа стабилизации светоизлучающих свойств пористого кремния при помощи высокотемпературной карбонизации. Новый материал - карбонизированный пористый кремний (kpor-Si) содержит как кремниевые, так и карбидкремниевые (3C-SiC) квантоворазмерные объекты и обладает рядом уникальных свойств. Его ФЛ в сине-зеленой области практически не деградирует под действием лазерного облучения и незначительно уменьшается при электронном облучении. При легировании атомами бора kpor-Si показывает аномально высокое время затухания фотолюминесценции. При использовании предварительного водного дотравливания и обработке в окислительных электролитах можно получить kpor-Si, излучающий практически белый свет. Установлено, что облучение электронами киловольтных энергий поверхности kpor-Si приводит к увеличению в его составе 3C-SiC фазы за счет адсорбированных атомов углерода.

Практическая значимость результатов работы состоит в следующем:

Результаты исследований являются основой для выработки комплексных рекомендаций по устранению деградации и модификации спектра фотолюминесценции пористого кремния.

К конкретным практически важным результатам относится следующее: 1. Установлены механизмы частичной стабилизации ФЛ при обработке por-Si в кислотах (HF и HNO3) и при старении на воздухе. Предложено стабилизировать состав поверхности пористого кремния при помощи «электронной закалки» - разрушения водородных групп облучением электронами киловольтных энергий и последующим окислением на воздухе.

Показано, что существенное уменьшение деградации ФЛ por-Si может быть достигнуто при р-облучении и термовакуумном егкиге свежеприготовленных образцов.

2. Предложен новый способ закалки por-Si путем формирования на его поверхности нанокристаллитов 3C-SiC. Фотолюминесценция получаемого в результате карбонизированного пористого кремния не изменяется при лазерном и мало изменяется при электронном облучениях. Аномально высокое время затухания ФЛ kpor-Si, легированного атомами бора, может быть использовано для создания стабильного когерентного источника света. Показана принципиальная возможность выращивания 3C-SiC гетероэпитаксиальных слоев на поверхности kpor-Si.

3. Разработаны: метод эталонирования оже-спектрометра при помощи планарно-негомогенного образца, который позволяет проводить количественный оже-анализ состава поверхности образцов, содержащих в области анализа как элементный, так и окисленный кремний. Методика позволяет определять стехиометрический индекс окисла кремния, не прибегая к разрушающим методам очистки поверхности;

- методика определения неоднородности накопленного на поверхности por-Si электрического заряда;

- методика послойного анализа состава водородных групп и изменения кристаллической структуры por-Si и kpor-Si при электронном облучении.

4. Получены данные о возможности использования por-Si в качестве оптического генератора при возбуждении его ФЛ во внешнем электрическом поле с Е> 12 kV/cm.

Публикации и апробация работы. В ходе выполнения исследований по теме диссертации опубликованы 103 научных работы, из которых 33 статьи в центральных отечественных и зарубежных журналах.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на:

1-й Международной конференции "Материаловедение апмазополобнмх и хал'.'югенидных полупроводников". 1994. Черновцы (Украина); Российской конференции "Микроэлектроника-94".1994. Звенигород; Int. School-Conference "Physical problems in material science of semiconductors". Chernovtsy (Ukraine) 1995, 1997; 2-й Российской конференции по физике полупроводников. З^леногорск.1996; Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники". Таганрог. 1996, 1997, 1998, 1999, 2002; III международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП-96. Новосибирск. 1996; Всероссийской конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологии получения легированных кристаллов кремния ("Кремний-96", "Кремний-2000"). Москва; Международном семинаре "Полупроводниковый карбид кремния и родственные материалы". Новгород. 1997; Международной конференции "Центры с глубокими уровнями в полупроводниках и полупроводниковых структурах". Ульяновск. 1997; Всероссийской научно-технической конференция "Микроэлектроника и информатика МИЭТ-98". Зеленоград. 1998; Международной конференции "Оптика полупроводников", Ульяновск. 1998, 2000; III Всероссийской научно-технической конференции "Методы и средства измерений физических величин". Нижний Новгород. 1998, 2000; Всероссийском симпозиуме "Аморфные и микрокристаллические полупроводники". Санкт-Петербург. 1998, 2000, 2002; VIII межнациональном совещании "Радиационная физика твердого тела". Севастополь. 1998, 1999, 2000, 2001, 2002; Совещании "Нанофотоника". 1999. Нижний Новгород; Всероссийской научно-технической конференции "Микро- и наноэлектроника". Звенигород. 1999, 2001; Международной конференции "Физические процессы в неупорядоченных полупроводниковых структурах". Ульяновск. 1999; 4-й Российской университетско-академической научно-практической конференции. Ижевск. 1999; Международной научно-технической конференции "Новые материалы и технологии на рубеже веков". Пенза 2000; II Международной конференции "Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах". Томск. 2000; Всероссийской научно-технической конференции "Новые у.ггериалы и технологии НМТ-2000", Москва, 2000; Международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии», Ульяновск. 2001; II Российской школе но материаловедению и технологиям получения легированных кристаллов кремния «Кремний. Школа-2001». Москва. 2001; Всероссийской научно-технической конференции «Материалы -3i технологии XXI века». Пенза. 2001; IV International conference on modification of properties of surface layers of non-semiconducting materials using particle beams. Feodosiya, Ukraine. 2001; Международной конференции по люминесценции. Москва. 2001; II международной конференции «Актуальные проблемы современной науки». Самара 2001; Fifth ISTC Scientific Advisory Committee Seminar "Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology", St Petersburg, Prussia, 2002; Международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» Ульяновск. 2002.

Результаты работы использованы при выполнении гранта РФФИ, «Университеты России», двух грантов Министерства Образования, гранта «Конверсия и высокие технологии».

Личный вклад. Автору принадлежит постановка задач исследований, обоснование способов их осуществления, непосредственное выполнение значительной части экспериментов, расчетов, систематизация и анализ результатов. Разработка методики послойного оже-анализа водородных групп в пористом кремнии осуществлена совместно с сотрудниками каф. Физической электроники МГУ им.М.В.Ломоносова. Карбонизация пористого кремния и часть исследований его структуры производилась в Самарском государственном университете. Часть исследований оптических свойств por-Si и kpor-Si производилась на кафедре Оптики и спектроскопии УлГУ. Исследования по Р-облучению проведены совместно с сотрудниками каф. Экспериментальной физики УлГУ. Исследования топологии поверхности выполнялись в корпорации NT-MDT. Ряд результатов, вошедших в диссертацию, получен в соавторстве с Гусевой М.Б., Бабаевым ВГ., Хвостовым

В.В., Миковым С.И., Атажаповым Ш.Р. и Тулвипским В.Б, которым автор благодарен за плодотворное сотрудничество. Научные положения выносимые на защиту:

1. При экспозиции свежеприготовленного пористого кремния УФ когерентным светом с плотностью мощности менее 100 mW/cm2 на его поверхности протекают фотостимулированные реакции, приводящие к замещению водородных и углеродосодержащих молекул устойчивыми кислородными группами.

2. В процессе облучения por-Si электронами с энергией 1-5 keV на поверхности квантовых нитей кремния разрушаются водородные группы и увеличивается содержание аморфной фазы. При Р-облучении на воздухе ФЛ por-Si существенно стабилизируется за счет образования на поверхности окисла кремния.

3. Наличие внешнего электрического поля приводит:

- к скачкообразному изменению интенсивности ФЛ por-Si. При напряженностях более 12 kV/cm изменения становятся периодическими;

- к уменьшению скорости водного дотравливания пористого кремния.

4. При термовакуумной десорбции молекул воды происходит существенная стабилизация ФЛ por-Si и удаление каналов стока электрического заряда с поверхности образца.

5. В процессе ионно-плазменной обработки por-Si в аргонно-кислородной смеси происходит пассивация поверхности атомами фтора и формирование центров излучательной рекомбинации с энергией Еа2.58 eV.

6. Высокотемпературная карбонизация por-Si позволяет в широких пределах изменять его спектр ФЛ и практически полностью стабилизировать светоизлучающие свойства. Легирование kpor-Si атомами бора существенно увеличивает время затухания (до сотен ms) сине-зеленой полосы ФЛ. Карбонизированный пористый кремний содержит центры свечения, не разрушающиеся при облучении электронами киловольтных энергий, и, кроме этого, может быть использован для получения гетероэпитаксиальных слоев ЗС-SiC.

15

1. В работе впервые предложено использовать поверхностно негомогенную структуру в качестве тестового образца при проведении неразрушающего количественного оже-анализа SiOx- Проведенное эталонирование позволило определить, что водное дотравливание por-Si протекает через образование субокислов (времена 15-60 минут), а устойчивая к внешним воздействиям ЗЮг фаза начинает фиксироваться только после 20 часов ВД и полностью формируется после 7 суток.2. Проведен комплекс исследований адсорбционно-десорбционных процессов, протекающих на поверхности por-Si при лазерном облучении (А,=325 nm, Р<100 mW/cm^). Рассчитаны энергии активации фотодеструкции водородных и углеродных комплексов - ДЕн=0.39±0,02 eV и ДЕс=0.11±0.01 eV и образования кислородных комплексов - АЕо= -0.43±0.03 eV.Показано, что обработка por-Si в HF и HNO3, а также длительная выдержка на воздухе приводит либо к частичной стабилизации ФЛ, либо к изменению характера ее фотостимулированнон эволюции.3. Впервые при помощи ЭОС установлено наличие на поверхности пористого к*ремния п-типа проводимости ^юнoгидpидныx, а в составе светоизлучающего слоя преимущественно SiHi групп. Электронное облучение por-Si (4 keV, D<1.8*10'^ cm*^ ) вызывает разрушение водородных групп на поверхности квантовых нитей, а затем при D»8*10'^ cm"^ увеличение содержания аморфной фазы кремния.Получены зависимости интегральной интенсивности ФЛ por-Si от дозы, энергии и плотности тока электронного обл>чения и определена энергия активации данного процесса (0.13 eV). Проведена оценка толщины светоизлучающего слоя (0.45-0.5 цт) и коэффициента диффузии водорода в por-Si (при комнатной температуре не менее D=10" cm s ). Показано, что при плотностях потока электронов более 5.5-10 cm"'-s' происходит существенное уменьшение адсорбционной способности поверхности по отношению к доиорным молекулярным группам. Впервые обнаружено, что предварительная электронная обработка может приводить не к гашению ФЛ, как это имеет место на свежеприготовленном образце рот Si, а к ее возгоранию под действием непрерывного лазерного облучения.Из данных ЭОС следуег, что при р-облучении ФЛ por-Si существенно стабилизируется за счет образования на поверхности окисла кремния и уменьшения на *90% количества неустойчивых SiHx-rpynn.4. Впервые показано, что нал():*.ение элеюрического поля, независимо от его ориентации и величины, приводит к уменьшению скорости водного дотравливания por-Si. Экспериментально наблюдаемое уменьшение скорости ВД при наложении внешнего электрического поля объясняется полевыми эффектами изменения ОПЗ в структуре Шотгки типа монокре.мний-электролит и циклического тока в системе .монокремний-электролит-квантовые нити.5. Проведены исследования эволюции фотолюминесценции пористого кремния при лазерном облучении в электрическом поле. Обнаружено, что в полях, превышающих 8 kV/cm, включение или выключение электрического поля приводит к скачкообразному изменению интенсивности ФЛ. При более значительных напряженностях Е> 12 kV/cm интегральная интенсивность становится переменной функцией времени облучения, причем период ее колебаний уменьшается с возрастанием величины Е. Для объяснения обнаруженного эффекта предложена модель, которая в рамках излучательной аннигиляции экситонов описывает изменение ФЛ за счет адсобционно десорбционных процессов и электронного обмена в системе донорных и акцепторных поверхностных состояний.6. Показано, что термовакуумный отжиг при температуре максимальной скорости термодесорбции Н2О (150 "С) приводит к существенной стабилизации ФЛ por-Si и удалению каналов стока электрического заряда. Предложена методика, которая при помощи ЭОС позволяет анализировать зарядовую неоднородность поверхности por-Si.7. Впервые o6Hap\oKeHo, что бомбардировка поверхности свежеприготовленного пористого кремния ионами аргона в плазме, содержащей радикалы кислорода, сопровождается ее эффективным фторированием, что приводит К образованию центров излучательной рекомбинации с энергией Е«2.58 eV.8. Разработана принципиально новая технология стабилизацик светоизлучающих свойств и модификации спектра ФЛ por-Si за счет его высокотемпературной карбонизации. Получающийся в результате этого материал является системой, содержащей гетеропереходы между квантоворазмерными структурами Si и 3C-SiC. Обнаружено, что спектр ФЛ kpor-Si, имеющий две широкие полосы с максимумами вблизи 1,9 eV и 2.4 eV, можно изменять, варьируя способы подготовки образца, условия карбонизации и сорт легирующей примеси, а также при помощи дополнительной обработки в окисляющих электролитах и электронном облучении. В работе получены образцы, стабильно излучающие свет практически во всем видимом диапазоне.Легированные бором образцы kpor-Si показывают аномально большое время затухания сине-зеленой (2,4 eV) полосы фотолюминесценции (сотни ms), что может позволить реализовать на данном материале условия управления долгоживущими неравновесными состояниями и создания инверсной заселенности.Показано, что карбонизация por-Si существенно снижает эффект электронно-стимулированной деградации ФЛ за счет образования радиационно-стойких центров свечения - в сине-зеленой области не разрушаются более 70% центров свечения. Экспериментальные исследования свидетельствуют также об увеличении карбидкремниевой фазы в процессе облучения карбонизированного пористого кремния электронами (3 keV), Продемонстрирована возможность получения гетероэпитаксиальных слоев 3C-SiC на карбонизированном пористом кремнии.

1. Uhli: А. Electropolishing of silicon // Bell Syst. Tech. J. 1956. \'ol. 35. P. 333-338.

2. Turner D. Electropolishing silicon in hydrofluoric acid solutioni // J. Electrochem. Soc. 1958. V.5. №7. P.402-405.

3. Watanabe Y. and Sakai T. Application of the thick anode film to semiconductor devices // Rev. Electr. Commun. Labs. 1971. Vol. 19. N 7-8. P. G99-903.

4. Ari'.a Y., Kato K. and Sudo T. The n*- IPOS scheme and its applications to IC's // IEEE Trans. Electron Devices. 1977. Vol. 24. P. 756-757.

5. Smith R. L., Collins S. D. Porous silicon formation mechanisms // J. Appl. Phys. 1992. Vol. 71. N 8. P. R1-R22.

6. Бунин Э.Ю., Проказников A.B. Управление морфологией пористого кремния п-типа // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23. вып. 6. 80-84.

7. Nakagava Т., Sugiyama Н., Koshida N. Fabrication of periodic Si nanostmcter by controlled anodization // Jpn. J. Appl. Phys. 1998. Vol. 37. pp. 7186-7189.

8. Зимин СП. Классификация электрических свойств пористого кремния // ФТП. 2000. Т. 34. Вып. 3. 359-363.

9. Memming R., Schwandt G. Anodic dissolution of silicon in hydrofluoric acid solutions// Surface Science. 1966. Vol. 4. P. 109-124.

10. Porous Silicon - Science and Technology. Editors: Jean-Claude Vial and Jacques Derrien, Winter School, Les Houches. February -1994. -Springer-Verlag. Berlin -Heidelberg.

11. Beal M.I.J., Benjamin J.D., Uren M.J. et al. An experimental and theoretical study of the formation and microstructure of porous silicon // J. Crystal Growth. 1985. Vol.

12. Белогоров А.И., Белогорохова Л.И., Караванский B.A. Инфракрасная спектроскопия и фотолюминесцентные свойства пленок пористого кремния: влияние режимов формирования // ФТП. 1994. Т.28. J^ gS. 1424-1430.

13. Александров Л.Н., Новиков П.Л. Моделирование образования структур пористого кремния // Письма в ЖЭТФ. 1997. Т. 65. № 9. 685-691.

14. Мороз Г.К., Жерздев А.В. К вопросу о механизме формирования пористого кремния // ФТП. 1994. Т.28. Вып.6. 949-953. ' 289

15. Aleksandrov L.N., Novikov P.L. МофЬо1о£у of porous silicon structures formed by anodization of heavily and lightly doped silicon // Thin Solid Films. 1998. Vol.

17. Астрова E. В., Ратников В. В., Витман Р. Ф. и др. Структура и свойства пористого кремния, полученного фотоанодирование.м // ФТП. 1997, Т. 31. Вып.

19. Горбач Т, Я., Свечников С, В,, Смертенко П. и др. Эволюция вольт- амперных характеристик фотолюмннесцирующего пористого кремния при химическом травлении//ФТП. 1997. Т. 31. Вып. 12. 1414-1416.

20. Gullis A.G., Canham L,T,, Calcott P,D,J, The structural and luminescence properties of porous silicon//Appl, Phys, Rev. 1997, V,82(3). №1. P.909-965.

21. Sotgin G., Schiron L., Rallo F. Effect of surfactants in the electiochemical preparation of porous silicon//Nuovocim.D. 1996. Vol. 18. N 10. P. 1179-1186.

22. Бучин Э.Ю., Постников A.B., Проказников А.В. и др. Влияние режимов обработки на морфологию и оптические свойства пористого кремния п-типа // Письма в ЖТФ. 1995. Т. 21. Вып. 1. 60-65.

23. Zheng X.L., Chen Н.С, Wang W. Laser induced oxygen adsoфtion and intensity degradation of porous silicon//J. Appl. Phys, 1992, V, 72, N 8, P, 3841-3842.

24. Petrova E, A., Bogoslovskaya K. N., Balagurov L. A., Kochoradze G. I. Room temperature oxidation of porous silicon in air // Material Science & Engineering B. 2000. V.69-70. P. 152-155

25. Dacenko O.I., Makara V.A., Naumenko S.M, et al. Evolution of the porous silicon sample properties in the atmospheric ambient // J. Luminescence. 1999. Vol.

26. Salonen J,, Lehto V.-P., Laine E. The room temperature oxidation of porous silicon//J.Appl.Surf, Sci, 1997.V,120.P,191-198,

27. Li H.-H., Tsai C, Shin S, et al. The photoluminescence spectra of porous silicon boiled in water//J. Appl. Phys., 1992. V.72. N 8. P.3816-3817.

28. Sanders G.D., Chang Y.C. Theory of optical properties of quantum wires in porous silicon //Phys. Rev. B. 1992. P.9202-9213.

29. Baba M., Kuwano G., Miwa T, et al. In situ measurements of water immersion and UV-irradiation effects on intensity and blue shift of visible photoluminescence in porous silicon // Jap. J. Appl. Phys, Pt. 2,, 1994. V.33. №4A, P,L483-L486,

30. Banerjee S., Narasimhan K.L., Sardesai A. Role of hydrogen- and oxygen- terminated surfaces in the luminescence of porous silicon // Phys. Rev. B. 1994. V.49.N4. P.2915-2918.

31. Kumar R., Kitch Y,, Shigematsu K. et al. Silicon cluster terminated by hydrogen, fluorine and oxygen atoms: a correlation with visible luminescence of porous silicon //Jap. J. Appl. Phys. Pt. 1. 1994. V.33. N IB. P.909-913.

32. Lin J., Zhang L.Z., Zhang B.R. et al. Stable blue emission from oxidized porous silicon // J. Phys. Condens. Matter. 1994. V.6. P.565-568.

33. Shiba K., Sakamoto K., Miyazaki S. et al. Luminescence from thermally oxidised porous silicon//Jap. J. Appl. Phys. Pt.l. 1993. V.32. N 6A. P.2722-2724.

34. Qin D.G., Song H.Z., Zhang B.R., Lin J., Duan J.Q., Yao G.Q. Experimental evidence for luminescence from silicon oxide layers in oxidized porous silicon// Phys. Review B. 1996. V.54. №4. P.2548-2555.

35. Torchinskaya T.V., Korsunskaya N.E., Khomenkova L.Yu., Dhumaev B.R., Prokes S.M. The role of oxidation on porous silicon photoluminescence and its excitation//Thin Solid Films. 2001. Vol. 381. P. 88-93.

36. Гаврилов C.A., Белогорохов А.И., Белогорохова Л.И. Механизмы кислородной пассивации пористого кремния в растворах HF:HC1:C2H50H // ФТП, 2002. Т. 36. Вып. 1. 104-108.

37. Карлсон Т.А. Фотоэлектронная и Оже-спектроскопия. Л.: Машиностроение. 1981.432 с.

38. Фирменс Л., Вэнник Дж., Декейсер В. Электронная и ионная спектроскопия твердых тел. М.: Мир. 1981. 256-257.

39. Гриценко В.А. Строение и электронная структура аморфных диэлектриков в кремниевых МДП структурах. - Новосибирск: «Наука». 1993. - 392 с.

40. Костишко Б.М., Орлов A.M., Миков Н. и др. Изучение типа водородных групп и их расположения в пористом кремнии методом электронной оже-спектроскопии // Неорган, материалы. 1995. Т. 11. № 4. 444-446. .

41. Ide Т., Nishimori Т., Tani Т. et al. Auger fine structures of surface states for Si(l 11)7x7 and Si(l 11)л/3д:л/3-Al // Surf. Science. 1989. V. 216. P. 189-197,

42. Zajac G., Bader S.D. Auger line-shape analysis of structure of hydrogenated amoфhous silicon // Phys. Rev. B. 1982. V.26. P.5688.

43. Kostishko B.M., Guseva M.B., Khvostov V.V.,Babaev V.G., Nagomov Yu.S. Activation Energy of the electron-beam-stimulated quenching of photoluminescence in phorous silicon // Phys. Low-Dim. Struct. V. 1999. V. 7/8. P. 9-14.

44. Khvostov V.V., Guseva M.B., Babaev V.G., Rylova O.Yu. Augerspecrtoscopy studies of electonic structure of amGфhous carbon films // Surf Sci. 1986. V.169. P.L253-L258.

45. Morabito J.M. A first order approximation to quantitative auger analysis in the range 100 to 1000 eV using the CMA analyzcr/ZSurf. Science. 1975. V.49. P.318-324

46. Запорожченко В.И. Применение метода Оже-спектроскопии для количественного анализа химического состава твердого тела // Электронная промышленность, 1978. Вып, 7(11)-8(12). 36-52.

47. Hall P.M., Morabito J.M., Conley D.K. Relative sensitivity factors for quantitative auger analysis of binary alloys // Surf Science. 1977, V. 62. P. 1-20.

48. Derrien J., Commahdre M. SiOi ultra thin films growth kinetics as investigated by surface techniques // Surface Science, 1982. V. 118, P, 32-46,

49. Chang C.C, Boulin D.M, Oxide thickness measurements up to 120A on silicon and aluminum using the chemically shifted auger spectra // Surf. Science. 1977. V. 69, P. 385-402.

50. Горелик В.А., Каспарян P.M., Русакова Ж.П. Применение количественной оже-спектроскопии для анализа реачьной поверхности кремния // Электронная промышленность. 1984. №2(130). 55-58.

51. Митюхляев В.Б. Модификация поверхности монокристаллов CdS в результате электронного облучения // Поверхность, 1996. Т, 7, С, 23-29,

52. Many А., Goldsten Y. Auger electron spectroscopy for quantitative analysis // Appl. Phys. Lett. 1988. V, 53. N 3, P, 192-194.

53. Griviskas V., Kolenda J., Bemussi A. et al. Luminescence degradation and fatique effects in porous silicon // Braz. J. Phys, 1994. V.24. N 1. P.349-358.

54. Елыюв К.Н., Караванский В.А., Мартьпюв В.В. Модификация пористого кремния в сверхвысоком вакуу.ме и вклад углеродных нанокристаллов в фотолюминесценцию ПК // Письма в ЖЭТФ, 1996. Т.63. Вып. ?. 106-1 П.

55. Киселев В.А., Полисадин СВ., Постников А.В. Изменение оптических свойств пористого кремния вследствие термического отжига в вакуу.ме // ФТП. 1997. Т.31. Вып. 7. 830-832.

56. Tsai С, Li К.-Н,, Sarathz J. et al. Thermal treatment studies of the phutoluminescence intensity of porous silicon //Appl. Phys. Lv*tt,. 1991. V.59. №22. P.2814-2816.

57. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Под. ред Р.Бериша. М.: Мир. 1984. 336 с.

58. Костишко Б.М., Пузов И.П., Нагорнов Ю.С. Стабилизация светоизлучающих свойств пористого кремния термовакуумным отжигом // Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26. вып. 4. 50-55.

59. Chao S.S., Tyler J.E., Takaji V., Pai P.Y. A study of chemical bonding in suboxides of silicon using Auger electron spectroscopy // J. Vac. Sci. Technol. 1984. V. 42. N3. P. 1574-1579.

60. Ершов Г., Кораблев B.B., Иемченас P.JI. Электронные ОЖЭ-спектры окислов кремния различного стехиометрического состава // ЖТФ. 1981. №12, С, 2584-2586.

61. Костишко Б.М., Нагорнов Ю.С. Механизм водного дотравливания пористого кремния п-типа проводимости в электрическом поле // ЖТФ. 2001. Т.

62. Компан М. Е., Шабанов И. Ю. О механизме самоформирования наноразмерных структур пористого кремнияпри бестоковом водном дотравливании // ФТП. 1995. Т. 29. 1250-1256.

63. Davis L.E., MacDonald N.C., Palmberg P.W. et al. Handbook of Auger electron spectroscopy. Minessota: Phys. Electronics Industries Inc. 1976. 235 p.

64. Temkin R.J. An analysis or the radial distribution ftinction of SiO^ // J. Non- Cryst. Sol. 1975. V. 17. P. 215-230.

65. Филиппов B.B., Бондаренко В.П„ Перушкевич П.П, Спектры фотолю>п1неценции и фотовозб}'ждения пористого кремния, подвергнутого анодному окислению и травлению // ФТП. 1997. Т. 31 № 9. 1135-1131.

66. Nakajima A., Itakura Т., Watanabe S, et al. Photoluminescence of porous silicon, oxidized then deoxidized chemically//Appl. Phys. Lett. 1991. V.61.№1. P.46-48.

67. Костишко Б.М., Ь{г.горнов Ю.С., Апполонов СВ. Устойчивая неоднороднэ:! зарядка поверхности пористого кремния п-типа проводимости // Известны вузов. Электроника. 2001 № 4. 12-18.

68. Canham L.T, Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers //Appl. Phys. Lett. 1990. Vol. 57. P. 1046-1048.

69. Lehmann V., Gos.le U. Porous silicon formation: a quantum wire effect // Appl. Phys. Lett. 1991. V.58. N 8. P.856-858.

70. Sanders G.D., Yia-Chung Chang. Theory of optical properties of quantum wires in porous silicon // Phys. Rev. B. 1992. V.45. N 16. P.9202-9213.

71. Prokes S.M., Glembovcki O.J., Bermudez V.M. et al. SiH^ excitation: an alternative mechanism for porous silicon photoluminescence // Phys, Rev. В.. 1992. V.45.N23.P.13788-13791.

72. Tsai C , Li T.-H. et al. Correlation between silicon hydride species and the photoluminescence intensitj' of porous silicon //Appl. Phys. Lett. 1992. V.60. N 14. P.1700-1702.

73. Tsybeskor L., Fauchet P.M. Correlation between photoluminescence and surface species in porous silicon: low-temperature annealing // Appl. Phys. Lett. 1994. V.64. №15. P. 1983-1985.

74. Zoubir H.N., Vergnat M., Delatour T, et al. Interpretation of the luminescence quenching in chemically etched porous silicon by the desoфtion of SiH species // Appl. Phys. Lett. 1994. V.65. №1,3 P.82-84.

75. Redmann D.A., Follstaedt D.M., Guilinger M.J. et al. Photoluminescence and passivation of silicon nanostructures // Appl. Phys. Lett. 1994 V,65. №19. P.2386-2388.

76. Mauckner G., Thonke K., Sauer R, Dynamics of the degradation by photo- oxidation of porous silicon: photoluminescence and FTIR absoфtion study // J. Phys.: Condens. Matter. 1993. V.5. P.L9-L12.

77. Ookubo N., Ono H., Ochiai Y. et al. Effects of thermal annealing on porous silicon photoluminescence dynamics //Appl. Phys. Lett., 1992. V.61. №8. P.940-942. 47.

78. Шелонин Е.А., Найденкова М.В., Хорт A.M., Яковенко А.Г. и др. Влияние термических отжигов и химических воздействий на фотолюминесценцию пористого кремния//ФТП. 1998. Т.З?. Вып. 4. 494-496.

79. Бару В.Г., Колмакова Т.П., • Ормонт А.Б. и др. Пространственная локализация, состав и некоторые свойства люминесцентно-активного слоя в пористом кремнии // Письма в ЖТФ. 1994. Т.20. Вып. 20. 62-66.

80. Tsai С, Li Н.-Н., Camplell J.C. et al. Lazer-induced degradation of the photoluminescence intensity of porcuj silicon // J. Electron. Mater, 1992. V.21. N6. P.589-591.

81. Chang I.M., Chuo G.S., Chang D.C. et al. Evolution of photoluminescence of porous silicon under light exposure // J. Appl. Phys. 1995. V. 77. № 10. P.5365-5368.

82. Костишко Б.М., Орлов A.M., Емельянова Т.Г. Химическая обработка пористого кремния и изменение его фотолюминесценции при непрерывном лазерном облучении//Письма в ЖТФ. 1995. Т.21. Вып.19.С.32-38.

83. Kostishko В.М., Orlov A.M., Emelyanova T.G. Chemical treatment influence on the photoluminescence of porous silicon // Proc. of the Int. School-Conference "Physical problems in material science of semiconductors". Chernovtsy (Ukraine). 1995. P. 136.

84. Степанов В.И. Квантоворазмерные эффекты в фотолюминесценции пористого кремния // Известия АН. Серия Физическая. 1994. Т. 58. № 7. 71-77.

85. Днепровский B.C., Караванский В.А., Климов В.И., Маслов А.П. Эффект размерного квантования и сильные оптические нелинейности в пористом кремнии // Письма в ЖЭТФ. 1993. Т. 57. № 7. 394-397.

86. Компан М.Е,, Шабанов И.Ю. Наблюдение существования размерных эффектов на фрагментах пористого кремния // ФТТ. 1994. Т.36. №8. 2381-2387.

87. Аверкиев Н.С., Аснин В.М., Марков И.И. и др. Квантово-размерные свойства слоев пористого кремния // Труды ФТИАН. 1994. Т.7. 67-71.

88. Voos М., Uzan, Dolatande. et al. Visible photoluminescence from porous silicon: a quantum confinement effect mainly due to holes? // Appl. Phys. Lett. 1992. V.61. NlO.P.1213-1215.

89. Sanders G.D., Chang Y.-C. Theory of optical properties of quantum wires in porous silicon// Phys. Rev. В., 1992. Vol. 46. №11. P. 9202-9213.

90. Решина И.И., Гук Е.Г. Комбинационное рассеяние и люминесценция пористого кремния // ФТП. 1993. Т.27. №5. 728-735.

91. Бреслер М.С, Ясиевич И.Н. Физические свойства и фотолюминесценция пористого кремния // ФТП. 1993. Т. 27. N 5. 871-883.

92. Takagahara Т., Takeda К. Theory of the quantum confinement effect on excitations in quantum dots of indirect-gap materials // Phys. Rev. B. 1992. Vol. 46. N23. P. 15578-15581.

93. Зимин СП., Комаров Е.П., Рябкин Ю.В. Процессы переноса носителей заряда в структ>'рах с толстыми слоями пористого кремния // Изв. вузов. Электроника. 2000. Вып. 1. 15-20.

94. Петров А.В., Петрухин А.Г. Оптическое заряжение пористого кремния // ФТП. 1994. Т. 28. Вып. 1. С 82-89.

95. Лешок А.А., Германенко И.Н., Гапоненко СВ. и др. Фотолюминесцентные свойства полимерных композиции с нанокристаллическим кремнием // Ж. прикл. Спекгроскопии. 1994. Т.61. №3-4. 237-240.

96. Dittrich Th., Timoshenko V.Yu. Influence of H2O atmosphere on the photoluminescence of HF passivated porous silicon // J. Appl. Phys. 1994. V.75. №10.P.5436-5437.

97. Banerjee S., Narasimhan K.L., Sardesai A. Role of hydrogen- and oxygen- terminated surfaces in the luminescence of porous silicon // Phys. Rev. B. 1994. V.

99. Borghesi A., Guizzetti G., Sassella A. et al. Induction-model analysis of Si-H stretching mode in porous silicon // Solid State Commun. 1994. V.89. №7. P.615-619.

100. Журавлев K.C, Степина Н.П., Шамирзаев Т.С и др. Кинетика затухания и возрастания фотолюминесценции пористого кремния под действием непрерывного лазерного излучения // ФТП. 1994. Т.28. №3. 482-487.

101. Ксие И.Х., Германенко И.Н., Воронин В.Ф. и др. Фотодеградация пористого кремния при импульсном возбуждении // ФТП. 1995. Т.29. Вып.4. 673-677.

102. Stevens P.D., Glosser R. Anomales photoluminescence behavior of porous silicon //Appl. Phys. Lett. 1993. V. 63. P. 803-805.

103. Collins R.T., Tischler M.A., Stathis J.H. Photoinduced hydrogen loss from porous silicon//Appl. Phys. Lett. 1992. V.61. N14. P.1649-1651.

104. Nishilini H., Nakata H., Fujivvara Y. et al. Lihgt-induced degradation and recovery of visible photoluminescence in porous silicon // Jap. J. Appl. Phys. Pt.2. 1992.V.3LP.L1577-L1579.

105. Searson P.C, Macaulay J.M., Prokes S.M. The formation, morfology and optical properties of porous silicon structure //J. Electochem. Sec. 1992. V.139. №ll.P.3.373-3378.

106. Компан M.E., Шабанов И.Ю., Беклемишин В.И.. О первичной люминесценции пористого кре.мния // ФТП. 1996. Т.ЗО. Вьш.6. 1095-1103.

107. Богонин И.А., Иошкин В.А., Найденков М.Н. и др. Взаи.мосвязь интенсивности и положение пика фотолюминесценции пористого кремния в зависимости от технологии его получения и мощности накачки // Микроэлектроника. 1995. Т.24. №2. 136-139.

108. Hashimoto А., Iwata К., Ohkubo М. et al. New laser ablation phenomenon of the porous silicon films by focused N2 pulse laser irradiation //J. Appl. Phys. 1994.V.75. N10. P.5447-5449.

109. Tischler M.A., Collins R.T., Sathis J.H. et al. Luminescence degradation in porous silicon //Appl. Phys. Lett. 1992. V.60. P.639-641.

110. Xiao Y., Heben M.J.. Mc Cullough J.M. et al. Enchancement and stabilization of porous silicon photoluminescence by oxygen incoфoration with a remote-plasma treatment //AppL Phys. Lett. 1993. V.62. P.l 152-1154

111. Yokomichi H., Takakura H., Kondo M. Electron spin resonance centers and light-induced effects in porous silicon //Jap. J. Appl. Phys. Pt.2. 1993. V.32. N3B-P.L365-L367.

112. К0СТИШК0 Б.М., Орлов A.M., Емельянова Т.Г. Деградация фотолюминесценции пористого кремния при электронном облучении // 2-ая Российская конференция по физике полупроводников РКФ1Т96. Г.Зеленогорск. 1996 г. Тезисы докладов. Т.2. 211.

113. Орлов A.M., Костишко Б.М., Емельянова Т.Г. Кинетика фотолюминесценции химически обработанного пористого кремния при непрерывном лазерном облучении //Неорганические материалы. 1996. Т.32. №9. 1035-1038.

114. Костишко Б.М., Емельянова Т.Г., Орлов A.M. Влияние химической обработки на фотолюминесценцию порил-ого кремния //Ученые записки Ульяновского государственного университета «Твердотельная электроника». 1996.T.1.C.I54-159.

115. Dahn J.R., Way В.М., Fuller E.W. et al. X-ray diffraction and x-ray аЬ50ф11оп studies of porous silicon, siloxene, heat-treateed siloxene, and layered polysilane //J. Appl.Phys. 1994. V.75. N4. P. 1946-1951.

116. Chang C.S., Lue G.I. Photoluminescence and Raman studies of porous silicon under various temperatures and light illuminations//Thin Solid Films. 1995. V.259. №>2. P.275-280.

117. Zoubir N., Vergnat M., Deiatour T et al. Natural oxidation of annealed chemically etched porous silicon /AFhin Solid Films. 1995. V.255. №1-2. P.228-230.

118. Kolic K., Borne E., Garsia Perez M.A. Luminescence of porous multicrystalline Sii.xGex alloys//Thin Solid Films. 1995. V.255. X21-2. P.279-281.

119. Быковский Ю.А., Караванскин B.A., Котковский Г.Е. и др. Фотофизические процессы, стимулированные в нанопористом кремнии мощным лазерным излучением // ЖЭТФ. Т. 117, вып. 1. 136-144.

120. Корсунская Н.Е., Торчинская Т.В., Джумаев Б.Р.. Два источника возбуждения фотолюминесценции пористого кремния //ФТП. 1997. Т.31. Вып.8. 908-911.

121. Шатковский Е., Верцинский Я.. Фотолюминесценция в пористом кремнии при интенсивном лазерном обл>'чении // ФТП. 1997. Т.31. Вып.5. 593-596.

122. Компан М.Е., Новак И.И., Шабанов И.Ю. Исследование аномальных релаксационных процессов в люминесценции ПК // ФТТ. 1995. Т.37. №2. 359-367.

123. Banergee S., Narasimhan K.L., Asyub P. et al. Origin of luminescence in porous silicon//Solid State Commun. 1992. V.84. №6. P.691-693.

124. Голубев В.Г.. Жерздев A.B., Мороз Г.К. и др. Сильнсу; фотоиндуцированное увеличение интенсивности люминесценции анод)Ю окисленного пористого кремния //ФТП. 1996. Т.ЗО. Вып.5. 852-863,

125. Астрова Е.В., Лебедев А.А., Ременюк А.Д. и др. Трансформация спектров зеленой фотолюминесценции пористого кремния // Письма в ЖТФ, 1994, Т. 20. вып. 13,С.30-33.

126. Brandt M.S., Fuchs H.D., Stutzmann М, et al. The origin of visible luminescence from "porous silicon": a new inteфretation//Sol. St. Commun. 1992. V.81.№307.P.307-312.

127. Корсунская H.E., Торчинская T.B., Джумаев Б.Р. и др. Зависимость фотолюминесценции пористого Si от состава вещества на поверхности кремниевых нитей //ФТП. 1996. Т.ЗО. Вып.8. 1507-1515.

128. Fuchs H.D., Stutzmann М., Brandt M.S.et al. Porous silicon and siloxene: vibrational and structural properties //Phys. Rev. B. 1993. V.48. N11. P.8172-8189,

129. Бондаренко В.П., Дорофеев A.M., Левченко В.И. и др. Метод управления параметрами люминесценции пористого кремния в видимой области спектра // Письма в ЖТФ. 1994. Т.20. №8. с.61-65.

130. Emelyanova Т.О., Kostishko В.М.. Composition researches of porous silicon and electronic irradiation influence on them // Proc. 9* Annual Conference of the International Association of Physics Students lAPS. 1994. St. Petersburg. P,46-49,

131. Костишко Б.М., Орлов A.M., Емельянова Т.Г. Электронно- стимулированное гашение фотолюминесценции пористого кремния // Неорган, материалы. 1996. Т. 32. № 12. 1432-1435.

133. Астрова Е, В., Витман Р. Ф., Емцев В. В. и др. Влияние у - облучения на свойства пористого кремния // ФТП. 1996. Т. 30. Вып. 3. 507-509.

134. Краткая химическая энщклопедия. Т.2. Под редакцией Кнунянца И.Л., Бахаровского Г.Я., Бусева_ Л.И. и др. М,: Гос. научное изд-во "Сов. энциклопедия", 1963. 1088

135. Справочник химика. Т.1. Под ред. Никольского Б.П. и др. М.-Л.: Химия, 1996. 1072

136. Киселев А.В., Лыгин В.И.. Инфракрасные спектры поверхностных и адсорбированных веществ // М.: Наука, 1972.236 с.

137. Балагуров Л.Д., Павлов В.Ф., Петрова Е.А., Воронина Г.П. Исследование пористого кремния и его старения методами полного внешнего отражения рентгеновских лучей и инфракрасной спектроскопии // ФТП. 1997. Т. 31. Вып.

138. Liao W.S., Lee S.C. Water-induced room-temperature oxidation of SI-H and - Si-Si- bonds in silicon oxide // J.Appl. Phys. 1996. Vol. 80. N 2. P. 1171-1176.

139. Копылов A.A., Холодилов A.H, Инфракрасное поглощение в пористом кремнии, полученном в электролитах, содержащих этанол // ФТП. 1997. Т. 31. Вып. 5. 556-558.

140. Волькенштейн Ф.Ф. Электронные процессы на поверхности полупроводников при хемосорбции. -Москва: -Наука. -1987. 431 с.

141. Астрова Е.В., Лебедев А.А., Ременюк А.Д. и др. Поглощение и фотолюминесценция свободного пористого кремния // ФТП, 1995. Т. 29. Вып.

143. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления. Т. 2. М.: Наука. 1985.560 с. ^

144. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1973. 832

145. Болтакс Б.И. Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках. Л.: Наука, 1972.384 с.

146. Исполин В.Н., Фоминский В.Ю., Вьюков Л.А. и др. Низкотемпературное фотоиндуцирвоанное удаление углерода с поверхности кремния // Поверхность. Физика, химия, механика. 1995. T.I. №1. 22-28.

147. Зотеев А.В., Кашкаров П.К., Киселев В.Ф. Лазерно-индуцированные атомные и молекулярные процессы па поверхности полупроводников // Поверхность. Физика, химия, механика, 1993. №5. 97-109.

148. Bertolutti М., Carassiti F., Fazio Е. et al. Porous silicon obtained by anodization in the transition regime //Thin Solid Films. 1995. V.255. №1-2. P.152-154.

149. Sabet-Dariani R., Haneman D., Hoffman A. et al. Composition of porous silicon in. Appl. Phys. 1993. V.73. N5. P.2321-2325. "*

150. Delley В., Steigmeier E.F. Quantum confinement in Si nanocrystals // Phys. Rev. B. 1993. V.47. N3. P.1397-1340.

151. Zhao X., Schoonfeld O., Aoyagi Y. et al. Microstructure and photoluminescence of nanocrystalline silicon thin films // J. Phys. D. 1994. V.27. №7.P.1575-1578.

152. Jennison D.R. Understanding core-valence-valence Auger linershapes //J. Vac. Sci. Techno!. 1982. V.20. N.3. P.548-553.

153. Feibelman P.J., McGuire E.J. Valence-band Auger line shapes for Si surfaces: Simplified theory and corrected numerical results // Physical Review B. 1978. V. 17. N.2. P.690-698.

154. Smith M.A., Levenson L.J. Valence-band information from the Auger K W spectrum of graphite // Physical Review B. 1977. V. 16. N.6. P.2973-2977.

155. Lund СР., Clare B.W., Cornish C.L. et al. Auger lineshape analysis of desorder and rehydrogenation induced changes in the electronic structure of silicon surfaces // Aust. J. Phys. 1980. V. 43. P.535-542.

156. Martinez V. Global methods in the inversion of a self-convolution // J. of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 1979. V. 17. P. 33-43.

157. Ramaker D.E., Murday J.S., Yumer N.H. Extracting Auger lineshapes from experimental data // // J. of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 1979. V,

158. Калиткин H.H. Численные методы. М.: Наука. 1978. 512 с.

159. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персоналы1ых ЭВМ. М.: Наука, 1989.240 с.

160. Dorigoni L., Pavesy L., Bisi О. et al,"1^uger lineshape analysis of porous silicon. Experimental and theory // Thin Solid Filn-.i. 1996. V.276. №1-2. P.244-247.

161. Орлов A.M., Синдяев A.B. Нестабильность фотолюминесценции пористого кремния //ЖТФ, 1999. Т. 69. Вып. 6. 135-137.

162. Костишко Б.М., Тулвинский З.Б., Нагорнов Ю.С., Апполонов СВ. Электронно-стимулированное изменение атомного состава поверхности пористого кремния // Материалы совещания "Нанофотоника", Нижний Новгород, 1999. 203-206.

163. Джафаров Т.Д. Радиационно-стимулированная диффузия в полупроводниках. М.: Наука. 1991. 264

164. Константинова Е.А., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. Особенности спиновых цешров на поверхности пористого кремния // Поверхность, 1996. Вып.2. 32-35.

165. Орлов A.M., Скворцов А.А., Клементьев А.Г. и др. Адсорбционные изменения на поверхности пористого кремния в процессе естественного и высокотемпературного старения // Письма в ЖТФ, 2001. Т. 27. Вып. 2. 76-83.

166. Физические величины. Справочник. Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. -Москва: -Энергоатомиздат. -1991. 1232 с.

167. Зимин СП. Концентрация носителей заряда в монокристаллической матрице пористого кремния // Письма в ЖТФ. 1995. Т.21. вып.24. 46-50.

168. Маден А., Шо М. Физика и применение аморфных полупроводников, М.: Мир, 1991.670 с.

169. Шервуд Т., Пифорд Р., Уилки Ч. Массопередача, М.: Химия, 1982. 695 с

170. Костишко Б.М., Нагорнов Ю.С. Механизмы гашения фотолюминесценции пористого кремния электронным облучением различно!! интенсивности // Письма в ЖТФ, 2001. Т. 27. Вып. 19. 58-65.

171. Костишко Б.М., Нагорнов Ю.С. Влияние интенсивности электронного обл>"ч:сния на фотолюминесценцию пористого кремния // Труды XI межнационального совещания "Радиационная физика твердого тела". Севастополь, 2001. 181-185.

172. Шур М. Физика полупроводниковых приборов, М.: Мир. 1992. кн, 1. 479 с.

173. Zimin S.P., Zimin D.S., Ryabkin Yu.V. and Bragin A.N. Electron irradiation influence on porous silicon electrical parameters // Phys. Stat. Sol. (a), 2000. V.182. P.221-225.

174. Harris G.L., Jackson К,Н., Felton G.J. et al. Low pressure growth of single crystal silicon carbide // Materials Letters, 1986. V. 4. N 2. P. 77-80.

175. Костишко Б.М., Атажанов Ш.Р., Миков Н. Фотолюминесценция и деградационные свойства карбонизированного пористого кремния // Письма в ЖТФ, 1998, Т. 24, Вып, 16. С, 24-30,

176. Kanemitsu Y., Ogawa Т., Shiraishi К., Takeda К. Visible photoluminescence from oxidized Si nanometer-sized spheres: Excitation confinement on a spherical shell // Phvs. Rev. В., 1993. V. 48. N 7. P. 4883-4886.

177. Deak P., Roscnbauer M., Stutzmann M., Weber J., Brandt M.S. Siloxen: chemical quantum confinement due to oxygen in a silicon matrix // Phys. Rev. Lett., 1992. V. 69. P. 2531-2534.

178. Кузнецов B.C., Проказников A.B. Явления самоорганизации при деформационно-тепловой неустойчивости в ходе анодного травления кремния в растворе HF // Письма в ЖТФ. 1999. Т. 25. Вып. 6. 81-88.

179. Fossum J.G., Mertens R.P., Lee D.S. et al. // Solid State Electron. 1983. Vol.

180. Tyagi M.S., Overstraaten R. // Solid State Electron. 1983. Vol. 26. P. 577-583.

181. Кашкаров П.К., Константинова E.A., Тимошенко В.Ю. Механизмы влияния адсорбции молекул на рекомбинационные процессы в пористом кремнии // ФТП, 1996. Т. 30. Вып. 8. 1479-1490.

182. Костишко Б.М., Орлов A.M., Гончар Л.И. Стехиометрия и свойства нелегированных пленок оксида индия, пол>'ченных реактивным испарением // Неорган, материапы. 1997, Т. 33. N 8. 968-971.

183. Костишко Б.М., Гончар Л.И. Температурная зависимость состава оксидных пленок, полученных при различных режимах термического испарения // Поверхность. 1999. N 3. 48-51.

184. Федоренко Л.Л., Сардарлы А.Д., Каганович Э.Б. и др. Релаксационные спектры фотолюминесценции пористого кремния, полученного химическим травлением лазерномодифицированного кремния // ФТП, 1997. Т. 31. № 10. 6-10.

185. Кашкаров П.К., Константинова Е.А., Петров А., Тимошенко В.Ю., Юнович А.Э. К вопросу о температурной зависимости фотолюминесценции пористого кремния // ФТП, 1997. Т. 31. № 6. 745-748.

186. Astrova E.V., Lebedev А.А., Remenuk F.D., Rud' Yu.V. Photoluminescence spectra of «green» porous silicon // Jap. J. Appl. Phys. Pt. L, 1995. V. 34. N 1. P.251-253. ^

187. Костишко Б.М,, Гончар Л.И. Аномальная эволюция фотолюминесценции пористого кремния в электрическом поле // Письма в ЖЭТФ, 1997. Т. 66. Вып.

188. Kostishko В.М., Atazhanov Sh.R., Mikov S.N., Koltsova L.V., Puzov LP. Photoluminescence and degradation properties of the carbonized porous silicon // Phys. Low-Dim. Struct., 1999. V. 7/8. P. 155-162.

189. Kostishko B.M., Appolonov S.V., Kostishko A.E. Fluorine surface concentration charge during the argon-oxygen ion treatment of porous silicon // Applied Surface Science. 2002. V. 189 . 113-118.

190. Каспаров K.H., Лакоза Л.В. Компенсация заряда поверхности диэлектрика в масс-спектрометре МС-7201 //Приборы и техника экспериме1гга. 1992. № 6. 156-157.

191. Yoshishiko К., Tetsuo О., Kenji Sh, et al. Visible photoluminescence from oxidized Si nanometer-sized spheres: Exciton confinement on a spherical shell // Phys. Rev. B. 1993. V. 48. N 7. P. 4883-4886.

192. Сошников И.П., Лунев A.B., Гаевский М.Э. и др. Формирование развитой морфологии на поверхности фосфида индия при распылении ионными пучками аргона // ЖТФ. 2001. Т. 71. Вып. 7. 106-110.

193. Petrova-Koch V., Muschik Т., Kux А. et al. Rapid-thermal-oxidized porous Si - the superior photoluminescent Si // Appl. Phys. Lett. 1992. V. 61. N 8. P. 943-945.

194. Morisako H., Hashimoto H., Ping F.W. et al. Strong blue light emission from an oxygen-containing Si fine structure // J. Appl. Phys. 1993. V. 74. N 4. P. 2977-2979.

195. Mimura H.. Futagi Т.. Matsumoto T. Ft al. Blue lisht emission from rapid- thermal-oxidized porous silicon// Jpn. J. Appl. Phys. 1994. V. 33. P. 586-589.

196. Zhu M., Chen G., Chen P. Green/blue light emission and chemical feature of nanocrystalline silicon embedded in silicon oxide thin films // Appl. Phys. A. 1997. V.65.P. 195-198.

197. Король Е.Б., Киккарин СМ. Влияние отжига в различных атмосферах на фотолюминесценцию пористого кремния // Письм.4 в ЖТФ. 2000. Т. 26. Вып. 6. 1-4.

198. Mirzakuchaki S., Hajsaid М., Golestanin Н. Et al. Selective areas deposition of diamond thin films on patterns of porous silicon by hot-filament chemical vapor deposition // Appl. Phys. Lett. 1995. V. 67. N 24. P. 3557-3559.

199. Yan F., Bao X., Wu X. Photoluminescence spectra of Сбо molecules embedded in porous silicon // Appl. Phys. Lett. 1995. V. 97. N 23. P. 3471-3473.

200. Kostishko Б.М., Atazhanov Sh.R., Puzov LP., Salomatin S.Ya., Nagornov Yu.S. Significance of hetero-junctions in photoluminescence of carbonized porous silicon // Phys. Low-Dim. Struct. 1999. V.I 1/12. P. 1-6.

201. Дудченко Г.Н., Красильников Н.А. Рентгеноструктурный анализ и электронная микроскопия - Ульяновск: -1994. 92

202. Иверонова В.И., Ревкевич Г.П. Теория рассеяния рентгеновских лучей. - Москва:-1972.246

203. Hofmann М., Zywietz А., Karch К. et al. Lattice dynamics of SiC polytypes within the bond-charge model // Phys. Rev. B. 1994. V. 50. № 18. P. 13401-13411.

204. Richter H., Wang Z., Ley L. The one-phonon Raman spectrum in microcr>-stalline silicon // Solid State Communications. 1981. V. 39. P. 625-629. ^ ^1