Перенос носителей заряда в слоях пористого кремния с различной формой и поверхностным покрытием нанокристаллов

Мартышов, Михаил Николаевич

Перенос носителей заряда в слоях пористого кремния с различной формой и поверхностным покрытием нанокристаллов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Мартышов, Михаил Николаевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Перенос носителей заряда в слоях пористого кремния с различной формой и поверхностным покрытием нанокристаллов»

Автореферат диссертации на тему "Перенос носителей заряда в слоях пористого кремния с различной формой и поверхностным покрытием нанокристаллов"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. Ломоносова

ФИЗИЧЕСКИИ ФАКУЛЬТЕТ

003477917

На правах рукописи

Мартышов Михаил Николаевич

ПЕРЕНОС НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В СЛОЯХ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ С РАЗЛИЧНОЙ ФОРМОЙ И ПОВЕРХНОСТНЫМ ПОКРЫТИЕМ НАНОКРИСТАЛЛОВ

Специальность 01.04.10 - физика полупроводников

- 1 окт 2009

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2009

003477917

Работа выполнена на кафедре общей физики и молекулярной электроники физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

доктор физико-математических наук, профессор П.К. Кашкаров

доктор физико-математических наук, профессор А.Г. Казанский

кандидат физико-математических наук, Б.А. Аронзон

Ведущая организация:

Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности

Защита состоится " 15 " октября 2009 года в ]1_ часов на заседании Диссертационного совета Д 501.001.70 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119991 ГСП-1 Москва, Ленинские горы, д.1, стр. 35, конференц-зал Центра коллективного пользования физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан сентября 2009 года Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501.001.70 доктор физико-математических наук, профессор

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одним из наиболее быстро развивающихся в настоящее время направлений современной физики твёрдого тела является исследование электрических и фотоэлектрических свойств полупроводниковых низкоразмерных систем. Так, например, в литературе исследуются фундаментальные проблемы резонансного туннелирования носителей заряда в слоях вертикально упорядоченных нанокристаллов и вопросы кулоновской блокады в случае прохождения носителей заряда сквозь одиночный нанокристалл [1-3]. Наиболее актуальным является изучение полупроводниковых нанокристаллов и квантовых точек, состоящих из кремния, поскольку этот материал составляет основу современной полупроводниковой электроники. На данный момент широко обсуждаются возможности создания светоизлучающих диодов, одноэлектронных транзисторов и устройств памяти на основе кремниевых нанокристаллов [4-5].

На протяжении последних нескольких десятков лет внимание исследователей привлекает пористый кремний (ПК), что связано с перспективами его использования в оптоэлектронике, сенсорике и медицине. Кроме того, ПК может рассматриваться как удобный модельный объект для изучения оптических и фотоэлектрических свойств систем, содержащих ансамбли связанных кремниевых нанокристаллов, поскольку он довольно прост в получении и его структурные свойства легко варьируются в процессе роста.

Недавно было обнаружено, что ПК с анизотропией формы нанокристаллов обладает заметным двулучепреломлением [6]. Большинство работ посвящено исследованию линейных [6,7] и нелинейных [8] оптических свойств анизотропного ПК. Однако особенности переноса носителей заряда в анизотропном ПК не изучены. Также в литературе не обсуждаются механизмы рекомбинации неравновесных носителей заряда в таком материале. В то же время, изучение указанных вопросов является важным для понимания фундаментальных электрических и фотоэлектрических свойств ансамблей кремниевых нанокристаллов.

Перспективность использования ПК в газовых сенсорах связана с его большой удельной поверхностью, достигающей величины ~ 900 м2/см3 [9]. Это обуславливает высокую адсорбционную активность ПК, вследствие чего окружающая среда оказывает заметное влияние на его оптические и электрические свойства. К настоящему времени подробно изучено влияние адсорбции различных газов на спектры ИК-поглощения и определяемую из них концентрацию свободных носителей

заряда [10-12]. Одним из простейших газовых сенсоров на основе пористого кремния является прибор, регистрирующий изменение величины электропроводности ПК в процессе адсорбции. Однако исследованиям влияния адсорбции на электрические и фотоэлектрические свойства ПК внимания практически не уделено. Кроме того, совместное измерение электропроводности и концентрации свободных носителей заряда из спектров ИК-поглощения (в случае заметного поглощения на свободных носителях заряда) позволяет оценить величину подвижности по проводимое™ носителей заряда в ПК и влияние на нее адсорбции.

Помимо адсорбции, одним из способов изменения поверхностного покрытия нанокристаллов в ПК является термический отжиг. До сих пор практически все работы были посвящены исследованию термического отжига на структурные и оптические свойства ПК. В тех же работах, где исследуется электропроводность ПК, не используются никакие другие экспериментальные методы (например, ИК-спектроскопия) для анализа изменения локального окружения кремниевых нанокристаллов. Также нет данных о влиянии размеров (в основном исследован микро-ПК) и формы нанокристаллов на перенос носителей заряда при термическом окислении ПК.

Цель настоящей диссертационной работы - проведение систематических исследований влияния формы нанокристаллов и их поверхностного состояния на механизмы переноса носителей заряда в слоях пористого кремния.

Основные научные задачи работы:

1. Исследование электропроводности (измеряемой как на постоянном, так и на переменном сигналах) ПК, обладающего анизотропией формы нанокристаллов.

2. Разработка модели механизма переноса носителей заряда в анизотропном

ПК.

3. Проведение исследований фотоэлектрических свойств анизотропного ПК. Разработка модели рекомбинации неравновесных носителей заряда в анизотропном ПК.

4. Изучение влияния адсорбции активных молекул (йода и аммиака) на величину электропроводности и подвижности носителей заряда в слоях ПК р- и п-типа проводимости.

5. Исследование влияния термического окисления на концентрацию свободных носителей заряда, электропроводность, подвижность и фотопроводимость ПК.

Для решения поставленных задач был применен комплекс методов исследования, включающий методы определения электрических и фотоэлектрических параметров на постоянном токе (электропроводность, фотопроводимость), импеданс-спектроскопию, инфракрасную фурье-спектроскопию. Все эксперименты по адсорбции проводились с использованием современного безмаслянного вакуумного оборудования.

Достоверность полученных результатов определяется использованием современных взаимодополняющих экспериментальных методик, согласием полученных экспериментальных данных на различных образцах ПК, а также сопоставлением данных экспериментов с данными работ других авторов, выполненных на подобных образцах.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации:

1. Обнаружено, что значения электропроводности и фотопроводимости анизотропного ПК, измеряемые вдоль направления максимального размера кремниевых нанокристаллов, заметно превышают соответствующие значения, измеряемые вдоль направления минимального размера нанокристаллов.

2. Исследовано влияние частоты переменного сигнала на анизотропию электропроводности. Установлено, что анизотропия электропроводности уменьшается с увеличением частоты переменного сигнала, но остается достаточно большой вплоть до частот -10 МГц.

3. Разработана модель, объясняющая анизотропию электропроводности ПК, измеряемую как на постоянном, так и переменном сигналах.

4. На основе детального исследования фотоэлектрических свойств анизотропного ПК предложена модель рекомбинации неравновесных носителей заряда, позволяющая объяснить анизотропию фотопроводимости.

5. Представлена новая информация о влиянии адсорбции активных молекул (йода и аммиака) на электропроводность и подвижность свободных носителей заряда в ПК. Установлено, что с помощью адсорбции указанных выше молекул можно существенно, на несколько порядков, увеличить электропроводность ПК. Предложена модель, объясняющая резкий рост электропроводности в результате адсорбции.

6. Показано, что термическое окисление приводит к увеличению анизотропии электропроводности и фотопроводимости ПК за счет изменения подвижности носителей заряда в нем.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В анизотропном ПК электропроводность и фотопроводимость вдоль кристаллографического направления с максимальным размером нанокристаллов значительно превышают электропроводность и фотопроводимость соответственно вдоль направления минимального размера нанокристаллов. Наблюдается также различие в энергиях активации температурных зависимостей электропроводности, определяемой вдоль различных кристаллографических направлений.

2. Электропроводность анизотропного ПК немонотонно зависит от частоты переменного сигнала. При этом анизотропия электропроводности уменьшается с частотой. Наблюдаемые частотные зависимости электропроводности и емкости ПК описываются эквивалентной схемой, учитывающей сопротивление и емкость потенциальных барьеров на границах кремниевых нанокристаллов и на границах ПК с металлическими электродами.

3. Перенос носителей заряда в исследованных образцах ПК (с размером нанокристаллов 10-100 нм) происходит по делокализованным состояниям кремниевых нанокристаллов. Энергия активации электропроводности определяется положением уровня Ферми относительно края соответствующей зоны (валентной или проводимости) и высотой потенциальных барьеров на границах кремниевых нанокристаллов. Анизотропия электропроводности связана как с различным числом потенциальных барьеров вдоль разных кристаллографических направлений, так и их высотой.

4. Адсорбция донорных молекул на образцы мезопористого кремния п-типа и акцепторных молекул на образцы р-типа приводит к резкому росту электропроводности, который объясняется как увеличением концентрации свободных носителей заряда, так и их подвижности.

5. При термическом окислении слоёв мезопористого кремния увеличивается анизотропия электропроводности и фотопроводимости за счет усиления анизотропии подвижности носителей заряда.

Научная и практическая значимость работы. Полученные в работе результаты характеризуют зависимость электрических и фотоэлектрических свойств пористого кремния от формы кремниевых нанокристаллов и их поверхностного

покрытия. С практической точки зрения эти данные могут быть использованы при создании различных типов электронных и сенсорных устройств на основе ПК. Результаты исследований могут быть использованы для анализа физических свойств систем, содержащих ансамбли связанных кремниевых нанокристаллов.

Личный вклад. Большинство исследованных образцов были изготовлены автором диссертационной работы лично. Роль диссертанта в экспериментальных исследованиях и теоретическом анализе полученных результатов является определяющей.

Апробация результатов работы. Результаты, вошедшие в диссертацию, опубликованы в 13 работах, из которых 5 статей в научных журналах и 8 тезисов конференций. Апробация проходила на следующих конференциях: 7 всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, 2005; V международная конференция "Аморфные и микрокристаллические полупроводники", Санкт-Петербург, 2006; 3rd International Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics, Кишинев, Молдавия, 2006; Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам "Ломоносов-2007", секция "Физика", Москва, 2007; NATO Advanced Study Inctitute "Sensors for Environment, Health and Security: Advanced Materials and Technologies", Vichy, Франция, 2007; 4й1 International Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics, Кишинев, Молдавия, 2008; 6 Курчатовская молодежная научная школа, Москва, 2008; Десятая международная научно-практическая конференция "Современные информационные и электронные технологии", Одесса, Украина, 2009.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, основных выводов, списка публикаций автора и списка цитируемой литературы. Общий объем работы составляет 115 страниц машинописного текста, включающих 56 рисунков и 5 таблиц. Библиография содержит 106 наименований.

В руководстве работой активное участие принимал доцент П.А. Форш.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, поставлены задачи исследований, отмечена научная новизна полученных результатов и их практическая ценность, приведены положения, выносимые на защиту,

представлен перечень конференций, в рамках которых происходила апробация работы.

В первой главе представлен обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных изучению структурных, оптических и фотоэлектрических свойств ПК. В разделе 1.1 описаны методы получения ПК, перечислены основные модели, описывающие процесс образования пор. Рассмотрены также структурные свойства ПК, перечислены факторы, определяющие морфологию пор и кремниевых нанокристаллов. Представлены данные сканирующей электронной микроскопии для образцов ПК, обладающих различными структурными свойствами.

Раздел 1.2 посвящен свободным носителям заряда и определению их концентрации при помощи ИК-спекгроскопии. В разделе 1.2.1 приведен обзор работ, связанных с изучением химического состава поверхности ПК методом ИК-спекгроскопии. Представлена таблица, в которой указаны основные полосы ИК-поглощения в ПК. Раздел 1.2.2 посвящен свободным носителям заряда (СНЗ) в мезо-ПК. Описан способ расчета концентрации СНЗ в ПК, базирующийся на анализе положения плазменного минимума в спектре ИК-отражения с использованием классической модели Друде. В разделе 1.2.3 представлены данные по влиянию адсорбции активных молекул на электронные и оптические свойства мезо-ПК.

В разделе 1.3 проведен анализ работ, посвященных переносу свободных носителей заряда в ПК. Явления, происходящие на границе ПК с металлом и кремниевой подложкой, описаны в разделе 1.3.1. Отмечено, что свойства контакта металл-ПК могут изменяться в зависимости от структурных свойств ПК, в частности от размера кремниевых нанокристаллов. Так, например, на границе алюминия и ПК всегда возникает потенциальный барьер, вследствие чего переход является выпрямляющим. Однако в случае высокого уровня легирования кремния барьер становится узким и за счет процессов эффективного туннелирования переход алюминий/кремний становится омическим (невыпрямляющим). Также в данном разделе приведены выражения, описывающие наблюдаемые в некоторых работах вольт-амперные характеристики ПК. Отмечается, что нелинейность вольт-амперных характеристик ПК при больших напряжениях смещения может объясняться эффектом Пула-Френкеля.

В разделе 1.3.2 проведено сравнение электрических свойств ПК с различным размером нанокристаллов. Показано, что в ПК с размером нанокристаллов < 5 нм квантово-размерные эффекты играют определяющую роль в транспорте свободных носителей заряда. Обычно, в таком материале преобладает прыжковый механизм проводимости по локализованным состояниям нанокристаллов. Однако есть данные и о возможности переноса носителей заряда по делокализованным состояниям слоя аморфного сплава кремния с водородом и кислородом, расположенного на поверхности кристаллов кремния в ПК. Имеющийся в литературе разброс в экспериментальных данных и их интерпретации может объясняться тем, что перенос носителей заряда в ПК в значительной степени зависит от величины пористости, диаметра пор, размеров обедненных областей, от эффективности процессов захвата носителей на ловушки и т.д.

В случае ПК с размером нанокристаллов более 5 нм, квантово-размерный эффект пренебрежимо мал. Однако исследованию переноса носителей заряда в таком материале в литературе внимания практически не уделено. В частности, не выяснена роль граничных состояний нанокристаллов и их формы на электропроводность ПК.

Раздел 1.3.3 посвящен исследованию фотопроводимости ПК. Приведены данные зависимости фототока от энергии падающих на ПК квантов света. Отмечается, что фотопроводимость ПК определяется не только структурой ПК, но и условиями измерения фотопроводимости: уровнем возбуждения, температурой, приложенным напряжением. В случае микро-ПК при большом приложенном напряжении наблюдается насыщение фототока, которое может быть объяснено в рамках квантово-размерной модели. Однако детальный анализ механизмов рекомбинации неравновесных носителей заряда в ПК в литературе отсутствует.

Влияние адсорбции на электропроводность слоев ПК рассмотрено в разделе 1.3.4. Приведены литературные данные об изменении электропроводности при адсорбции молекул N02, N0, ЫН3. Сообщается также о сверхлинейном росте электропроводности ПК р-типа с увеличением концентрации свободных носителей заряда при адсорбции молекул N02- Однако объяснение такого сверхлинейного роста в литературе не представлено. Не изучен также вопрос об изменении подвижности носителей заряда в результате адсорбции.

Свойства окисленного ПК описаны в разделе 1.3.5. Рассматриваются работы, в которых наблюдается значительное изменение оптических и электрических свойств окисленных образцов ПК по сравнению со свежеприготовленными. Показана возможность модификации свойств ПК посредством кратковременного термического отжига. В то же время отмечается, что большинство работ посвящено исследованию окисленных слоёв микро-ПК.

В заключении данной главы в разделе 1.4 сформулированы выводы из обзора литературы и поставлены задачи исследования.

Во второй главе приведены данные об изученных в работе образцах, описаны экспериментальные методики, с помощью которых проводились исследования.

Раздел 2.1 посвящен методике приготовления образцов. Слои мезо-ПК формировались на пластинах монокристаллического кремния р- и п-типа проводимости путем электрохимического травления в растворе плавиковой кислоты и этанола НР(48%):С2Н50Н при различных плотностях тока Толщины образцов контролировались с помощью оптического микроскопа. Пористость полученных образцов определялась гравиметрическим методом. В таблице 1 представлен перечень параметров приготовления, интегральные характеристики и используемые в работе обозначения образцов мезо-ПК. Термический отжиг образцов проводился с использованием специальной печи в атмосфере воздуха в течение 30 минут. Температура отжига варьировалась в диапазоне 150-450 'С.

Таблица 1. Перечень параметров приготовления, интегральные характеристики и обозначения образцов ПК.

Тип подложки Щ48%): С2Н,ОН Удельное сопротивление подложки, Омхм Плотность тока травления, мА/см2 Время травле ния, мин Пористость образца, % Образец

КДБ(ИО) 1:1 0.003-0.006 30 20 68 I

КДБ (100) 1:1 0.003-0.006 30 20 70 II

КЭМ(ЮО) 3:2 0.001-0.005 40 20 70 III

КДБ (110) 1:1 0.025-0.030 40 40 50 IV

Далее (раздел 2.2) описывается методика измерения электропроводности и фотопроводимости. Для исследования электрических свойств на поверхность ПК напылялись металлические контакты (алюминиевые, либо золотые) в двух различных конфигурациях, что позволяло исследовать перенос носителей заряда вдоль поверхности слоя и перпендикулярно ей. Электропроводность слоев ПК измерялась с помощью пикоамперметра Keithley 6487, обладающего высокой чувствительностью. Напряжение на образец подавалось с источника, встроенного в пикоамперметр.

Для измерения частотных зависимостей электропроводности и емкости использовался импеданс-анализатор HP 4192А, позволяющий проводить измерения в области частот f=5 Гц - 13 МГц.

Для определения фотопроводимости использовались либо GaAIAs светодиод с энергией испускаемых квантов hv=1.4 эВ и интенсивностью 4-Ю16 cm"V, либо HeNe лазер с интенсивностью 2-Ю18 cm'V.

Электрические и фотоэлектрические характеристики определялись в области температур Т=120-400 К.

В разделе 2.3 приведена методика регистрации ИК-спекгров. Измерение спектров пропускания инфракрасного излучения образцов ПК осуществлялось с использованием ИК-спекгрометра с обратным Фурье - преобразованием Bruker IFS 66v/S в спектральном диапазоне 6000 - 400 см"1 и разрешением 2 см"1. В разделе также описан метод расчета концентрации свободных носителей заряда в слоях мезо-ПК на основе ИК-спекгров пропускания.

В разделе 2.4 обсуждаются способы получения и очистки адсорбатов. Газообразный аммиак (NH3) был получен из его водного раствора путем двойной перегонки с осушением. В экспериментах использовался йод (12) (99,9%) марки ОСЧ.

В разделе 2.5 приведена методика адсорбционных измерений. Для проведения измерений на базе современного оборудования фирмы Varian была собрана экспериментальная установка, позволяющая достичь степени вакуумирования образца до 10"5 Topp. Конструкция вакуумной системы позволяла одновременно проводить измерения электропроводности и снятие спектров ИК-пропускания при адсорбции различных молекул.

Третья глава посвящена исследованию переноса носителей заряда в мезо-ПК, обладающим анизотропией формы нанокристаллов.

В разделе 3.1 приведены результаты экспериментов по изучению электропроводности анизотропного мезо-ПК на постоянном токе (образцы I). В данных образцах нанокристаллы кремния вытянуты вдоль кристаллографического направления [110]. Измерения электрических и фотоэлектрических свойств данных образцов проводились вдоль направления [110] и перпендикулярного ему направления [001] (в этом направлении размер кремниевых нанокристаллов наименьший). Исследования вольт-амперных характеристик (ВАХ) показали, что они являются нелинейными и симметричными относительно полярности приложенного напряжения. Нелинейность ВАХ может быть связана с наличием в исследованных слоях потенциальных барьеров. Эти барьеры могут существовать на границах нанокристаллов кремния. Причем нелинейность ВАХ в случае переноса носителей заряда вдоль направления [110] достаточно слабая, что говорит о малом влиянии потенциальных барьеров на перенос носителей заряда вдоль данного направления.

На рис. 1 представлены температурные зависимости темновой проводимости ad, измеренной вдоль кристалло1рафического направления [ПО] и [001]. Из рисунка видно, что наблюдается значительная анизотропия

проводимости, т.е. проводимость вдоль кристаллографического направления [НО] значительно выше проводимости вдоль направления [001] во всей области исследованных температур. Однако анизотропия проводимости

уменьшается с ростом температуры. Из рисунка также видно, что зависимости ad(T) имеют активационный характер, т.е. описываются уравнением:

Рис. 1. Температурные зависимости

темновой проводимости ПК для кристаллографических направлений [001] (1) и [ПО] (2). К образцу приложено напряжение Е/=5В.

а11=Соехр(-ЕА/кТ), где Ел - энергия активации, ац - предэкспоненциальный множитель, к - постоянная Больцмана. Значения энергий активации Ел достаточно сильно отличаются для направлений [001] и [ПО] и равны, соответственно, 0.45 и 0.30 эВ. В случае исследуемого мезо-ПК со средним размером нанокристаллов порядка 10+100 нм, квантово-размерный эффект не столь значительный, поэтому можно считать, что энергетическая зонная диаграмма для кремниевого нанокристалла такая же, как и для объемного кремния. В этом случае перенос носителей заряда (дырок) может происходить по делокализованным состояниям валентной зоны. Между нанокристаллами могут существовать потенциальные барьеры, образующиеся, например, за счет захвата носителей на поверхностные состояния. Наличие барьеров между нанокристаллами приводит к активационной зависимости подвижности носителей заряда: ц=цо-ехр(-Еъ/кТ), где Е/, - эффективная высота барьеров, к -постоянная Больцмана, Цо - предэкспоненциальный множитель. Анизотропия электропроводности может быть связана как с различным числом барьеров вдоль разных кристаллографических направлений, так и их высотой. Разница в значениях высот потенциальных барьеров объясняет наблюдаемое различие энергий активации электропроводности вдоль различных кристаллографических направлений. В диссертации приводятся возможные причины различий высот потенциальных барьеров вдоль рассматриваемых кристаллографических направлений.

В разделе 3.2 приведены данные о фотопроводимости анизотропного мезо-ПК. Во всей области исследованных температур величина фотопроводимости вдоль кристаллографического направления [ПО] выше, чем вдоль направления [001]. Относительное различие между величинами арИ вдоль кристаллографических направлений [001] и [ПО], так же как и между значениями темновой проводимости, уменьшается с повышением температуры. Анизотропия фотопроводимости может быть объяснена аналогично случаю темновой проводимости.

Исследования люкс-амперных характеристик показали, что при всех используемых интенсивностях падающего на образец излучения, фотопроводимость аР1, зависит от интенсивности света I по закону: Дсгрй= а-Р, где а - некоторая постоянная, а у- показатель степени люкс-амперной характеристики. Измерения были проведены при различных напряжениях смещения (и=5В, 10В) и при различных температурах (Т=300К, 200К). Анализ люкс-амперных характеристик показал, что

для всех зависимостей у принимает аномально малые значения (у <0.5). Значения показателя степени люкс-амперной характеристики может быть меньше 0.5 в случае туннельной рекомбинации [13]. В нашем случае неравновесные носители заряда (дырки) могут посредством туннелирования сквозь потенциальный барьер захватываться на локализованные состояния на границах нанокристаллов с аморфной фазой или порами, и далее рекомбинировать с электронами.

В разделе 3.3 проведены исследования электропроводности и ёмкости анизотропного мезо-ПК методом импеданс-спектроскопии. В результате анализа зависимости мнимой части импеданса (-1шг) от действительной (Яег) была предложена одна из возможных эквивалентных схем исследованной структуры, состоящая из двух параллельных ЯС-цепочек, соединенных последовательно между собой. Одна цепочка описывает влияние на перенос носителей заряда потенциальных барьеров на границах нанокристаллов, другую можно отождествить с сопротивлением (1^) и емкостью (С8) самой кремниевой структуры, уже без учета потенциальных барьеров. С помощью предложенной эквивалентной схемы в диссертации объясняются измеренные частотные зависимости электропроводности и емкости анизотропного мезо-ПК.

Данные об анизотропии электропроводности и ёмкости в случае переменного сигнала приведены в разделе 3.4. На рис. 2 показаны частотные зависимости анизотропии проводимости,

определяемой как отношение

проводимости 01 (вдоль

направления [ПО]) к

10° 101 102 1 03 1 04 1 05 1 0е 107 ЬГц

Рис. 2. Частотные зависимости анизотропии проводимости с2 (вдоль оси [001]),

темновой электропроводности (о^), дая Различных температур. Во всем

исследованном интервале частот и полученные при различных температурах: (1)- г

370 К, (2) - 330 К, (3) - 270 К, (4) - 210 К, (5) - темпеРатУР

170 К.

выполняется соотношение 01/02 »1. Величина 01/а 2 максимальна в области

низких частот и температур. В случае низких частот основное влияние на перенос носителей заряда, по-видимому, оказывают потенциальные барьеры на границах нанокристаллов. Поэтому анизотропия проводимости может быть объяснена различной высотой потенциальных барьеров в кристаллографических направлениях [ПО] и [001]. По мере увеличения частоты роль потенциальных барьеров ослабевает и при высоких частотах (когда влиянием потенциальных барьеров на электрический транспорт можно пренебречь) анизотропия проводимости, так же как и анизотропия оптических свойств, в ансамблях анизотропных кремниевых нанокристаллов может быть описана на основе модели эффективной среды [14]. Следует отметить, что анизотропия электропроводности остается довольно высокой (а]/ст2>10) и при больших частотах (1=10 МГц). Это указывает на возможность использования эффекта анизотропии электропроводности в быстродействующих приборах.

Как и в случае проводимости, существует значительная анизотропия ёмкости для кристаллографических направлений [И0] и [001]. Однако в отличие от электропроводности наблюдается немонотонное изменение анизотропии ёмкости с частотой переменного сигнала. При частотах порядка 105 Гц анизотропия емкости достигает максимального значения, а при меньших и больших значениях она существенно уменьшается. Возникновение значительной анизотропии емкости в области средних частот может быть связано с немонотонной зависимостью времени жизни неосновных носителей заряда от частоты.

Четвертая глава посвящена исследованию влияния поверхностного покрытия кремниевых нанокристаллов на перенос носителей заряда в мезо-ПК. Раздел 4.1 посвящен изучению влияния адсорбции активных молекул на электропроводность и подвижность СНЗ в мезо-ПК р- и п-типа (Образцы II и III).

В пункте 4.1.1 описан метод расчета концентрации СНЗ из ИК-спекгров пропускания. На рис. 3, в качестве примера, показаны типичные спектры пропускания Т(у) для слоев ПК р-типа (образец II), полученные в вакууме (кривая 1) и в случае адсорбции йода при различных давлениях (кривые 2 и 3). Монотонное уменьшение пропускания обусловлено поглощением ИК излучения на свободных носителях заряда. Видно, что при адсорбции молекул 12 наклон монотонной составляющей зависимости Т(у) увеличивается, что говорит об увеличении концентрации свободных

носителей заряда. Спектральные зависимости коэффициента пропускания, имеющие аналогичные монотонные составляющие, были получены и при адсорбции молекул NH3 на образцы ПК n-типа (образец III).

Характер поглощения в области монотонной

составляющей спектра

пропускания для

исследованных образцов ПК может быть описан классической моделью Друде в условиях слабого рассеивания. В этом случае из спектров можно оценить концентрацию свободных носителей заряда в образцах по методу, описанному в работе [10].

В пункте 4.1.2 приведены данные по влиянию адсорбции активных молекул на электропроводность мезо-ПК. Показаны зависимости удельной электропроводности Oh и ае для ПК р- и. n-типа соответственно, от рассчитанной из спектров ИК поглощения концентрации свободных дырок Nh и электронов Ne. Обнаружено, что величина электропроводности резко (сильнее, чем линейная зависимость) увеличивается с ростом концентрации свободных носителей заряда. Последнее свидетельствует об изменении в результате адсорбции не только концентрации свободных носителей заряда, но и их подвижности.

В пункте 4.1.3 из полученных выше значений электропроводности и концентрации СНЗ рассчитаны значения подвижности по проводимости свободных носителей заряда в образцах II и III. Зависимости подвижности от концентрации свободных дырок и электронов для образцов ПК р- и n-типа представлены на рис. 4 (А, Б). Величина подвижности дырок в исследованных образцах ПК р-типа в вакууме составляет Цр«2.9-10"3 см2/В-с. Для образцов n-типа величина подвижности электронов получилась равной Pe«l.M0'2 см2/В-с.

-1

V, СМ

Рис. 3. Типичные спектры пропускания для образцов ПК р-типа в вакууме (1) и при адсорбции молекул 12 при давлении Р=0.03 Topp. (2) и при давлении Р=0.13 Topp. (3).

Из рис. 4 видно, что подвижность носителей заряда значительно возрастает в результате адсорбции. Величина подвижности, в случае наличия потенциальных барьеров на границах нанокристаллов, должна зависеть от высоты данных потенциальных барьеров. При адсорбции активных молекул высота потенциальных барьеров может изменяться за счет перезарядки поверхностных состояний. В случае уменьшения высоты потенциальных барьеров подвижность будет возрастать, и приводить к нелинейной зависимости электропроводности от концентрации свободных носителей заряда.

СО см 5 О

10-'

±10'а а.

............1-г-> ■ I М1|- : А "1--1-Ч-1Ч-ПТТ]-1......... . Б %

+ * !

>.■1 . . , . , ,,,1 - . , мы ,.

т—

03 , см

ю1

10" N. СМ"3

10" N , см"3

10"

10"1

Рис. 4. Зависимости величины микроскопической подвижности от концентрации свободных носителей заряда, определяемой из спектров пропускания, для образцов ПК р-типа (А) и п-типа (Б).

В пункте 4.1.4 проведено сравнение температурных зависимостей электропроводности до и после адсорбции активных молекул. Показано, что температурные зависимости электропроводности в обоих случаях имеют акгивационный характер. Энергии активации температурных зависимостей электропроводности до и после адсорбции различаются незначительно. Для ПК р-типа они составляют значения Еа=0.22 эВ и Еа=0.17 эВ до и после адсорбции, соответственно. Для образцов п-типа в вакууме Еа=0.31 эВ, а после адсорбции Еа=0.25 эВ. Изменение энергии активации может происходить за счет смещения уровня Ферми к краям зон при увеличении концентрации свободных носителей заряда и за счет изменения высоты потенциальных барьеров на границах кремниевых нанокристаллов. Тот факт, что в результате адсорбции характер температурной

зависимости электропроводности не изменяется, указывает на наличие одного и того же механизма проводимости до и после адсорбции.

В разделе 4.2 показаны результаты исследования влияния кратковременного термического окисления на электропроводность и фотопроводимость мезо-ПК р-типа (образцы II и IV).

В пупкте 4.2.1 исследования проводились на изотропных образцах мезо-ПК (образец II) с использованием двух конфигураций металлических контактов: планарной (контакты напылялись на поверхность образца) и типа "сэндвич" (один контакт напылялся на поверхность образца, а вторым служила подложка).

Температурные зависимости электропроводности данных образцов имеют активационных характер. При этом в свежеприготовленных образцах электропроводность слабо зависит от температуры, а энергия активации равна 0.004 эВ для структуры типа "сэндвич" и 0.06 эВ для образцов с планарным расположением контактов. В результате термического отжига происходит значительное

уменьшение величины

электропроводности и увеличение энергии активации. На рис. 5 представлен график температурных зависимостей проводимостей

свежеприготовленных образцов и образцов, отожженных при максимальной температуре.

При отжиге значения проводимости как вдоль, так и перпендикулярно поверхности образца существенно уменьшаются, а анизотропия электропроводности значительно увеличивается. Увеличение анизотропии электропроводности можно объяснить только различным изменением подвижности носителей заряда вдоль исследованных направлений. Поскольку, как было установлено гравиметрическим

1000Л", К1

Рис. 5. Температурные зависимости проводимости. 1- «свежеприготовленный» образец, контакт типа «сэндвич»; 2 -«свежеприготовленный» образец, планарный контакт; 3 - образец, отожженный при 450 °С, контакт типа «сэндвич», 4 - образец, отожженный при 450 °С, планарный контакт.

методом, пористость изотропных образцов довольно высока, ~75 %, то в результате окисления на границах практически всех нанокристаллов формируются кислородосодержащие комплексы. Известно, что при окислении ПК уменьшается концентрация свободных дырок за счет захвата их на поверхностные состояния на границах нанокристаллов. В результате этого увеличивается положительный заряд на поверхности нанокристаллов, что приводит к увеличению потенциальных барьеров для дырок. В связи с этим подвижность дырок заметно падает.

В пункте 4.2.2 приведены результаты исследования влияния термического отжига на электропроводность и фотопроводимость слоев ПК, обладающих анизотропией формы нанокристаллов в плоскости поверхности слоя (образец IV). Были выполнены исследования элекропроводности и фотопроводимости вдоль кристалло1рафических направлений [ПО] и [001]. Обнаружено, что на «свежеприготовленных» образцах анизотропия электропроводности и фотопроводимости практически отсутствует. Однако, при окислении образца при температуре Т=150°С проводимость вдоль направления [ПО] заметно превышает проводимость вдоль направления [001]. Аналогичный эффект наблюдается для фотопроводимости. Это указывает на определяющую роль потенциальных барьеров в переносе носителей заряда на окисленных образцах ПК. Анизотропия электропроводности, как и анизотропия фотопроводимости, для данных образцов не так явно выражена, как для образцов I, поскольку их пористость составляет всего 50 %. При дальнейшем окислении образцов анизотропия электропроводности и фотопроводимости уменьшается. По-видимому, это связано с началом формирования оксидной пленки на поверхности нанокристаллов.

В заключении сформулированы основные выводы диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ

В диссертационной работе исследовано влияние формы кремниевых нанокристаллов и их поверхностного состояния на перенос носителей заряда в слоях мезопористого кремния. Были получены следующие основные результаты:

1. Обнаружено, что электропроводность слоев анизотропного ПК вдоль кристаллографического направления [ПО] (вдоль которого вытянуты нанокристаллы) существенно выше, чем вдоль кристаллографического

направления [001] (анизотропия электропроводности). Энергия активации температурной зависимости электропроводности для направления [110] меньше, чем для направления [001]. Предположено, что перенос носителей заряда в исследованных образцах ПК (с размером нанокристаллов 10-100 нм) происходит по делокализованным состояниям кремниевых нанокристаллов. Энергия активации электропроводности определяется положением уровня Ферми относительно края соответствующей зоны (валентной или проводимости) и высотой потенциальных барьеров на границах кремниевых нанокристаллов. Анизотропия электропроводности связана с различным числом и различной высотой потенциальных барьеров вдоль исследованных кристаллографических направлений.

2. Исследованы фотоэлектрические свойства анизотропного ПК. Показано, что механизм рекомбинации неравновесных носителей заряда носит туннельный характер, а основными рекомбинационными центрами могут быть состояния на границах нанокристаллов. Обнаружено, что фотопроводимость вдоль кристаллографического направления [ПО] существенно выше, чем вдоль кристаллографического направления [001] (анизотропия фотопроводимости). Анизотропия фотопроводимости может быть объяснена аналогично анизотропии электропроводности.

3. Методом импеданс-спектроскопии обнаружено, что электропроводность анизотропного ПК немонотонно зависит от частоты переменного сигнала. При этом анизотропия электропроводности уменьшается с частотой. Предложена эквивалентная схема исследованных структур, позволяющая объяснить наблюдаемые частотные зависимости электропроводности пористого кремния.

4. Благодаря совместному измерению концентрации свободных носителей заряда из ИК-спектров пропускания и электропроводности пористого кремния получена величина подвижности по проводимости основных свободных носителей заряда. Для пористого кремния р-типа значения подвижности по проводимости ц,, = 2.9-10"3 см2/В-с, а для пористого кремния п-типа ц„=1.Ы0"2 см2/В-с. Установлено, что подвижность по проводимости увеличивается при адсорбции активных молекул за счет изменения высоты потенциальных барьеров на границах нанокристаллов. Продемонстрирована возможность увеличения на несколько порядков значений концентрации и подвижности свободных носителей заряда посредством адсорбции.

5. Установлено, что термическое окисление оказывает различное влияние на электропроводность и фотопроводимость ПК вдоль различных кристаллографических направлений. Анизотропия электропроводности и фотопроводимости в процессе термического окисления значительно возрастает. Это может быть связано с усилением анизотропии подвижности носителей заряда в результате термического окисления.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

[1] Fu Y., Dutta A., Willander M., Oda S. "Carrier conduction in a Si-nanocrystal-based single-electron transistor-I. Effect of gate bias" // Superlattices and Microstructures, 2000, v.28, №3, p. 177-187.

[2] Baron T., Gentile P., Magnea N., Mur P. "Single-electron charging effect in individual Si nanocrystals" // Appl. Phys. Lett.,2001, v.79, №8, p. 1175-1177.

[3] Inoue Y., Tanaka A., Fujii M., Hayashi S.,Yamamoto K. "Single-electron tunneling through Si nanocrystals dispersed in phosphosilicate glass thin films" // J. Appl. Phys., 1999, v. 86, №6, p. 3199-3203.

[4] Koch F., Petrova-Koch V. "Light from Si-nanoparticle systems — a comprehensive view " // J. Non-Cryst. Solids, 1996, v. 198-200, №2, p. 840-846.

[5] Tiwari S., Rana F., Hanafi H., Hartstein A., Crabbe E.F., Chan K. "A silicon nanocrystals based memory" // Appl. Phys. Lett., 1996, v.68, №10, p. 1377-1379.

[6] Kovalev D., Polisski G., Diener J., Heckler H., KUnzner N., Timoshenko V. Yu., Koch F. "Strong in-plane birefringence of spatially nanostructured silicon" // Appl. Phys. Lett., 2001, v.78,№7, p. 916-918.

[7] Timoshenko V. Yu., Osminkina L. A., A. I. Efimova A. I., Golovan L. A., Kashkarov P. K., Kovalev D„ KUnzner N., Gross E., Diener J., Koch F. "Anisotropy of optical absorption in birefringent porous silicon" // Phys. Rev. B, 2003, v.67, p. 113405-113408.

[8] Golovan L. A., Timoshenko V. Yu., Fedotov А. В., Kuznetsova L. P., Sidorov-Biryukov D. A., Kashkarov P. K., Zheltikov A. M., Kovalev D., KUnzner N., Gross E., Diener J., Polisski G., Koch F. "Phase matching of second-harmonic generation in birefringent porous silicon" // Appl. Phys. B, 2001, v.73, №1, p. 31-34.

[9] Canham L.T., Groszek A.J. "Characterization of microporous Si by flow calorimetry: Comparison with a hydrophobic Si02 molecular sieve" // J. Appl. Phys., 1992, v. 72, p. 1558-1565.

[10] Timoshenko V.Yu., Dittrich Th., Lysenko V., Lisachenko M. G„ Koch F., "Free charge carriers in mesoporous silicon" // Phys. Rev. B, 2001, №64, p. 085314.

[11] Kashkarov P.K., Osminkina L.A., Konstantinova E.A., Vorontsov A.S., Pavlikov

A.V., Timoshenko V.Yu. "Control of charge carrier density in mesoporous silicon by adsorption of active molecules" // Phys. Status Solidi (a), 2007, №204 (5), p. 1404-1407.

[12] Воронцов A.C., Осминкина JI.A., Ткаченко A.E., Константинова Е.А., Еленский

B.Г., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. "Модификация свойств пористого кремния при адсорбции молекул йода" // ФТП, 2007, № 41(8), с. 972-976.

[13J Коугия К.В., Теруков Е.И. "Связь рекомбинации на интерфейсных состояниях и аномально малого показателя степени люксамперной характеристики в микрокристаллическом кремнии" // ФТП, 2001, т. 35, №6, с. 643-648. [14] Stroud D., "Generalized effective-medium approach to the conductivity of an inhomogeneous material" //Phys. Rev. B, 1975, v. 12, p. 3368-3373.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

A3. Форш П.А., Маргышов M.H., Латышева А.П., Воронцов А.С., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. "Подвижность носителей заряда в слоях пористого кремния" // ЖЭТФ, 2008, т. 134, вып. 6 (12), с. 1195-1199. А4. Мартышов М.Н., Форш П.А., Шапошников Л.В., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. "Исследование ориентационной зависимости электропроводности в слоях анизотропного пористого кремния" // Материалы электронной техники, 2008, №4, с.35-38.

А5. Martyshov M.N., Forsh Р.А., Timoshenko V.Yu., Kashkarov P.K. "Electrical conductivity in anisotropic porous silicon films" // Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics, 2009, v.4, №1, p. 134-136.

Отпечатано в копипентре « СТ ПРИНТ » Москва, Ленинские горы, МГУ, 1 Гуманитарный корпус. www.stprinl.ru e-mail: dobus9393338@vandex.ru тел.: 939-33-38 Тираж 100 экз. Подписано в печать 11.09.2009 г.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Мартышов, Михаил Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Способы получения и структурные свойства пористого кремния.

1.2 Определение концентрации свободных носителей заряда с помощью ИК-спектроскопии.

1.2.1 Инфракрасная спектроскопия пористого кремния.

1.2.2 Определение концентрации свободных носителей заряда.

1.2.3 Влияние адсорбции активных молекул на концентрацию свободных носителей заряда.

1.3 Перенос носителей заряда в ПК.

1.3.1 Контактные явления на границе ПК/металл и ПК/кремний.

1.3.2 Электропроводность ПК.

1.3.3 Фотопроводимость ПК.

1.3.4 Влияние адсорбции активных молекул на электропроводность ПК.

1.3.5 Модификация электрофизических свойств ПК при окислении.

1.4 Выводы из обзора литературы и постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ.

2.1 Приготовление образцов мезопористого кремния.

2.2 Методика измерения электропроводности и фотопроводимости.

2.3 Регистрация ИК-спектров и определение концентрации свободных носителей заряда.

2.4 Получение и очистка адсорбатов.

2.5 Адсорбционные измерения.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АНИЗОТРОПНОГО МЕЗОПОРИСТОГО КРЕМНИЯ.

3.1 Электропроводность мезопористого кремния на постоянном токе.

3.2 Фотопроводимость мезопористого кремния.

3.3 Электропроводность и ёмкость мезопористого кремния на переменном токе.

3.4 Анизотропия электропроводности и ёмкости в слоях мезопористого кремния.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ АДСОРБЦИИ АКТИВНЫХ МОЛЕКУЛ И ТЕРМИЧЕСКОГО ОТЖИГА НА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПК.

4.1 Влияние адсорбции активных молекул на электропроводность ПК.

4.1.1. Расчет концентрации свободных носителей заряда в образцах мезопористого кремния п- и р-типа на основе ИК-спектров пропускания.

4.1.2. Изменение электропроводности ПК при адсорбции активных молекул.

4.1.3. Подвижность свободных носителей заряда в мезопористом кремнии п- и р-типа.

4.1.4. Температурные зависимости электропроводности до и после адсорбции активных молекул.

4.2 Влияние термического отжига на электропроводность в ПК.89'

4.2.1. Модификация электрофизических свойств изотропного ПК при термическом окислении.

4.2.2. Модификация электрофизических свойств анизотропного ПК при термическом окислении.

Введение диссертация по физике, на тему "Перенос носителей заряда в слоях пористого кремния с различной формой и поверхностным покрытием нанокристаллов"

Актуальность проблемы

Одним из наиболее быстро развивающихся в настоящее время направлений современной физики является исследование электрических и фотоэлектрических свойств полупроводниковых низкоразмерных систем. Так, например, в литературе исследуются фундаментальные проблемы резонансного туннелирования носителей заряда в слоях вертикально упорядоченных нанокристаллов и вопросы кулоновской блокады в случае прохождения носителей заряда сквозь одиночный нанокристалл [1-3]. Особенно актуальным является изучение полупроводниковых нанокристаллов и квантовых точек, состоящих из кремния, поскольку данный химический элемент составляет основу современной полупроводниковой электроники. На данный момент широко обсуждаются возможности создания светоизлучающих диодов, одноэлектронных транзисторов и устройств памяти на основе кремниевых нанокристаллов [45].

На протяжении последних нескольких десятков лет внимание исследователей привлекает пористый кремний (ПК), что связано с перспективами его использования в оптоэлектронике, сенсорике и медицине. Кроме того ПК может рассматриваться как удобный модельный объект для изучения оптических и фотоэлектрических свойств систем, содержащих ансамбли связанных кремниевых нанокристаллов, поскольку он довольно прост в получении и его структурные свойства легко варьируются в процессе роста.

Недавно было обнаружено, что ПК с анизотропией формы-нанокристаллов обладает заметным двулучепреломлением [6]. Большинство работ посвящено исследованию линейных [6,7] и нелинейных [8] оптических свойств анизотропного ПК. Однако особенности переноса носителей заряда в анизотропном ПК не изучены. Также в литературе не обсуждаются механизмы рекомбинации неравновесных носителей заряда в таком материале. В то же время, изучение указанных вопросов является важным для понимания фундаментальных электрических и фотоэлектрических свойств ансамблей кремниевыхнанокристаллов.

Перспективность, использования. ПК в газовых сенсорах связана с его большой удельной поверхностью, достигающей величины -900 м2/см3 [9]. Это обуславливает высокую^ адсорбционную активность ПК, вследствие чего окружающая; среда, оказывает заметное влияние на его оптические и-электрические свойства. К настоящему времени- подробно изучено влияние адсорбции различных газов; на спектры поглощения инфракрасного излучения? (ИК-поглощения) и определяемую из них концентрацию свободных- носителей заряда [10-12]. Одним из простейших газовых сенсоров; на основе пористого кремния является прибор, регистрирующий изменение величины;, электропроводности ПК в процессе адсорбции. Однако исследованиям; влияния! адсорбции на электрические и фотоэлектрические свойства5» ПК внимания практически не уделено., Кроме того, совместное измерение электропроводности и концентрации: свободных носителей заряда из спектров ИК-поглощения (в случае заметногоь поглощения на свободных носителях заряда) позволяет оценить^ величину подвижности по проводимости носителей заряда в ПК и влияние на нее адсорбции.

Помимо адсорбции; одними из- способов изменения поверхностного покрытия- нанокристаллов в ПК является? термический? отжиг. До сих пор практически; все работы были посвящены исследованию термического отжигам на* структурные и-; оптические- свойствам ПК. В тех же работах, где исследуется электропроводность ПК, не; используются никакие другие экспериментальные методы (например; ИК-спектроскопия) для анализа изменения локального окружения кремниевых? нанокристаллов. Также нет данных о влиянии размеров; (в основном исследован микро-ПК) и формы нанокристаллов на перенос носителей заряда при* термическом окислении^ ПК.

В связи со сказанным выше, целью данной диссертационной работы являлось проведение систематических исследований электрических и фотоэлектрических свойств ПК с различной формой нанокристаллов и изучение влияния адсорбции активных молекул и термического отжига на процессы переноса носителей заряда в нем.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Исследование электропроводности (измеряемой как на постоянном, так и на переменном, сигналах) ПК, обладающего анизотропией формы нанокристаллов (анизотропного ПК).

2. Разработка модели механизма переноса носителей заряда в анизотропном ПК.

4. Изучение влияния адсорбции активных молекул (йода и аммиака) на величину электропроводности и подвижности носителей заряда в слоях ПК р- и n-типа проводимости.

Для решения поставленных задач был применен комплекс методов исследования, включающий методы определения электрических и фотоэлектрических параметров (электропроводность, фотопроводимость) ПК, инфракрасную (ИК) фурье-спектроскопию, импеданс-спектроскопию. Все эксперименты проводились на современном аналитическом оборудовании.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации:

2. Исследовано влияние на анизотропию электропроводности частоты переменного сигнала. Установлено, что анизотропия электропроводности уменьшается с увеличением частоты переменного сигнала, но остается достаточно большой вплоть до частот ~10 МГц.

Автор защищает:

5. При термическом окислении слоев мезопористого кремния увеличивается анизотропия электропроводности и фотопроводимости за счет усиления анизотропии подвижности носителей заряда. Научная и практическая ценность.

Полученные в работе результаты характеризуют зависимость электрических и фотоэлектрических свойств пористого кремния от формы кремниевых нанокристаллов и их локального окружения. Такого рода информация может быть полезна при создании газовых сенсоров на основе ПК, а также при разработке различных оптоэлектронных приборов на основе ансамблей связанных кремниевых нанокристаллов.

Апробация работы.

Результаты, вошедшие в диссертацию, опубликованы в 13 работах, из которых 5 - статьи в научных журналах и сборниках (см. список публикаций) и 8 - тезисы докладов в материалах конференций. Апробация проходила на следующих конференциях: 7 всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, 2005; V международная конференция "Аморфные и микрокристаллические полупроводники", Санкт-Петербург, 2006; 3rd International Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics, Кишинев, Молдавия, 2006; Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам "Ломоносов-2007", секция "Физика", Москва, 2007; NATO Advanced Study Inctitute "Sensors for Environment, Health and Security: Advanced Materials and Technologies", Vichy, Франция, 2007; 4th International Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics, Кишинев, Молдавия, 2008; 6 Курчатовская молодежная научная школа, Москва, 2008; Десятая международная научно-практическая конференция "Современные информационные и электронные технологии", Одесса, Украина, 2009.

Основные результаты работы опубликованы в следующих статьях:

А1. Форш П.А., Мартышов М.Н., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. "Динамическая электропроводность анизотропно наноструктурированного кремния" // ФТП, 2006, т. 40, вып. 4, с. 476-481. А2. Forsh Р.А., Martyshov M.N., Timoshenko V.Yu., Kashkarov P.K. "Impedance spectroscopy of in-plane anisotropic porous silicon films" // Phys.stat.sol.(c), 2007, v. 4, №6, p. 1981-1985. A3. Форш П.А., Мартышов M.H., Латышева А.П., Воронцов А.С., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. "Подвижность носителей заряда в слоях пористого кремния" // ЖЭТФ, 2008, т. 134, вып. 6(12), с. 1195-1199. А4. Мартышов М.Н., Форш П.А., Шапошников JI.B., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. "Исследование ориентационной зависимости электропроводности в слоях анизотропного пористого кремния" // Материалы электронной техники, 2008, №4, с.35-38. А5. Martyshov M.N., Forsh Р.А., Timoshenko V.Yu., Kashkarov P.K. "Electrical conductivity in anisotropic porous silicon films" // Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics, 2009, v.4, №1, p. 134-136.

В руководстве работой активное участие принимал доцент П.А. Форш.

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

1.4 Выводы из обзора литературы и постановка задачи исследования

Как видно из обзора литературы, на данный момент не существует однозначного мнения о механизмах переноса носителей заряда в ПК. Более того, большинство исследований электрического транспорта выполнено на образцах микропористого кремния. В этом случае, поскольку размеры нанокристаллов малы (менее 5 нм), наблюдается квантование электронных уровней и перенос носителей заряда осуществляется посредством прыжков по локализованным состояниям нанокристаллов. В то же время проводимость мезо-ПК исследована в значительно меньшей степени. В мезо-ПК размеры нанокристаллов значительно больше (10-100 нм), чем в микро-ПК, и представляется возможным транспорт носителей заряда по делокализованным состояниям кремниевой структуры. Однако, в имеющейся на данный момент литературе, подробно не обсуждается вопрос о роли делокализованных состояний в механизмах переноса носителей в мезо-ПК.

В разделе 1.1 литературного обзора сообщалось о том, что ПК, полученный в результате электрохимического травления пластин монокристаллического кремния с ориентацией поверхности (110) обладает сильной оптической анизотропией, в частности проявляет свойства одноосного двулучепреломляющего отрицательного кристалла. Оптическую анизотропию в литературе связывают с анизотропией формы нанокристаллов, а именно с тем, что нанокристаллы вытянуты вдоль кристаллографического направления [110]. Однако, детальных исследований анизотропии проводимости в таких материалах выполнено не было. В литературе отсутствуют также данные о влиянии частоты переменного сигнала на анизотропию электрического транспорта в анизотропном ПК.

Вопросы о фотопроводимости и механизмах рекомбинации неравновесных носиелей заряда в ПК также остаются открытыми. Необходимо исследовать влияние различных факторов, таких как форма нанокристаллов, адсорбция и термическое окисление на перенос и рекомбинацию неравновесных носителей заряда в мезопористом кремнии.

Исходя из этого, целью настоящей диссертационной работы являлось проведение систематических исследований темновой проводимости и фотопроводимости анизотропного мезо-ПК, выяснение влияния температуры, освещения, величины и частоты переменного сигнала на анизотропию электрического транспорта в пористом кремнии, обладающем анизотропией формы, нанокристаллов. Помимо этого необходимо детальное исследование влияния адсорбции активных молекул и термического отжига на электропроводность в мезопористом кремнии. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:.

1. Исследовать влияние анизотропии формы нанокристаллов на электропроводность и фотопроводимость мезопористого кремния на постоянном и переменном токе.

2. Изучить влияние адсорбции активных молекул йода и аммиака на перенос носителей заряда в слоях мезо-ПК р- и n-типа проводимости:

3. Оценить подвижность электронов и дырок в ПК путем одновременного измерения ИК-спектров и электропроводности.

4. Исследовать влияние термического отжига на электропроводность в ПК.

5. Выяснить роль потенциальных барьеров в механизмах переноса носителей заряда в ансамблях связанных кремниевых нанокристаллов.

ГЛАВА 2. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ 2.1 Приготовление образцов мезопористого кремния

Исследуемые образцы формировались стандартным методом электрохимического травления пластин монокристаллического кремния п- и р-типа проводимости. Для формирования образцов применялся раствор плавиковой кислоты и этанола HF(48%):C2HsOH (рис. 2.1). Предварительно пластины кремния несколько минут выдерживались в 48% растворе HF с целью удаления поверхностного оксида. Отслаивание пленок ПК от подложки производилось кратковременным (~2сек) увеличением тока до 900 мА/см2.

L± расггвор HF мог ал л 1111 ее к а я п л ас г и и а

Рис. 2.1 Схема ячейки для формирования образцов ПК.

Толщины образцов контролировались с помощью оптического микроскопа. Пористость полученных образцов определялась гравиметрическим методом [25, 26] согласно формуле: т л - nij р = ---

Wj - тъ * (21) где mi — масса подложки c-Si до травления образца, 1П2 — масса подложки вместе с выращенной на ней пленкой ПК, т3 — масса подложки без образца (после отслаивания ПК).

Параметры электрохимического травления и характеристики полученных образцов приведены в таблице 2.1.

Тип подложки HF(48%): С2Н5ОН Удельное сопротивление подложки, Ом-см Плотность тока травления, мА/см2 Время травления, мин Пористость образца, % Образец

КДБ (110) 1:1 0.003-0.006 30 20 68 I

КДБ (100) 1:1 0.003-0.006 30 20 70 II

КЭМ (100) 3:2 0.001-0.005 40 20 70 III

КДБ (ПО) 1:1 0.025-0.030 40 40 70 IV

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обнаружено, что электропроводность слоев анизотропного пористого кремния вдоль кристаллографического направления [ПО] (вдоль которого вытянуты нанокристаллы) существенно выше, чем вдоль кристаллографического направления [001] (анизотропия электропроводности). Энергия активации температурной зависимости электропроводности для направления [110] меньше, чем для направления [001]. Предположено, что перенос носителей заряда в исследованных образцах ПК (с размером нанокристаллов 10-100 нм) происходит по делокализованным состояниям кремниевых нанокристаллов. Энергия активации электропроводности определяется положением уровня Ферми относительно края соответствующей зоны (валентной или проводимости) и высотой потенциальных барьеров на границах кремниевых нанокристаллов. Анизотропия электропроводности связана с различным числом и различной высотой потенциальных барьеров вдоль исследованных кристаллографических направлений.

2. Исследованы фотоэлектрические свойства анизотропного ПК. Показано, что механизм рекомбинации неравновесных носителей заряда носит туннельный характер, а основными рекомбинационными центрами могут быть состояния на границах нанокристаллов. Обнаружено, что фотопроводимость вдоль кристаллографического направления [НО] существенно выше, чем вдоль кристаллографического направления [001] (анизотропия фотопроводимости). Анизотропия фотопроводимости может быть объяснена аналогично анизотропии электропроводности.

3. Методом импеданс-спектроскопии обнаружено, что отношение значений проводимости вдоль кристаллографических направлений [ПО] и [001] уменьшается с увеличением частоты переменного сигнала, однако, остаётся достаточно большим (»1) даже при частотах ~10 МГц. Предложена эквивалентная схема исследованных структур, позволяющая объяснить наблюдаемые частотные зависимости проводимости пористого кремния.

7 л подвижности по проводимости рр = 2.9-10" см /В-с, а для пористого кремния n-типа pn=l.l-10"2 см2/В-с. Установлено, что подвижность по проводимости увеличивается при адсорбции активных молекул за счет изменения высоты потенциальных барьеров на границах нанокристаллов. Продемонстрирована возможность увеличения на несколько порядков значений концентрации и подвижности свободных носителей заряда посредством адсорбции.

5. Установлено, что термическое окисление оказывает различное влияние на электропроводность и фотопроводимость ПК вдоль различных кристаллографических направлений. Анизотропия электропроводности и фотопроводимости в процессе термического окисления значительно возрастает. Это может быть связано с различным увеличением потенциальных барьеров на границах нанокристаллов для исследованных кристаллографических направлений при окислении.

В заключение автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, заведующему кафедрой общей физики и молекулярной электроники профессору П.К. Кашкарову. Также хочу поблагодарить доцента П.А. Форша за неоценимую помощь и поддержку во время выполнения диссертационной работы. Считаю своим приятным долгом поблагодарить профессора В.Ю. Тимошенко, аспиранта А.С. Воронцова, студентов А.П. Латышеву, Л.А. Шапошникова и Е.А. Агафонову за помощь на различных этапах выполнения работы. Выражаю свою признательность всем сотрудникам кафедры общей физики и молекулярной электроники за неизменно доброе отношение и помощь на протяжении всех лет обучения.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Мартышов, Михаил Николаевич, Москва

1. Fu Y., Dutta A., Willander M., Oda S. "Carrier conduction in a Si-nanocrystal-based single-electron transistor-I. Effect of gate bias" // Superlattices and Microstructures, 2000, v.28, №3, pp. 177-187.

2. Baron Т., Gentile P., Magnea N., Mur P. "Single-electron charging effect in individual Si nanocrystals" // Appl. Phys. Lett.,2001, v.79, №8, pp. 1175-1177.

3. Inoue Y., Tanaka A., Fujii M., Hayashi S.,Yamamoto K. "Single-electron tunneling through Si nanocrystals dispersed in phosphosilicate glass thin films" // J. Appl. Phys., 1999, v. 86, №6, pp. 3199-3203.

4. Koch F., Petrova-Koch V. "Light from Si-nanoparticle systems — a comprehensive view" // J. Non-Cryst. Solids, 1996, v. 198-200, №2, pp 840-846.

5. Tiwari S., Rana F., Hanafi H., Hartstein A., Crabbe E.F., Chan K. "A silicon nanocrystals based memory" // Appl. Phys. Lett., 1996, v.68, №10, pp. 1377-1379.

6. Kovalev D., Polisski G., Diener J., Heckler H., Kunzner N., Timoshenko V. Yu., Koch F. "Strong in-plane birefringence of spatially nanostructured silicon" // Appl. Phys. Lett., 2001, v.78, №7, pp. 916-918.

7. Canham L.T., Groszek A.J. "Characterization of microporous Si by flow calorimetry: Comparison with a hydrophobic Si02 molecular sieve" // J. Appl. Phys., 1992, v. 72, p. 1558-1565.

8. Timoshenko V.Yu., Dittrich Th., Lysenko V., Lisachenko M. G., Koch F., "Free charge carriers in mesoporous silicon" // Phys. Rev. B, 2001, №64, pp. 085314-085321.

9. Kashkarov P.K., Osminkina L.A., Konstantinova E.A., Vorontsov A.S., Pavlikov A.V., Timoshenko V.Yu. "Control of charge carrier density in mesoporous silicon by adsorption of active molecules" // Phys. Status Solidi (a), 2007, №204(5), pp. 1404-1407.

10. Воронцов A.C., Осминкина JI.A., Ткаченко A.E., Константинова Е.А., Еленский В.Г., Тимошенко В;Ю., Кашкаров П.К. "Модификация свойств пористого кремния при адсорбции молекул йода" // ФТП, 2007, № 41(8) , с. 972-976.

11. Uhlir A. "Electropolishing of silicon" // Bell Syst. Tech. J;, 1956, v. 35, pp. 333-338.

12. Turner D. "Electropolishing silicon in hydrofluoric acid, solutions!' // J. Electochem. Soc., 1958, v. 5, pp. 402-405.

13. Canham L.T. "Silicon Quantum Wire Array Fabrication by Electrochemical and Chemical Dissolution of Wafers" // Appl. Phys. Lett., 1990, v.51, №10, pp. 1046-1048.

14. Лабунов B.A., Бондаренко В.П., Борисенко B.E. "Получение, свойства! и применение пористого, кремния" // Зарубежная электронная техника, 1978, №15, с.3-27.

15. Koshida N., Koyoda М., "Visible electroluminescence from porous silicon" // Appl. Phys. Lett., 1992, v.60, № 3, pp. 347-349.

16. Lehmann V., StengL R., Luigart A. "On the morphology and the electrochemical formation mechanism of mesoporous silicon" // Materials Science and Engineering, 2000, v. 69-70, pp. 11-22.

17. Theis W. "Optical properties of porous silicon" // Surf., Science Rep., 1997, v. 29, pp. 91-192.

18. Pickering C., Beale M.I.J., Robbins D.J., Pearson P.J., Greet R. "Opticalstudies of the structure of porous silicon films formed in p-type degenerate and non-degenerate silicon"// J. Phys. C: Sol. St. Phys., 1984, v. 17, №10, pp. 65356552.

19. Beale M.I.J., Chew N.G., Uren M.J., Cullis A.G., Benjamin J.D. "Microstructure and Formation Mechanism of Porous Silicon" // Appl. Phys. Lett., 1985, v.46, №1, pp. 86-88.

20. Lehmann V., Gosele U. "Porous Silicon Formation: A quantum Wire Effect" // Appl. Phys. Lett., 1991, v.58, №8, pp. 856-858.

21. Smith R.L., Collins S.D. "Porous silicon formation mechanisms" // J. Appl. Phys., 1992, v. 71, №8, pp. R1-R22.

22. Jung K.H., Shin S., Kwon D.L. "Developments in luminescent porous Si" // J. Electrochem. Soc., 1993, v. 140, №10, pp .3016-3064.

23. Herino R., Bomchil G., Baria K., Bertrand C., Ginoux J. L. "Porosity and pore size distribution of porous silicon layers" // J. Electrochem. Soc., 1987, v. 134, pp. 1994-2000.

24. Свечников C.B., Савченко A.B., Сукач Г.А., Евстигнеев A.M., Каганович Э.Б. "Светоизлучающие слои пористого: получение, свойства и применение" // Оптоэл. и п/п техника, 1994, т. 27, с. 3-29.

25. Rouquerol, J., Avnir, D., Fairbridge, C.W., Everett, D.H., Haynes, J.H., Pernicone, N., Ramsay, J.D.F., Sing, K.S.W., Unger, K.K. "Recommendations for the characterization of porous solids" // Pure Appl. Chem, 1994. v. 66, pp. 17391758.

26. Gullis A.G., Canham L.T., Calcott P.DJ. "The structural and luminescence properties of porous silicon" // Appl. Phys. Lett., 1997, v. 82, pp. 909-965.

27. Canham L.T., Cullis A.G., Pickering C., Dosser O.D., Cox D.L, Lynch T.P. "Luminescent anodized silicon aerocrystal networks prepared by supercritical drying"// Nature, 1994, v. 368, p. 133.

28. Gullis A.G., Canham L.T., "Visible light emission due to quantum sizeeffects in highly porous crystalline silicon" // Nature, 1991, v. 353, p. 335.

29. Ktinzner N., Kovalev D., Diener J., Gross E., Timoshenko V. Yu., Polisski G., Koch F., "Giant birefringence in anisotropically nanostructured silicon" // Opt. Lett., 2001, v.26, №16, pp. 1265-1267.

30. Kunzner N., Diener J., Gross E., Kovalev D., Timoshenko V. Yu., Fujii M. "Form1 birefringence of anisotropically nanostructured silicon" // Phys. Rev. B, 2005, v. 71, p. 195304.

31. Stroud D., "Generalized effective-medium approach to the conductivity of an inhomogeneous material" // Phys. Rev. B, 1975, v. 12, pp. 3368-3373.

32. Borghei A., Sassella A., Pivac B:, Pavesi L. "Characterization of porous silicon, inhomogeneties by high spatial resolution infrared spectroscopy" // Sol. St. Comm., 1993- v. 87, №1, pp. 1-4.

33. Литтл JI. Инфракрасные спектры адсорбированных молекул, 1969, Пер. с англ. М.: Мир.

34. Xie Y.H., Wilson W.L., Ross F.M:, Mucha J.A., Fitzgerald, Macaulay J.M., Harris T.D. "Luminescence and structural study of porous silicon films" // J. Appl. Phys., 1992, v. 71, №5, pp. 2403-2407.

35. Tsai C., Li K.H., Campbell J.C., Hance B.V., White J.M. "Laser-induced degradation, of the photoluminescence intensity of porous silicon" // J. Electr. Mater., 1992, v. 21, №10, pp. 589-591.

36. Anderson R.C., Muller R.S., Tobias C.W. "Chemical surface modification of porous silicon" //J. Electrochem. Soc., 1993, v. 140, №5, pp. 1393-1396.

37. Bisi O., Ossicini S., Pavesi L. "Porous silicon: a quantum stronge structure for silicon based.optoelectronics" // Surface Science Report, 2000, v. 38, pp. 1108

38. Salonen J., Lehto V-P., Laine E. "Thermal oxidation of free-standing porous silicon films" // Appl Phys. Lett., 1997, v. 70, p. 637.

39. Yon J .J., Barla K., Herino R., Bomchil G. "The kinetics and mechanism of oxide layer formation from porous silicon' formed on p-Si substrates'' // J. Appl. Phys, 1987, v. 62, №3, pp. 1042-1048.

40. Ookubo N., Ono H., Ochiai Y., Mochizuki Y., Matsui S. "Effects of thermal' annealing on porous silicon photoluminescence5 dynamics" // Appl. Phys. Lett., 1992, v. 61, №8, pp. 940-942.

41. Lehmann V., Hofmann F.,. Moller F., Griming U. "Resistivity of porous silicon: a surface effect" // ThimSolid Films, 1995, v. 255, Ш, pp; 20-22^:

42. Polisski G:, Kovalev D.,. Dollinger G.G., Sulima Т., Koch F. "Boron in^ mesoporous Si—Where have all the carriers gone?" // Physica B, 1999*.v. 273274, pp. 951-954.

43. Timoshenko V. Yu., Dittrich Th., Koch F. "Infrared free carrier absorption in mesoporous silicon" // Phys. Stat, sol (b), 2000, v. 222, pp. R1-R2.

44. Киселев В. Ф:, Крылов О? Bl Электронные явления- в адсорбции, ш катализе на полупроводниках и диэлектриках, 1979, М., Наука, с. 357.

45. Boarino- Е., Baratto С., Geobaldo F., Amato G., Comini E., Rossi A.M., Faglia G., Lerondel G., Sberveglieri G. "NO2 monitoring at room*temperature by a porous silicon gas sensor" // Mat. Sci; Engim B^ 2000f.v. 69-70^pp; 210-214.

46. Бонч-Бруевич B.JL, Калашников С.Г. Физикам полупроводников, 1990, M. Наука.

47. Уханов Ю.И. Оптические свойства полупроводников, 1977, М., Наука, с. 368.

48. Шалимова К.В. Физика полупроводников, 1985, М., Энергоатомиздат, с. 392.

49. Борн М., Вольф Э. Основы оптики, 1970, М. Наука.

50. Кашкаров П.К., Константинова Е.А., Тимошенко В.Ю. "Механизмы влияния адсорбции молекул на рекомбинационные процессы в пористом кремнии" // ФТП, 1996, вып.30, с. 1479-1489.

51. Константинова Е.А., Осминкина JI.A., Шаров К.С., Курепина Е.В., Кашкаров П.К., Тимошенко В.Ю. "Взаимодействие акцепторных молекул диоксида азота с поверхностью кремниевых нанокристаллов в слоях пористого кремния" // ЖЭТФ, том 126, вып.10, с. 857-865.

52. Boarino L., Geobaldo F., Borini S., Rossi A.M., Rivolo P., Rocchia M., Garrone E., Amato G. "Local environment of Boron impurities in porous silicon and their interaction with N02 molecules" // Phys. Rev. B, 2001, v. 64, p. 205308.

53. Geobaldo F., Onida В., Rivolo P., Borini S., Boarino L., Rossi A., Amato G., Garrone E. "IR detection of NO2 using p+ porous silicon as high sensitivity sensor" // Chem. Commun., 2001, pp. 2196-2197.

54. Киселев В.Ф., Козлов C.H., Зотеев A.B. Основы Физики Поверхности Твердого Тела // М.: Издательство Московского университета. Физический факультет МГУ, 1999, с. 284.

55. Вашпанов Ю.А. "Электронные свойства микропористого кремния при освещении и адсорбции аммиака" // Письма в ЖТФ, 1997, т. 23, №11, с. 7723.

56. Geobaldo F., Rivolo P., Salvador G.P., Amato G., Boarino L., Garrone E. "Free carriers reactivation on p+- mesoporous silicon through ammonia adsorption: a FTIR study" // Sensors an Actuators B, 2004, v. 100, pp. 205-208.

57. Chiesa M., Amato G., Boarino L., Garrone E., Geobaldo F., Giamello E. "Reversible Insulator-to-Metal Transition in p+- Type Mesoporous Silicon Induced by the Adsorption of Ammonia" // Angew. Chem. Int. Ed, 2003, v. 42, pp. 5032 -5035.

58. Geobaldo F., Rivolo P., Rocchia M., Rossi A.M., Garrone E. "Free carriers reactivation in mesoporous p+- type silicon by ammonia condensation: an FTIR study" // Phys. Stat. Sol. (a), 2003, v. 197, №2, pp. 458-461.

59. Halimaoui A., Oules С., Bomchil G., Bsiesy A., Gaspard F., Herino R., Ligeon M., Muller F. "Electroluminescence in the visible range during anodic oxidation of porous silicon films" // Appl. Phys. Lett., 1991, v. 59 (3), pp. 304-306.

60. Richter A., Steiner P., Kozlowsky F., Lang W. "Current-induced light emission from a porous silicon device" // IEEE Electron. Dev. Lett., 1991, v. 12, pp. 691-692.

61. Зимин С.П. "Классификация электрических свойств пористого кремния" // ФТП, 2000, т.34, вып. 3, с. 359-362.

62. Deliang Zhu, Qianwang Chen, Yuheng Zhang "Transport properties in iron-passivated porous silicon" // Applied Surface Science, 2002, v. 191, pp. 218-222.

63. Diligenti A., Nannini A., Pennelli G., Pieri F. "Current transport in freestanding porous silicon" // Appl. Phys. Lett., 1996, v. 68, №5, pp. 687-689.

64. Лаптев A.H. , Проказников A.B. , Рудь H.A. "Гистерезис вольт-амперных характеристик светоизлучающих структур на пористом кремнии" // Письма в ЖТФ, 1997, т. 23, с. 59-66.

65. Балагуров Л.А. "Пористый кремний: получение, свойства, возможные применения" //Материаловедение, 1998, вып. 1, с. 50-56; Вып. 3. с. 23-45.

66. Remaki В., Populaire С., Lysenko V., Barbier D. "Electrical barrier properties of meso-porous silicon" // Materials Science and Engineering, 2003, v. 101, pp. 313-317.

67. Ben-Chorin M., Moller F., Koch F. "Nonlinear electrical transport in porous silicon" // Phys. Rev. B, 1994, v. 49, №4, pp. 2981-2984.

68. Frenkel J. "On Pre-Breakdown Phenomena in Insulators and Electronic Semi-Conductors" // Phys. Rev., 1938, v. 54, p. 647.

69. Lee W.H., Lee C., Jang J. "Quantum size effects on the conductivity in porous silicon" //Non.-Cryst. Sol., 1996, v. 198-200, pp. 911-914.

70. Beale M.I.J., Benjamin J.D., Uren M.J., Chew N.G., Cullis A.G. "An experimental and theoretical study of the formation and microstructure of porous silicon" // J. Cryst. Growth, 1985, v. 73, pp. 622-636.

71. Anderson R.C., Muller R.S., Tobias C.W. "Investigation of the electrical properties of porous silicon" // J. Electrochem. Soc., 1991, v. 138, pp. 3406-3411.

72. Raminder G. M., Vivechana, Mehra R.M., Mathur P.C., Jain V.K. "Electron transport in porous silicon" // Thin Solid Films, 1998, v. 312, pp. 254-258.

73. Ben-Chorin M. Moller F., Koch F., Schirmacher W., Elerhard M. "Hopping transport-on a fractal: ac conductivity of porous silicon" // Phys. Rev. B, 1995, v. 51, №4, pp. 2199-2213.

74. Lampin E., Delerue C., Lannoo M., Allan G. "Frequency-dependent hopping conductivity between silicon nanocrystallites: Application to porous silicon" // Phys. Rev. B, 1998, v. 58, №18, pp. 12044-12048.

75. Kaifeng L., Yumin W., Lei Zh. Shenyi W. Xiangfu Z. "Photoconductivity characteristics of porous silicon" // Chin. Phys. Lett., 1994, v. 11, №5, pp. 289292.

76. Каганович Э.Б., Манойлов Э.Г., Свечников C.B. "Фоточувствительные структуры на пористом кремнии" // ФТП, 1999, т. 33, вып. 3, с. 327-331.

77. Mandal N.P., Dey S., Agarwal S C. "Effect of surface treatment in nanocrystalline silicon" // Mat. Res. Soc. Symp. Proc:, 2003, v. 737, F.3:5T.1L

78. Григорьев ЛЖ, Григорьев ЖМ;!,, Заморянскаяс М.;В-,. Соколов В .И., Сорокин J1.M. "Транспортные свойства термически окисленного пористого кремния'' // Письма в ЖТФ, 2006, том 32, вып. 17, с. 33-42:

79. Urbach В., Axelrod Е., Sa'ar A. "Correlation between transport, dielectric optical properties of oxidized and nonoxidized porous silicon" // Phys., Rev. В., 2007, v.75, №205330.

80. Зимин С.П., Брагин A.H. "Релаксация проводимости в закрытом; пористом кремнии после термообработки" // ФТП, 1999, т. 33, вып. 4, с. 476480: .

81. Hara H!, NislrnY. "Free:carrier absorption in p-type silicon" // J. Phys. Soc. Jpn., 1966, v. 21, p. 1222.

82. Spitzer W., Fan H:Y. "Infrared Absorption in n-type silicon" // Phys.Rev., 1957, v. 108, №2, pp. 268-271.

83. Lecomber P.G., Willeke G., Spear W.E. "Some new results on transport and density of state distribution in glow discharge microcrystalline silicon" // J. Non-Cryst. Solids, 1983, v. 59-60, pp. 795-798.

84. Orton J.W., Powell M.J. "The Hall effect in polycrystalline and powdered semiconductors" // Rep. Prog. Phys., 1980, v. 43, pp. 1265-1307.

85. Осминкина JI.А., Воронцов A.C., Константинова E.A., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. "Влияние адсорбции молекул пиридина на концентрацию свободных носителей заряда и спиновых центров в слоях пористого кремния" // ФТП, 2005, т. 39, вып. 4, с. 482-486.

86. Рывкин С.М. "Фотоэлектрические явления в полупроводниках" // Физматлит, Москва, 1963.

87. Коугия К.В., Теруков Е.И. "Связь рекомбинации на интерфейсных состояниях и аномально малого показателя степени люксамперной характеристики в микрокристаллическом кремнии" // ФТП, 2001, т. 35, №6, с. 643-648.

88. Е.А., Smorgonskaya Е.А., Polisski G. "Drift mobility of excess carriers in porous silicon" // Phys. Rev. B, 1998, v. 57, p. 14607.

89. Лебедев Э.А., Дитрих Т. "Ток, ограниченный пространственным зарядом, в-пористом кремнии и анатазе^ТЮг)// ФТП; 2002, т. 36, вып. 10,v с.1268-1271.