Структурные, оптические и электрофизические свойства гетероструктур со слоями нанокристаллического и пористого кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ
|
Викулов, Виктор Алексеевич
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Владивосток
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2007
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.07
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
ВИКУЛОВ Виктор Алексеевич
СТРУКТУРНЫЕ, ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕТЕРОСТРУКТУР СО СЛОЯМИ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО И ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
Специальность - 01 04 07 Физика конденсированного состояния
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
ООУио-^ ■
/
Владивосток-2007
003065718
Работа выполнена в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН
Научный руководитель - доктор физико-математических наук
Коробцов Владимир Викторович
Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,
профессор
Чеботкевич Людмила Алексеевна
кандидат физико-математических наук, доцент
Шамирзаев Тимур Сезгирович
Ведущая организация Институт материаловедения Хабаровского
научного центра ДВО РАН (ИМХНЦ),
г Хабаровск
Защита состоится "12" октября 2007 г в 14°° часов на заседании регионального диссертационного совета Д 212 056 08 при Дальневосточном государственном университете (ДВГУ) по адресу 690950, г Владивосток, ГСП, ул Суханова, 8
С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале №2 библиотеки ДВГУ по адресу 690950, г Владивосток, ГСП, ул Суханова, 8
Автореферат разослан 2007 г
Ученый секретарь диссертационного совета, к ф -м н
Соппа И В
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы Использование кремниевых структур в оптоэлектрон-ных системах обработки информации сдерживается невозможностью создания светоизлучающих диодов на основе кристаллического кремния Надежда на создание оптоэлектроники, базирующейся на кремниевых фотоприемниках, оптических средах и источниках света, появилась в 1990 году, когда был открыт эффект видимой фотолюминесценции (ФЛ) в пористом кремнии (ПК)
Слои пористого кремния, получаемые электрохимическим травлением монокристаллов кремния, представляют собой материал, состоящий из нитей и кластеров с поперечным сечением от единиц до десятков нанометров и обладающий уникальными электронными и оптическими свойствами, которые отсутствуют в объемном кремнии В первую очередь, это возникновение размерного квантования носителей заряда в кремниевых квантовых нитях, либо в квантовых точках, если их поперечные размеры не превышают 2 0-5 0 нм Тогда в непрямозонном кремнии возможно возникновение прямых оптических переходов за счет пространственного ограничения носителей заряда и неопределенности соответствующих компонент квазиимпульса
На сегодня пористый кремний используется и рассматривается как перспективный материал для кремниевой солнечной энергетики благодаря малому значению коэффициента отражения Кроме того, для увеличения эффективности солнечных элементов могут быть использованы эффекты фотолюминесценции в пористом кремнии, модуляции ширины запрещенной зоны в широком диапазоне энергий и т д Некоторые из этих эффектов предсказывались теоретически, однако строгого экспериментального подтверждения не получили
Слои пористого кремния можно использовать и для создания газовых сенсоров благодаря уникальной комбинации кристаллической структуры и гигантской внешней поверхности (200-500 м2/см3), что может значительно усилить эффекты адсорбции Несмотря на уникальность структурных и оптических свойств, слои пористого кремния еще не получили широкого применения в сенсорах, хотя экс-
периментально показано, что люминесценция и электрическое сопротивление структур с пористым кремнием чувствительны к адсорбции различных газов Влияние адсорбционных явлений на емкостные характеристики структур с пористым кремнием еще мало исследовано
Контакт металл- пористый кремний может стать базовой структурой при создании ряда полупроводниковых приборов, в первую очередь электролюминесцентных диодов и сенсоров Вольтамперные характеристики диодного типа уже наблюдались в таких структурах и пояснялись на основе идеализированной модели контакта Шоттки Но, в отличие от идеализированных моделей, в реальных контактах может присутствовать переходной слой между металлом и полупроводником, а также поверхностные электронные состояния (ПЭС) на границах раздела фаз Степень изученности электрических характеристик промежуточных слоев и поверхностных электронных состояний остается недостаточной Гетеро-структуры с тонкими слоями пористого кремния практически не исследовались
Традиционно формирование пористого кремния базируется на различных электрохимических и химических реакциях, являющихся нетехнологичными методами изготовления Применение современных методов для формирования на-нокристаллических кремниевых материалов (ne-Si), идентичных по своим физико-химическим свойствам пористому кремнию, позволит внедрить этот материал в современный технологический цикл
Сказанное выше определяет актуальность диссертационной работы, которая обусловлена, в первую очередь, необходимостью создания и развития полупроводниковых приборов на основе нанокристаллических кремниевых слоев Для этого требуется изучение физических явлений и процессов как в самих материалах, так и в структурах металл- ne-Si- кремний и металл- ПК- кремний Особенности слоев нанокристаллического и пористого кремния (развитая морфология поверхности, изменяемые оптические и диэлектрические постоянные, квантовые размерные эффекты, оптическое рассеяние и т д ) могут существенно влиять на физические характеристики структур
Цель данной работы: определение структурных, оптических и электрофизических свойств слоев нанокристаллического кремния на поверхности 81(100), сформированного методом плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы (РЕСУБ), и сравнение их со свойствами анодных слоев пористого кремния
В соответствии с этой целью в работе решались следующие основные научные задачи
1 Получить методом РЕСУБ слои нанокристаллического кремния со структурными и оптическими характеристиками, подобными характеристикам анодных слоев пористого кремния
2 Исследовать влияние условий формирования слоев пс-Б 1 и ПК на поверхности кремния на их структурные и оптические свойства
3 Определить механизмы электронного переноса в гетероструктурах с промежуточными слоями и ПК и перераспределение приложенного к таким структурам внешнего напряжения с учетом ПЭС
4 Определить параметры локализованных состояний в гетероструктурах с анодными слоями ПК и слоями пс-51, полученными методом РЕСУБ
5 Исследовать влияние газовой адсорбции на электрофизические характеристики гетероструктур с тонкими слоями ПК
Научная новизна полученных результатов состоит в следующем
1 Методом РЕСУО на поверхности 81(100) впервые получены слои ис-Б 1, представляющие собой ориентированный вдоль плоскости (004) массив нанокри-сталлитов со средним размером 4 8 нм и проявляющие фотолюминесцентные свойства при комнатной температуре с максимумом излучения при 1 55 эВ с полушириной спектра ~0 2 эВ
2 Предложена теоретическая модель прохождения зарядов в гетерострухтуре металл- кремний с промежуточным слоем ис-5](ПК) Получены аналитические выражения для перераспределения внешнего приложенного к структуре напряжения с учетом ПЭС Рассчитана вольтамперная характеристика с учетом параметров ПЭС на границах раздела ис-81(ПК)-81 и ис-81(ПК)-810г и пара-
3
метров туннельного окисла Обнаружены и детально исследованы ПЭС в гете-роструктурах Pd- «c-Si(IIK)- р-Si
3 Впервые методом релаксационной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ) получены и проанализированы энергетические параметры ПЭС в гетерострук-турах в зависимости от толщины слоя ПК
4 Впервые установлена зависимость влияния адсорбции на электрофизические характеристики структуры металл-кремний с промежуточными слоями ПК Определено влияние ПЭС и морфологических особенностей промежуточного слоя на чувствительность вольтамперных и вольт-фарадных характеристик структур к адсорбции молекул воды
5 Экспериментально установлен эффект увеличения внешней квантовой эффективности кремниевых солнечных элементов с р-п переходом, на которых сформировано антиотражающее покрытие из люминесцентного слоя ПК
На защиту выносятся следующие научные положения
1 Структурные, оптические и фотолюминесцентные свойства слоев nc-Si, сформированных методом PECVD, подобны соответствующим свойствам анодных слоев ПК
2 Распределение поверхностных электронных состояний, расположенных на границах раздела «c-Si(IIK)-Si и wc-Si(nK)-Si02, а также коэффициент прозрачности туннельного окисла, покрывающего слои rcc-Si(IIK), определяют перенос носителей заряда в гетерострухтурах со слоями ne-Si и ПК
3 Адсорбционные свойства гетероструктур металл- тонкий слой ПК- кремний определяются изменением диэлектрической постоянной s и перезарядкой ПЭС
4 Увеличение квантовой эффективности преобразования солнечной энергии в солнечных элементах на основе р-п перехода с антиотражающим покрытием из ПК обусловлено переизлучением в этом слое при поглощении коротковолновой области солнечного спектра
Практическая значимость результатов диссертационной работы
1 Показана возможность формирования на кремниевых подложках методом PECVD слоев нанокристаллического кремния с физико-химическими характе-
4
ристиками, идентичными характеристикам пористого кремния, полученного методом электрохимического травления
2 Разработан модифицированный метод расчета плотности интерфейсных состояний в МДП-структурах с ультратонкими слоями подзатворного диэлектрика Данный метод может быть использован при количественном описании спектров ПЭС в реальных системах
3 Результаты исследований адсорбционных явлений могут быть использованы при разработке газочувствительных сенсоров
4 Результаты по исследованию фотоотклика могут быть использованы при разработке солнечных элементов
Апробация работы Основные результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на следующих конференциях NATO ASI "Frontiers in Nanoscale Science of Micron/Subrmcron Devices" (Киев, Украина, 1995), 25-th International "IEEE Photovoltaic Specialists Conference" (Washington, USA, 1996), 1-st Ukrainian-Polish Symposium "New Photovoltaic Materials for Solar Cells" (Krakow, Poland, 1996), 6-th International Conference "Formation Semiconductor Interfaces, ICFS-I6" (Cardiff, UK, 1997), 12-th European Conference "Solid-State Transdusers, Eurosensors XI, XII" (Southampton, UK, 1998), International Conference "E-MRS-99" (Strasbourg, France, 1999), 2-nd International Conference "Porous Semiconductors- Science and Technology" (Madrid, Spain, 2000), NATO ARW "Frontiers of nano-optoelectromc system molecular-scale engineering and processes" (Киев, Украина, 2000), 6-th International Joint Symposium APCPST, 15-th SPSM, OS 2002 and 11-th KAPRA (JeJu, South Korea, 2002), 11-th International Symposium "The Physics of Semiconductors and Application" (Seoul, South Korea, 2002), International Conference "MRS Fall meeting" (Boston, USA, 2003), 3-ем Всероссийском совещании "Кремний-2006" (Красноярск, Россия, 2006), 4-ой Российской конференции с международным участием "Кремний-2007" (Москва, Россия, 2007)
Публикации По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ Из них 7 статей в цитируемой российской и международной печати, 11 статей в сборниках трудов международных и российских конференций Работа по теме
5
диссертации проводилась в рамках НШ-4755 2006 2 и Гранта ДВО РАН № 06-Ш-А-02-025 Список основных публикаций приводится в конце автореферата
Личный вклад соискателя. Личный вклад автора заключается в изготовлении экспериментальных образцов нанокристаллического и пористого кремния (ИАПУ ДВО РАН, Университет Сонпонгван, г Сувон, Республика Корея) и проведении экспериментов с использованием дифракции рентгеновского излучения (Университет Сонпонгван), атомной силовой микроскопии (ИАПУ ДВО РАН), оптической и фотолюминесцентной спектроскопии (ИАПУ ДВО РАН, Киевский Национальный университет им Тараса Шевченко, Университет Сонгюнгван) и электрофизических методов исследования (ИАПУ ДВО РАН, Политехнический институт Эколь Централь, г Лион, Франция, Университет Сонгюнгван) Автор непосредственно участвовал в выполнении теоретических расчетов
Во всех остальных экспериментах автор принимал активное участие вместе с коллективом сотрудников Отдела физики поверхности ИАПУ ДВО РАН, а также с сотрудниками других организаций - соавторами совместных публикаций
Достоверность результатов. Приведенные в работе результаты хорошо согласуются с результатами работ других исследовательских групп В частности, подтверждаются приведенные в работе L Т Canham (Appl Phys Lett ,1990) данные по фотолюминесценции Результаты экспериментов по пропусканию в инфракрасной области спектра слоев пористого кремния на поверхности Si(100), приведенные в работе, полностью согласуются с результатами работы А Venkateswara и др (J Electrochem Soc, 1991), что говорит о соответствии используемых методик и подходов применяемым в мировой практике Хорошая воспроизводимость экспериментальных данных и их согласованность с теоретическими расчетами обеспечили достоверность полученных результатов
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка цитируемой литературы Общий объем диссертации составляет 120 страниц, включая 52 рисунка, 5 таблиц и список литературы из 140 наименований
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении сформулирована цель работы и ее актуальность, поставлены задачи исследования, изложены защищаемые положения и научная значимость, кратко описана структура диссертации
В первой главе представлен обзор литературных данных по результатам систематизированного исследования структурных, морфологических и оптических свойств анодных слоев ПК на кремнии Основное внимание уделено анодным слоям с размерами кремниевых нанокристаллов 2-5 нм, которые характеризуются интенсивной ФЛ и высокоразвитой поверхностью Рассмотрены теоретические работы по расчету зонной структуры кремниевых нанокристаллов Показано, что с уменьшением размеров до единиц нанометров зонная структура кремниевых образований видоизменяется с возрастанием ширины запрещенной зоны Рассмотрены твердофазные методы получения ис-Si Продемонстрировано, что такими методами можно получить массив кремниевых нанокристалов, встроенных в матрицу Si02 Приведены результаты электрофизических исследований гетеро-структур с толстыми слоями ПК Показана возможность использования анодных слоев ПК в качестве активного элемента влажностных сенсоров На основании литературных данных сделан вывод о том, что структурные свойства тонких на-нокристаллических кремниевых слоев, а также механизмы переноса носителей заряда в гетероструктурах с такими слоями подробно не исследованы
Во второй главе дан обзор основных методов исследования, используемых в настоящей работе дифракции рентгеновского излучения (XRD), атомной силовой микроскопии (АСМ), оптической и люминесцентной спектроскопии твердых тел, вольтамперометрии, емкостной и релаксационной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ) полупроводниковых структур В главе представлены схемы ростовых экспериментов слоев ПК и пс-Si Слои ПК формировались методом электрохимического травления кремниевых пластин при постоянной плотности тока (/=20 мА/см2) в растворе, содержащем 48 вод % HF и С2Н60 в пропорциях 1 1 и 1 2 Слои пс-Si осаждались на кремниевых подложках в реакторе PECVD "UL-YAC, CPD-6108" из газовой смеси S1H4 Н2 в пропорции 1 10 при постоянных па-
7
раметрах осаждения (концентрация смеси, температура подложки, мощность ВЧ разряда) Для получения различной толщины слоев ПК и nc-Si в обоих экспериментах варьировалось время формирования В главе описаны методы и результаты определения толщины и скорости роста слоев Также уделено внимание методике изготовления контактных структур со слоями ПК и ис-Si Рассматривается экспериментальная аппаратура, используемая в исследованиях автоматизированный двухлучевой спектрофотометр ИКС-29, позволяющий записывать спектры пропускания в диапазоне длин волн 2 5—25 мкм, спектрофотометр "HITACHI ЗОЮ UV-VIS", позволяющий регистрировать спектры отражения в диапазоне энергий 1 6-6 2 эВ, автоматизированная установка для регистрации спектров фотолюминесценции Описана автоматизированная установка для исследования электрофизических характеристик полупроводниковых структур, позволяющая проводить измерения в пределах 10"12-1 А (для тока) и 10 15-1 Ф (для емкости) при изменении прикладываемого внешнего напряжения от -20 до +20 В и частоты тестируемого сигнала от 25 Гц до 1 МГц Детально описан автоматизированный спектрометр глубоких уровней, работающий в температурном интервале 77-340 К, с окнами эмиссии от 23 мкс до 10000 мкс, при максимальной чувствительности dC/C=3 10"7 Данные параметры позволяют рассчитывать концентрацию глубоких уровней, начиная с 108 см"3 при наличии мелких уровней с концентрацией 1014 см"3 В конце главы представлена методика определения энергетического положения и сечения захвата глубоких уровней из спектров РСГУ полупроводниковых структур
Третья глава посвящена исследованиям структурных, морфологических и оптических свойств слоев ис-Si и ПК на кремнии Методом рентгеноструктурного анализа в диапазоне углов дифракции 20=20-80° исследована кристаллическая структура слоев ne-Si различной толщины Дифрактмрамма Si-подложки (Рис 1) имеет резкий рефлекс при 20=69 13°, соответствующий (004)-плоскости монокристаллического кремния При увеличении времени осаждения слоев наблюдаемый рефлекс трансформируется с изменением формы и положения дифракционного максимума Обработка дифракционных спектров показала, что пленки пс-
8
Si содержат кристаллические образования со средним размером кристаллов 4 8 нм Важно отметить отсутствие в дифракционных спектрах осажденных слоев дополнительных рефлексов, соответствующих другим кристаллографическим направлениям
Таким образом, полученные данные позволяют сделать вывод, что осажденные методом PECVD кремниевые слои являются хорошо сформированной, ориентированной вдоль (004)-плоскости системой нано-кристаллов АСМ изображения показывают (Рис 2а,б), что поверхность слоев ne-Si, также как анодных слоев ПК (Рис 2в,г) состоит из массива наноразмерных конусоподобных образований Отмечено, что с увеличением толщины слоя ne-Si увеличивается среднеквадратичная шероховатость поверхности от 2 до 13 нм и, соответственно, увеличивается площадь поверхности
Исследования ИК-спектров пропускания слоев ПК и ne-Si на кремниевых подложках показали их идентичность (Рис 3) Оба типа образцов характеризовались полосами поглощения а) спектральный триплет при 2088, 2110 и 2137 cm"1, относящийся к валентным вибрационным модам SiH, SiH2 и SiH3 и являющийся характеристическим для пористого кремния, б) широкая полоса поглощения в диапазоне 1050-1160 cm"1, идентифицируемая как валентная SiO-мода в конфигурации O-SiO Обнаруженная в ИК-спектрах пропускания компонента Si-Ox указывает на то, что слои ne-Si так же, как и ПК, после формирования покрываются слоем естественного окисла В данной главе диссертации также исследовались люминесцентные свойства слоев ПК (Рис 4а) и ne-Si (Рис 46) при комнатной
9
40 60
2® (град) Рис 1 Спектры рентгеновской дифракции Si-подложки и слоев ne-Si, сформированных методом PECVD
llSIk1r:
с--j !
T: < Ï ?" 3 ' уз# ,
I . - \ i ', Vi ,f, J -ta-1
: к1 % > > - "Л ■W'Si«-? .....1 '
(iE С f 1С
—**■ ч ■ '
В №|
«
ЧИВ'^ЙВ
RCfiHr
ш
о 0-2 :.D ю I.J vj ~ 0 дм 1ИН ни 1SOT
Рис-2. А СМ изображения поверхности и поперечного сечения слоев nc-Si(a. бI и ПК Is, г).
температуре. Показано, что всс образцы характеризовались спектрами ФЛ в диапазоне энергий, большем энергии ширины запрещенной зоны кремния с максимумами излучения около 1.85 эВ с полушириной -0.3 эВ (для ПК) и 1.55 эВ с полушириной -0.2 эВ (для яе-Зй* При этом в обоих случаях интегральная интенсивность ФЛ
возрастала с ростом толщины пленок. Согласно теории квантового размерного Эффекта, данное значение максимума ФЛ соответствует энергии излучательных переходов в кремниевых на но кристаллах с сечением порядка 5 мм, что согласуется с результатами рemrejiосхрухтурного анализа и ЛСМ.
Обнаружен нетривиальный характер спектров о тражения в пилимом диапазоне спектра, зависящий от толщины исследуемых слоев. Показано, что значительное уменьшение отражательной способности в спектральной области 200-900 нм и длинноволновой сдвиг характеристических максимумов на спектрах отражения
24Ю 22оо 2000 1400 i2oo юоо 800 600 400 определяется рэлссвским рассея-
SiH
SM
/^/VuMrV
Si о
:15%
£400 2200 2000 1400 1 200 1000 800 600 400
Волновое число [cm ') Рис. J. Типичные ИК-спекгпры пропускания спаев ПК (а) и tte-Si (б).
нием на н ан о кристалл а х. составляющих сформированные елок яс-81. Явление ФЛ в слоях ПК использовалось нами для улучшения характеристик солнечных элементов и для создания химических сенсоров. Поэтому было проанализировано влияние на фотолю-
? 15
С
ô & 10
(а) 3 W337 нм
/ 2
/ / 1
15 16
Pd
p- Si
1 7 1 8 1 9 20 21 22 1 3 14 1 5 1 6 1 7 Энергия фотонов (эВ) Энергия фотонов (эВ)
Рис 4 Спектры ФЛ слоев ПК [а] с толщинами 30 (1), 60 (2) и 90 (3) нм и ne-Si [б] с толщинами 30 (1), 280 (2), 470 (3), 560 (4) и 660 (5) нм
минесцентные свойства именно тех режимов и последующих обработок слоев ПК (экспозиция в УФ свете), которые использовались при создании сенсорных структур Впервые наблюдалось, что при УФ экспозиции смещение спектра ФЛ возможно как в длинноволновую, так и в коротковолновую область Показано, что фотоокисление слоев ПК приводит а) к росту толщины пассивирующего слоя поверхностного окисла, б) к потере водорода и возможной интенсификации безизлучательной рекомбинации, в) к уменьшению поперечных размеров нанок-
ристаллов кремния (поскольку при формировании одного монослоя Si02 затрачивается 0 4 слоя Si)
В четвертой главе на основании экспериментальных данных, полученных в предыдущей главе, предложена энергетическая модель гетерострухтур металл-р-Si с тонким слоем nc-Si(IIK) (Рис 5) Для такой модели приложенное к структуре напряжение (V) перераспределяется между областями пространственного заряда в Si (VL), rtc-Si(IIK) (У,), и туннельным окислом Si02 (Vd) и является их
QdQ,QL
я Ф„
■Ег
' Еи
■Аг
I
А Е„
L
-=->
Рис 5 Энергетическая диаграмма гетеро-структуры Pd-nc-Si(IIK)- p-Si
суммой У= Ус1+ У,+ Уъ Решены диффузионно-дрейфовые уравнения с соответствующими граничными условиями в приближении диффузионной теории Аналитически рассчитаны ВАХ и вольт-фарадные характеристики, учитывающие ПЭС, параметры слоев туннельного окисла и «с-БКПК) В приближении, при котором протекание дырочного тока ограничивается ис-81(ПК), выражение для ВАХ сводится к экспоненциальному закону
}=]> [ехр(еУ[/кТ) - ехр(-е(Уй+У,тП (1)
При этом ток насыщения зависит от дрейфовой скорости дырок \^рЕ1 в слое пс-51 (ПК) и высот потенциальных барьеров
]3= ер0\УрЕ, ехр(-е(р?/кТ) [ехр(-еУ/кТ) — ехр(-ец>/кТ)] 1 (2)
где р0 - соответственно подвижность и концентрация дырок, Е, -напряженность электрического поля, е(р£ = ефо+ДЕ^+еф,
Из условия непрерывности вектора электростатической индукции на обеих границах ис-81(ПК) получены аналитические выражения для перераспределения внешнего приложенного напряжения в гетероструктуре с учетом изменения заряда на ПЭС (АОа, А<2ь) в интерфейсах ис-81(ПК)- 8Ю2 и ис-8)(ПК)- р-Б\
V
^ е1 еЬ
Ф0
а е, дс 4 . ,
+~-+г (3)
е<1 г(1
' Щ еЬ
^ Дф;
+ + (4)
Е1 е£1
Фо
Общее падение напряжения на туннельно-тонком окисле и ис-81(ПК) запишется как
(2^/Ь) 11-{(<$о-Уь)/Чо}Ш] + У л + У и (5)
где падение напряжения на ПЭС К/ = ((¡/г&аХ&Оа+Ьф^, У^ = (//ад) А
Предложен комбинированный метод расчета ПЭС в МДП-структурах с тонкими слоями диэлектрика, основанный на сопоставлении данных высокочастотных (ВЧ) вольт-фарадных и стационарных вольтамперных характеристик Для
предлагаемой модели (при достаточно высоких частотах, когда ПЭС не успевают следовать за частотой приложенного напряжения), общая емкость структуры может быть представлена как
Используя Ур 6), мы можем определить падение напряжения на полупроводнике
где С[^=ССта/( С+ Стах) определяется из экспериментально измеренной емкости С и емкости насыщения Стах Расчет У1 позволяет найти величину С
другой стороны, значение V, можно найта дифференцированием с последующим интегрированием выражения для ВАХ (Ур 1)
где ]г - экспериментальное значение тока Разница между высокочастотным значением (Ур 7) и стационарным (Ур 8) позволяет найти падение напряжения на ПЭС Предложенный метод может найти применение при расчете спектров ПЭС в МДП-структурах с ультратонкими (порядка нанометров) слоями диэлектрика, когда корректное определение свойств интерфейса невозможно ввиду нали-
С=сК2/с1У=[ЕоЕ1/ЦУ) ](с1У1/с1У)
(6)
(7)
(8)
~ 4x10"
сГ 2x10"
т га
6x10"
0
0-■-1-■-1-■-'---1-■-100 02 04 06 08 10
Е9(эВ)
чия токов утечки Проверка комбинированного метода была проведена на структурах Рс1- БЮг- р-Бт с толщинами слоя окисла от 3 до 17 нм Результаты расчета показали идентичность параметров ПЭС в пределах запрещенной зоны кремния, определенных предложенным и традиционным методами ВЧ/НЧ ВФХ (Рис 6)
Рис б Спектры плотности ПЭС кремниевой МОП-структуры, определение ВЧ/НЧ (а) и модифицированным (б) методами
Н Пятой главе рассматриваются процессы электронного переноса в гетерост-рухтурах металл- тонкий «с-5] (ПК)- кремний. На основании сопоставления экспериментальных данных с результатами теоретических расчетов определены параметры энергетической диаграммы для реальных гетер о структур Ш— 1 (ПК) -р-$ \ и электрические характеристики структур в зависимости от толщины слоя нс-ЭК-ИК). Обнаружен сложный характер ВФХ исследуемых структур, проявляющийся в возникновении особенностей при уменьшении частоты тестирующего напряжения (Рис. 7). Для структур сп слоем ПК появляющийся при низких частотах широкий пик сужается с увеличением толщины, тогда как для структур со слоями наблюдается противоположное изменение ВФХ при увеличении
Я а
£ I-
о
О О
1.0
с. о 1.0-
0.5
0.01.0
0.5
100 кГц —г— 75 кГц Л 50 кГц -К"" ■ 30 кГц
20 кГц
15 кГц —— 10 кГц
<™=30 Щч^" '
\ Л
Шжч
Ч 100 кГц О- 50 кГц 30 кГц 20 кГц ■у-15 кГц 10 кГц 5 кГЦ
/ =60 НМ
1\ ■и,'И
100 кГц 30 кГц -V 15 кГц —— 5 кГц 1 кГц 0.7 кГц —I — 0,5 кГц
£=90 ни
о.о —
-0.5
ад
0.0 0.5 1.0 1.5
Напряжение (В)
а
2.0
ег
Ф
х и
о
у
О
1,0
0.5
0.0 1.0
0,5
0.0
а го
0.5
0.0 1.0
0.5
0.0
г 1МГц '■■ 100 КГЦ -г- 10 кГЦ
тагъ 1 „=30 нм 3
Г
Г
Ч
.1 .-..I I.
—=— 1 МГц й —100 кГЦ Г ГО кГЦ
1 МГц 4 100 КГЦ ^«Чт.™
ЭкГц - 10 кГц
-6-4-2 0 2
Напряжение (В)
б
Рис.7. Частотные зависимости ВФХгетероструктур со слоями ПК (а) и пс-Ш (б).
00 01 02 03 04 05 00 02 04 06 08 1 0
с fc
*Et Энергия (эВ) ЕС fcv Энергия (эВ)
Рис 8 Спектры ПЭС гетероструктур со слоями ПК (а) и ne-Si (б)
толщины промежуточного слоя Предполагается, что появление особенностей на ВФХ связано с перезарядкой ПЭС на границах Si02- ne-Si (ПК) и «c-Si(ITK)-Si С использованием экспериментальных данных ВФХ, ВАХ и теоретических расчетов, представленных в Главе4, определены энергетические параметры исследуемых гетероструктур
Для структуры Pd- ПК (Eg~l 6 эВ)- p-Si (4 5 Ом см) высоты потенциальных барьеров и энергетических разрывов равняются, соответственно, ец>ь = e<pn+Ef = 0 65 эВ, АЕС =0 46 эВ и A£v=0 34 эВ, толщина туннельного окисла d-Ъ 0 нм Эти параметры практически не изменяются при изменении толщины ПК в диапазоне 30-90 нм Одновременно рост толщины слоя ПК приводит к увеличению концентрации ПЭС и изменению их энергетического спектра от квазинепрерывного до моноэнергетического уровня Ev+ 0 8 эВ (Рис 8а) Для структуры Pd- ne-Si (Eg~l 3 эВ)- jo-Si (10 Ом см) высота потенциального барьера е<рь увеличивается от 0 01 до 0 3 эВ с ростом толщины слоя от 30 до 560 нм При этом рост толщины ne-Si также приводит к увеличению концентрации ПЭС Однако, в отличие от ПК, энергетический спектр ПЭС изменяется от двух уровней с энергетическим положением Ev+0 4 эВ и £„+0 5 эВ до квазинепрерывного (Рис 86) Впервые наблюдались спектры релаксационной спектроскопии глубоких уровней в гетерострукту-рах Pd- ПК- р-Si (Рис 9), обусловленные наличием ПЭС в пористом слое Выявлена зависимость этих спектров от обратного напряжения и толщины ПК Показано, что с увеличением толщины слоя ПК происходит изменение спектров ПЭС
от квазинепрерывной зоны (для с1цк =30 нм) до моноэнергетического уровня (для с!пк =90 нм) с увеличением плотности ПЭС (Рис 9) Эти данные хорошо согласуются с результатами измерений ВАХ и вольт-фарадных характеристик (Рис 8 а) и свидетельствуют о трансформации спектров ПЭС при изменении толщины пористого слоя Кроме того, спектры релаксационной спектроскопии глубоких уровней указывают на равновероятную возможность обмена зарядами между ПЭС и зоной проводимости и ПЭС и валентной зоной
120 160 200 240 280 320 360 „
_ „,, В данной главе также теоретически
Температура (К)
Рис 9 Спектры РСГУ гетероструктур со проанализированы и экспериментально слоями ПК при разных смещениях
исследованы эффекты молекулярной адсорбции на ВАХ и вольт-фарадные характеристики гетероструктур с ПК В общем случае влияние адсорбции на фактор неидеальности (п) диода металл- ПК-зависит от изменения диэлектрической постоянной и зарядов туннельно-прозрачного окисла, ПК и приповерхностной области кремния, поскольку
и=W£,=7+eг,^/ezL+ei,^e¿L + У^ +
Дополнительная чувствительность, по сравнению с обычной кремниевой МОП-структурой, достигается за счет перераспределения напряжения на ПЭС (слагаемые Ус1Л/1 и У¿/VI) и изменения диэлектрической постоянной е, в ПК Рассчитано, что только за счет развитой морфологии поверхности ПК физическая адсорбция молекул воды обуславливает возрастание диэлектрической постоянной в ПК в несколько раз Это дает возможность создать газочувствительные структуры даже со сверхтонкими слоями ПК Экспериментальная проверка была проведена
300- - I (цА)
д
А
200--
р Дп
101 101 10* 10* 10* Частота (Гц)
-о-СВ —л— 50% влажность
100-
До
№
№ //
л П
-го
о
05
на структурах типа Ть ПК- р-Ъ\ при адсорбции паров воды и в синтетическом воздухе (СВ) Показано, что во влажной атмосфере ВАХ остаются выпрямляющего типа, но прямые и обратные токи увеличиваются, величина п уменьшается от 3 6 до 3 0 за счет роста г, и изменения падения напряжения на ПЭС (Рис 10) Чувствительность метода ВАХ к адсорбции растет с увеличением обратного напряжения Из частотных
Рис 10 Экспериментальные ВАХ гетеро- зависимостей ВФХ получены прямые структуры Тг- ПК (300 нм)- р-5г в атмосфере с 0%-ной и 50% -ной влажностью подтверждения влияния
адсорбционную
□ _□— О—□—□—□—О—□—п"а /
/ /
/
Д /
-100- -
и (В)
На вставке частотная зависимость емкости гетероструктуры
ПЭС на чувствительность
сенсора при частотах больше 104Гц наблюдается корреляция между резким уменьшением влияния адсорбции на емкость структуры и исчезновением вклада ПЭС в обратные вольт-фарадные характеристики (Рис 10, вставка) Экспериментально продемонстрировано повышение на 3-5 % к п д солнечного элемента на основе р-п перехода с верхним люминесцирующим слоем ПК за счет
эффекта переизлучения в слое ПК поглощаемого коротковолнового
излучения (Рис 11) Разработан и апробирован метод определения квантового выхода ФЛ, который базируется на измерениях наведенного тока в р-п переходе, если он покрыт
Длина волны (нм) слоем ПК Величина наведенного тока
Экспериментальный спектр
~ ,, определяется как
внешней квантовой эффективности глу- у
бокого р-п перехода со слоем ПК перед (а)
и после (б) термического отжига 40СРС,
10 сек, при котором исчезала ФЛ
Рис 11
У=еГ|(27гДГ1/2 í exp[-(hv-hvmf/2A2]Q(hv )d(hv)f [1 -R(E)] G(E)[1-exp(-a(E)d) ]dE,
где G(E)- количество фотонов в единицу времени на единицу площади структуры в единичном интервале энергии, Q(hv)- внутренняя квантовая эффективность собирания носителей заряда в р-п переходе, R- коэффициент отражения кремниевой поверхности с пористым слоем, а(Е), d- коэффициент поглощения и толщина слоя ПК, соответственно, r¡- внешний квантовый выход ФЛ, hv„,= \ 8 эВ, А=0 16 эВ - параметры гауссова спектра ФЛ Экспериментально установлено, что внутренний квантовый выход ФЛ слоя ПК не превышает 8-10 %
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1 Для формирования слоев пористого нанокристаллического кремния предложено использовать метод плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы При помощи методов рентгеноструктурного анализа, АСМ и оптической спектроскопии показано, что осажденные слои ne-Si состоят из массива нанокристаллитов со средним размером менее 5 нм, имеют высокоразвитую, покрытую слоем естественного окисла, поверхность и обладают фотолюминесцентными свойствами при комнатной температуре с максимумом излучения при Емакс-1 55 эВ Установлено соответствие структурных, морфологических и оптических свойств нанокристаллических кремниевых слоев, сформированных методом PECVD, и анодных слоев пористого кремния
2 Рассмотрен механизм переноса основных носителей заряда в гетероструктуре металл- кремний с промежуточным слоем пористого/нанокристаллического кремния, толщина которого меньше ширины обедненной области в кремнии В предположениях диффузионной теории получены аналитические выражения для вольтамперных характеристик и определены параметры модели для реальных гетероструктур Pd- тонкий пористый кремний- p-Si и Pd- нанокристал-лический кремний- p-Si Детально исследованы спектры плотности поверхно-
стных состояний в гетероструктурах в зависимости от изменения толщины слоев пс-Si и ПК
3 Показано, что влияние адсорбции на вольтамперные характеристики гетерост-руктур металл- тонкий слой ПК- кремний определяется изменением диэлектрической постоянной е пористого слоя и перезарядкой поверхностных электронных состояний Установлено, что такие структуры имеют большую чувствительность к газовой среде (за счет большого изменения е и вклада ПЭС), чем обычные кремниевые МОП структуры
4 Установлен эффект повышения квантовой эффективности солнечных элементов на основе р-п перехода с антиотражающим покрытием из ПК за счет переизлучения в слое пористого кремния при поглощении в коротковолновой области солнечного спектра
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1 Skryshevsky VA, Vikulov VA, Strikha VI, Tristani L Anomalous evolution of photolu-mmescence of porous silicon layers at UV irradiation // in Fabrication, properties and applications of low-dimensional semiconductor structures NATO ASI Series Kluwer 1995 P 173-174
2 Skryshevsky VA , Laugier A , Strikha VI, Vikulov VA Evaluation of quantum efficiency of porous silicon photolurmnescence//Mat Sci Eng В 1996 V 40 P 54-57
3 Skryshevsky VA , Laugier A , Vikulov VA , Strikha VI, Kaminski A Effect of porous silicon layer re-emission on silicon solar cell photocurrent // Proc 25th IEEE Photovoltaic Spec Conf Washington, USA 1996 P 589-592
4 Skryshevsky VA, Strikha VI, Vikulov VA, Kozinetc A V, Mamikin A V, Laugier A Silicon solar cell with porous silicon layer II Proc First Polish-Ukrainian Symposium "New Photovoltaic Materials for Solar Cells" Cracow, Poland 1996 P 202-207
5 Vdovenkova ТА , Strikha VI, Vikulov VA Auger electron spectroscopy study of the electronic structure of porous silicon-metal interfaces // J Electron Spectrosc Relat Phenom 1997 V 83 P 159-163
6 Skryshevsky VA , Strikha VI, Vikulov VA Thin porous silicon layer as base for device technology // Proc of 6th Int Conf on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI-6) Cardiff, Wales, UK 1997, P 162
7 Skryshevsky VA , Strikha VI, Mamikin A V, Vikulov V A , Pohshchuk V, Souteyrand E, Martin J -R Availability of current-voltage characteristics for porous silicon gas sensors //
19
Proc 12lh European Cont Solid-State Transdusers Eurosensors XII , Southampton, UK 1998 P 277-280
8 Stnkha VI, Vikulov VA , Skryshevsky VA , Souteyrand E, Martin J -R Electron transport m metal-thin porous silicon-silicon structures // Proc of European MRS Spring Meeting Strasbourg, France 1999 P 98
9 Vikulov VA, Strikha VI, Skryshevsky VA, Kilchitskaya S S, Souteyrand E, Martin J-R Electrical features of the metal-thin porous silicon-silicon structure // J Phys D ApplPhys 2000 V 33 P 1957-1964
10 Souteyrand E, Martin J -R, Polishchuk V, Vikulov VA, Skryshevsky VA Hydrogen sensor based on Pd-thm porous silicon-Si structure // Proc of 2nd Conf Porous Semiconductors-Science & Technology Madrid, Spain 2000 P 102-103
11 Vikulov VA, Hong В, Roh Y, Yi J S, Park CS Fabrication and structural characterization of nanocrystallme silicon films prepared by PECVD as a possible substrate material for carbone nanotubes formation // Proc of the Joint International Plasma Symposium of 6lh APCPST, 15th SPSM, OS 2002 & 11th KAPRA Jeju, South Korea 2002 P 74
12 Lee Y-W, Roh Y, Vikulov VA Characterization of ultra-thin gate oxide using photo-lllumination method // Proc of 11th Int Symp on the Physics of Semiconductors and Application Seoul South Korea 2002 P 32
13 Lee Y -W, Hong В, Roh Y, Vikulov VA Characterization of interface traps m MOS devices using photonic illumination method // J of the Korean Phys Soc. 2003 V 42 P S681-S684
14 Tretyak OV, Skryshevsky VA, Vikulov VA, Boiko YuV, Zinchuk VM Surface electronic states m metal-porous silicon-silicon structures // Phys Stat Sol (a), 197, № 2, -2003 P 144-150
15 Vikulov VA , Korobtsov VV, Markidonov E V, Hong В Comparison of structural and optical properties of the electrochemically etched porous silicon and nanocrystallme silicon films prepared by PECVD//Phys of Low-Dimensional Struct №2 -2006 P 91-95
16 Викулов В А, Коробцов BB, Димитриев А А Особенности электрофизических свойств МДП-струкгур со слоями нанокристаллического кремния // 111-е Российское совещание "Кремний-2006" Красноярск - 2006, С 86
17 Викулов В А , Коробцов В В Структурные и оптические свойства пленок нанокристаллического кремния, полученного методом PECVD Сравнение с пористым кремнием // Микроэлектроника Том 36, № 2, 2006, С 111-118
18 Викулов В А , Коробцов В В, Димитриев А А Определение пространственной локализации интерфейсных состояний в гетероструктурах со слоями нанокристаллического и пористого кремния // IV-я Российская конференция с международным участием "Кремний-2007" Москва -2007, С 185
ВИКУЛОВ ВИКТОР АЛЕКСЕЕВИЧ
СТРУКТУРНЫЕ, ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕТЕРОСТРУКТУР СО СЛОЯМИ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО И ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
Специальность 01 04 07 Физика конденсированного состояния
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Подписано к печати 03 09 2007 г Формат 60x84/16 Уел п л 1 25 Уч -изд л 0 89 Тираж 100 Заказ № 115
Издано в ИАПУ ДВО РАН г Владивосток, ул Радио, 5 Отпечатано в типографии ФГУП Издательство «Дальнаука» ИАПУ ДВО РАН 690041, г Владивосток, ул Радио, 7 Изд лицензия ИД № 05497 от 01 08 2001 г
Список условных обозначений.
ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.
1.1. Структурные свойства и морфология поверхности слоев ПК и ne-Si на кремнии.
1.1.1. Формирование слоев пористого кремния и его свойства.
1.1.2. Формирование слоев нанокристаллического кремния и его свойства.
1.2. Фотолюминесценция слоев ПК и ne-Si при комнатной температуре.
1.2.1. ФЛ слоев ПК.
1.2.2. ФЛ слоев ne-Si.
1.3. Анализ состава слоев ПК и ис-Si методом ИК спектроскопии.
1.3.1. Состав слоев ПК.
1.3.2. Состав слоев ne-Si.
1.4. Электрофизические свойства контактных структур со слоями ПК.
1.4.1. Структуры со слоями ПК.
1.4.2. Структуры со слоями ne-Si.
1.5. Практическое использование слоев ПК.
1.5.1. Сенсорные структуры.
1.5.2. Использование слоев ПК для солнечных элементов.
Выводы.
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ.32 2.1. Методы исследования.
2.1.1. Дифракция рентгеновского излучения.
2.1.1.1. Исследование размеров зерен.
2.1.1.2. Анализ внутренних напряжений.
2.1.2. Сканирующая зондовая микроскопия.
2.1.3. Оптическая спектроскопия.
2.1.4. Электрофизические методы исследований.
2.1.4.1. Измерение вольт-амперных характеристик.
2.1.4.2. Измерение вольт-фарадных характеристик.
2.1.5. Релаксационная спектроскопия глубоких уровней.
2.2. Методы формирования слоев и структур с ис-81 и ПК.
2.2.1. Подготовка образцов и схемы ростовых установок.
2.2.2. Определение толщины и скорости роста слоев пс-Б'г и ПК.
2.2.3. Формирование контактных структур со слоями пс
§\ и ПК.
2.3. Экспериментальная аппаратура и методики расчетов.
2.3.1. Установки для исследования структуры и морфологии поверхности.
2.3.2. Установки для проведения оптических исследований.
2.3.3. Установка для измерений иммитанса и методики расчета.
2.3.4. Релаксационная спектроскопия глубоких уровней.
Глава 3. Структурные, морфологические и оптические свойства слоев лс^ и
ПК на кремнии.
3.1. Влияние параметров формирования на структурные характеристики слоев пс-& и ПК.
3.1.1. Рентгеноструктурный анализ слоев пс-Б'г.
3.1.2. Влияние времени осаждения на морфологию поверхности слоев ис-8ь.
3.2. Фотолюминесцентные свойства слоев яс-81 и ПК.
3.3. Определение химического состава слоев пс-$\ и ПК методом инфракрасной спектроскопии.
3.3.1. Анализ состава слоев пс-Б\ и ПК.
3.3.2. Влияние УФ облучения на химический состав и ФЛ свойства слоев ПК.
3.4. Оптические функции слоев ис-81 и ПК в области энергий 1.5-6.5 эВ.
3.4.1. Спектры отражения.
3.4.2. Моделирование оптических функций.
3.5. Выводы.
Глава 4. Теоретическая модель гетероструктур с тонкими слоями /гс-Б^ПК) на кремнии.
4.1. Энергетическая модель гетероструктур металл- ис-81(ПК) -81.
4.2. Теоретический расчет дырочного тока в гетероструктурах металл- тонкий ис-Б^ЛК)- р-Б'1.
4.3. Теоретический расчет распределения напряжения в гетероструктурах металл- «с-81(ПК)-р-81.
4.4. Модифицированный метод расчета спектров интерфейсных состояний в МОП-структурах.
4.4.1. Теоретические расчеты.
4.4.2. Применение модифицированного метода для определения интерфейсных состояний.
4.5. Теоретический анализ влияния адсорбции на ВАХ и ВФХ контакта металл- тонкий ис-81(ПК)- р-Ъ'г.
4.6. Выводы.
Глава 5. Электронный перенос в гетероструктурах с тонкими слоями яс-81(ПК) кремнии.
5.1. Параметры гетероструктур Рс1 -тонкий /2с-81(ПК)
5.2. Параметры ПЕС гетероструктур Рс1-тонкий ис-81(ПК)
5.3. Влияние влажности на электрические характеристики гетероструктур
Ъ- ПК-р-Ы.
5.3.1. Эквивалентная схема емкостных измерений.
5.3.2. Параметры гетероструктуры Т^ ПК- р-Б'г.
5.3.3. Влияние адсорбции на ВАХ гетероструктур Т1- ПК-р-81.
5.3.4. Влияние адсорбции на ВФХ гетероструктур Т> ПК-р-81.
5.4. Влияние эффекта переизлучения на квантовую эффективность солнечных элементов со слоями ПК.
5.4.1. Основы метода.
5.4.2. Экспериментальное определение квантовой эффективности ФЛ в слоях ПК.
5.5. Выводы.
Использование кремниевых структур в оптоэлектронных системах обработки информации сдерживается невозможностью создания светоизлучающих диодов на основе кристаллического кремния. Надежда на создание оптоэлектроники, базирующейся на кремниевых фотоприемниках, оптических средах и источниках света, появилась в 1990 году, когда был открыт эффект видимой фотолюминесценции (ФЛ) в пористом кремнии (ПК).
Слои пористого кремния, получаемые электрохимическим травлением монокристаллов кремния, представляют собой материал, состоящий из нитей и кластеров с поперечным сечением от единиц до десятков нанометров и обладающий уникальными электронными и оптическими свойствами, которые отсутствуют в объемном кремнии. В первую очередь, это возникновение размерного квантования носителей заряда в кремниевых квантовых нитях, либо в квантовых точках, если их поперечные размеры не превышают 2.0-5.0 нм. Тогда в непрямозонном кремнии возможно возникновение прямых оптических переходов за счет пространственного ограничения носителей заряда и неопределенности соответствующих компонент квазиимпульса.
На сегодня пористый кремний используется и рассматривается как перспективный материал для кремниевой солнечной энергетики благодаря малому значению коэффициента отражения. Кроме того, для увеличения эффективности солнечных элементов могут быть использованы эффекты фотолюминесценции в пористом кремнии, модуляции ширины запрещенной зоны в широком диапазоне энергий и т.д. Некоторые из этих эффектов предсказывались теоретически, однако строгого экспериментального подтверждения не получили.
Слои пористого кремния можно использовать и для создания газовых сенсоров благодаря уникальной комбинации кристаллической структуры и гигантской внешней поверхности (200-500 м2/см3), что может значительно усилить эффекты адсорбции. Несмотря на уникальность структурных и оптических свойств, слои пористого кремния еще не получили широкого применения в сенсорах, хотя экспериментально показано, что люминесценция и электрическое сопротивление структур с пористым кремнием чувствительны к адсорбции различных газов.
Влияние адсорбционных явлений на емкостные характеристики структур с пористым кремнием еще мало исследовано.
Контакт металл- пористый кремний может стать базовой структурой при создании ряда полупроводниковых приборов, в первую очередь электролюминесцентных диодов и сенсоров. Вольт-амперные характеристики диодного типа уже наблюдались в таких структурах и пояснялись на основе идеализированной модели контакта Шоттки. Но, в отличие от идеализированных моделей, в реальных контактах может присутствовать переходной слой между металлом и полупроводником, а также поверхностные электронные состояния (ПЭС) на границах раздела фаз. Степень изученности электрических характеристик промежуточных слоев и поверхностных электронных состояний остается недостаточной. Гетероструктуры с тонкими слоями пористого кремния практически не исследовались.
Традиционно формирование пористого кремния базируется на различных электрохимических и химических реакциях, являющихся нетехнологичными методами изготовления. Применение современных методов для формирования нанокристаллических кремниевых материалов (лс-БО, идентичных по своим физико-химическим свойствам пористому кремнию, позволит внедрить этот материал в современный технологический цикл.
Сказанное выше определяет актуальность диссертационной работы, которая обусловлена, в первую очередь, необходимостью создания и развития полупроводниковых приборов на основе нанокристаллических кремниевых слоев. Для этого требуется изучение физических явлений и процессов как в самих материалах, так и в структурах металл- лс-Бь кремний и металл-ПК-кремний. Особенности слоев нанокристаллического и пористого кремния (развитая морфология поверхности, изменяемые оптические и диэлектрические постоянные, квантовые размерные эффекты, оптическое рассеяние и т.д.) могут существенно влиять на физические характеристики структур.
Целью диссертационной работы являлось определение структурных, оптических и электрофизических свойств слоев нанокристаллического кремния на поверхности 81(100), сформированного методом плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы (РЕСУБ), и сравнение их со свойствами анодных слоев пористого кремния.
Для этого необходимо было решить следующие основные задачи:
1. Получить методом РЕСУБ слои нанокристаллического кремния со структурными и оптическими характеристиками, подобными характеристикам анодных слоев пористого кремния.
2. Исследовать влияние условий формирования слоев пс-§\ и ПК на поверхности кремния на их структурные и оптические свойства.
3. Определить механизмы электронного переноса в гетероструктурах с промежуточными слоями и ПК и перераспределение приложенного к таким структурам внешнего напряжения с учетом ПЭС.
4. Определить параметры локализованных состояний в гетероструктурах с анодными слоями ПК и слоями «с-81, полученными методом РЕСУБ.
5. Исследовать влияние газовой адсорбции на электрофизические характеристики гетероструктур с тонкими слоями ПК.
Научная новизна состоит в том, что:
1. Методом РЕСУБ на поверхности 81(100) впервые получены слои пс-§\, представляющие собой ориентированный вдоль плоскости (004) массив нанокристаллитов со средним размером 4.8 нм и проявляющие фотолюминесцентные свойства при комнатной температуре с максимумом излучения при 1.55 эВ с полушириной спектра-0.2 эВ.
2. Предложена теоретическая модель прохождения зарядов в гетероструктуре металл- кремний с промежуточным слоем яс-З^ПК). Получены аналитические выражения для перераспределения внешнего приложенного к структуре напряжения с учетом ПЭС. Рассчитана вольт-амперная характеристика с учетом параметров ПЭС на границах раздела «с-81(ПК)-81 и «с-81(ПК)-8Ю2 и параметров туннельного окисла. Обнаружены и детально исследованы ПЭС в гетероструктурах Рс1- «с-81(ПК)
3. Впервые методом релаксационной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ) получены и проанализированы энергетические параметры ПЭС в гетероструктурах в зависимости от толщины слоя ПК.
4. Впервые установлена зависимость влияния адсорбции на электрофизические характеристики структуры металл-кремний с промежуточными слоями ПК. Определено влияние ПЭС и морфологических особенностей промежуточного слоя на чувствительность вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик структур к адсорбции молекул воды.
5. Экспериментально установлен эффект увеличения внешней квантовой эффективности кремниевых солнечных элементов с р-п переходом, на которых сформировано антиотражающее покрытие из люминесцентного слоя ПК.
На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Структурные, оптические и фотолюминесцентные свойства слоев пс-Ъ\, сформированных методом РЕСУБ, подобны соответствующим свойствам анодных слоев ПК.
2. Распределение поверхностных электронных состояний, расположенных на границах раздела ис-81(ПК)-81 и «с-81(ПК)-8102 , а также коэффициент прозрачности туннельного окисла, покрывающего слои лс-81(ПК), определяют перенос носителей заряда в гетероструктурах со слоями лс^ и ПК.
3. Адсорбционные свойства гетероструктур металл- тонкий слой ПК- кремний определяются изменением диэлектрической постоянной е и перезарядкой ПЭС.
4. Увеличение квантовой эффективности преобразования солнечной энергии в солнечных элементах на основе р-п перехода с антиотражающим покрытием из ПК обусловлено переизлучением в этом слое при поглощении коротковолновой области солнечного спектра.
Практическая значимость результатов диссертационной работы.
1. Показана возможность формирования на кремниевых подложках методом РЕСУБ слоев нанокристаллического кремния с физико-химическими характеристиками, идентичными характеристикам пористого кремния, полученного методом электрохимического травления.
2. Разработан модифицированный метод расчета плотности интерфейсных состояний в МДП-структурах с ультратонкими слоями подзатворного диэлектрика. Данный метод может быть использован при количественном описании спектров ПЭС в реальных системах.
3. Результаты исследований адсорбционных явлений могут быть использованы при разработке газочувствительных сенсоров.
4. Результаты по исследованию фотоотклика могут быть использованы при разработке солнечных элементов.
Апробация работы. Основные результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на следующих конференциях: NATO ASI "Frontiers in Nanoscale Science of Micron/Submicron Devices" (Киев, Украина, 1995); 25-th International "IEEE Photovoltaic Specialists Conference" (Washington, USA, 1996); 1st Ukrainian-Polish Symposium "New Photovoltaic Materials for Solar Cells" (Krakow, Poland, 1996); 6-th International Conference "Formation Semiconductor Interfaces, ICFS-I6" (Cardiff, UK, 1997); 12-th European Conference "Solid-State Transdusers, Eurosensors XI, XII" (Southampton, UK, 1998); International Conference "E-MRS-99" (Strasbourg, France, 1999); 2-nd International Conference "Porous Semiconductors-Science and Technology" (Madrid, Spain, 2000); NATO ARW "Frontiers of nano-optoelectronic system: molecular-scale engineering and processes" (Киев, Украина, 2000); 6-th International Joint Symposium APCPST, 15-th SPSM, OS 2002 and 11-th KAPRA (JeJu, South Korea, 2002); 11-th International Symposium "The Physics of Semiconductors and Application" (Seoul, South Korea, 2002); International Conference "MRS Fall meeting" (Boston, USA, 2003); 3-ем Всероссийском совещании "Кремний-2006" (Красноярск, Россия, 2006); 4-ой Российской конференции с международным участием "Кремний-2007" (Москва, Россия, 2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ. Из них 7 статей в цитируемой российской и международной печати, 11 статей в сборниках трудов международных и российских конференций. Работа по теме диссертации проводилась в рамках НШ-4755.2006.2 и Гранта ДВО РАН № 06-III-А-02-025. Список основных публикаций приводится в конце автореферата.
Личный вклад автора. Личный вклад автора заключается в изготовлении экспериментальных образцов нанокристаллического и пористого кремния (ИАПУ ДВО РАН; Университет Сонпонгван, г. Сувон, Республика Корея) и проведении экспериментов с использованием дифракции рентгеновского излучения (Университет Сонпонгван), атомной силовой микроскопии (ИАПУ ДВО РАН), оптической и фотолюминесцентной спектроскопии (ИАПУ ДВО РАН; Киевский Национальный университет им. Тараса Шевченко; Университет Сонпонгван) и электрофизических методов исследования (ИАПУ ДВО РАН; Политехнический институт Эколь Централь, г. Лион, Франция; Университет Сонпонгван). Автор непосредственно участвовал в выполнении теоретических расчетов.
Во всех остальных экспериментах автор принимал активное участие вместе с коллективом сотрудников Отдела физики поверхности ИАПУ ДВО РАН, а также с сотрудниками других организаций - соавторами совместных публикаций.
Достоверность результатов. Приведённые в работе результаты хорошо согласуются с результатами работ других исследовательских групп. В частности, подтверждаются приведённые в работе Ь.Т. СапЪаш (Арр1. РЬуБ. Ьей.,1990) данные по фотолюминесценции. Результаты экспериментов по пропусканию в инфракрасной области спектра слоев пористого кремния на поверхности 81(100), приведённые в работе, полностью согласуются с результатами работы А. Уепка1ез\уага и др. (I Е1ес1госЬеш. Бос., 1991), что говорит о соответствии используемых методик и подходов применяемым в мировой практике. Хорошая воспроизводимость экспериментальных данных и их согласованность с теоретическими расчетами обеспечили достоверность полученных результатов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 120 страниц, включая 52 рисунка, 5 таблиц и список литературы из 149 наименований. Во введении сформулирована цель работы и ее актуальность, поставлены задачи исследования, изложены защищаемые положения и научная значимость, кратко описана структура диссертации.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Для формирования слоев пористого нанокристаллического кремния предложено использовать метод плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы. При помощи методов рентгеноструктурного анализа, АСМ и оптической спектроскопии показано, что осажденные слои пс-Si состоят из массива нанокристаллитов со средним размером менее 5 нм, имеют высокоразвитую, покрытую слоем естественного окисла, поверхность и обладают фотолюминесцентными свойствами при комнатной температуре с максимумом излучения при £^<¡=1.55 эВ. Установлено соответствие структурных, морфологических и оптических свойств нанокристаллических кремниевых слоев, сформированных методом PECVD, и анодных слоев пористого кремния.
2. Рассмотрен механизм переноса основных носителей заряда в гетероструктуре металл- кремний с промежуточным слоем пористого/нанокристаллического кремния, толщина которого меньше ширины обедненной области в кремнии. В предположениях диффузионной теории получены аналитические выражения для вольтамперных характеристик и определены параметры модели для реальных гетероструктур Pd- тонкий пористый кремний- /?-Si и Pd-нанокристаллический кремний- /?-Si. Детально исследованы спектры плотности поверхностных состояний в гетероструктурах в зависимости от изменения толщины слоев ис-Si и ПК.
3. Показано, что влияние адсорбции на вольтамперные характеристики гетероструктур металл- тонкий слой ПК- кремний определяется изменением диэлектрической постоянной е пористого слоя и перезарядкой поверхностных электронных состояний. Установлено, что такие структуры имеют большую чувствительность к газовой среде (за счет большого изменения е и вклада ПЭС), чем обычные кремниевые МОП структуры.
4. Установлен эффект повышения квантовой эффективности солнечных элементов на основе р-п перехода с антиотражающим покрытием из ПК за счет переизлучения в слое пористого кремния при поглощении в коротковолновой области солнечного спектра.
1. Свечников C.B., Саченко А.В., Сукач Г.А., Евстигнеев A.M., Каганович Э.Б. Светоизлучающие слои пористого кремния: получение, свойства, применение (обзор) // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 1994. - N.27 - С.З-29.
2. Properties of porous silicon /Ed. L.T. Canham, Malvern.: Emis Series 18, 1997. -405 p.
3. Cullis A.G., Canham L.T, Calcott P.D.G. The structural and luminescence properties of porous silicon// J.Appl.Phys. 1997. - V.82, N.3 - P.909-965.
4. Lehmann V., Gosele U. Porous silicon formation: A quantum wire effect // Appl. Phys. Lett. -1991. V.58, N.10 - P.856-859.
5. Smith R.L., Collins S.D. Porous Silicon Formation Mechanism // J.Appl.Phys. -1992. V.71, N.8 - P.R1-R22.
6. 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, N.2 - P.622-636.
7. Parkhutik V.P., Chu Y., You H., Nagy Z., Montano P.A. X-Ray Reflectivity Study of Formation of Multilayer Porous Anodic Oxides of Silicon // J.Porous Mat. -2000.-V.2-P.27-31.
8. Стриха В.И. Контатные явления в полупроводниках. Киев.: Вища школа, 1982.-224 с.
9. Atlas d'équilibre électrochimiques.// Ed. M.Pourbaix, Paris, 1963. 264 p.
10. F. Bessueille, V. Dugas, V. Vikulov, J.P. Cloarec, E. Souteyrand, J.R. Martin. Assessment of porous silicon substrate for well-characterised sensitive DNA chip implement // Biosensors and Bioelectronics. 2005. - V.21 - P.908-916.
11. D. Bellet, G. Dolino. X-ray diffraction studies of porous silicon // Thin Solid Films. 1996.-V.276-P.1-6.
12. C. Faivre, D Bellet and G. Dolino. In situ X-ray diffraction investigation of porous silicon strains induced by the freezing of a confined organic fluid // Eur. Phys. J. -2000.-B, N.16 -P.447-454.
13. S. Manotas, F. Agullo-Rueda, J.D. Moreno, F. Ben-Hander, J.M.Martinez-Duart. Lattice-mismatch induced-stress in porous silicon films // Thin Solid Films. 2001. - V.401 - P.306-309.
14. M. Jayachandran, M. Paramasivam, K.R. Murali, D.C. Trivedi and M. Raghavan. Synthesis of porous silicon nanostructures for photoluminescent devices // Mater. Phys. Mech. 2001. - V.4 - P.143-147.
15. D. Buttard, D Bellet, T. Baumbach. X-ray diffraction investigation of porous silicon superlattices // Thin Solid Films. 1996. - V.276 - P.68-72.
16. Ki-Won Lee, Dae-Kyu Park, Young-You Kim, Hyun-Joon Shin. Investigation of the interface region between a porous silicon layer and a silicon substrate // Thin Solid Films. 2005. - V.478 - P. 183-187.
17. A.V. Andrianov, G. Polisski, J. Morgan, F. Koch. Inelastic light scattering and X-ray difraction from thick free-standing porous silicon films // Journal of Luminescence. 1999. - N.80 - P. 193-198.
18. M. L. Brongersma, A. Polman K. S. Min, E. Boer, T. Tambo, and H. A. Atwater. Tuning the emission wavelength of Si nanociystals in Si02 by oxidation // Appl. Phys. Lett. 1998. - V.72. №20 -P2577-2579.
19. Zhang S., Zhang W., Yuan J. The preparation of photoluminescent Si nanociystal-SiOx films by reactive evaporation // Thin Solid Films. 1998. - V.326 - P.92-98.
20. K. Bruhne, M.B. Schubert, C. Kohler, J.H. Werner Nanocrystalline silicon from hot-wire deposition a photovoltaic material? // Thin Solid Films. - 2001. - V.395 -P.163-168.
21. K. Nakagawa, M. Fukudu, S. Miyazaki, M. Hirose, Mat. // Res. Soc. Symp. Proc. -1997.-V.452-P.243.
22. Zhang H., Wei A., Liu S., Wang W., Chen D., Liang L., Chen K. The preparation of nanosized silicon by laser-induced chemical vapour deposition // Thin Solid Films. 2000.-V.368-P.315.
23. Гавриленко В.И., Грехов A.M., Корбутяк Д.В., Литовченко В.Г. // Оптические свойства полупроводников: Наукова Думка, Киев. 1987. - 607 с.
24. K. Edelberg E., Bergh S., Naone R., Hall M., Aydil E.S. Visible luminescence from nanocrystalline silicon films produced by plasma enhanced chemical vapor deposition//Appl. Phys. Lett. 1996. - V.68 - P. 1415.
25. W.-X. Wang, S.-H. Liu, Y. Zang, Y.-B. Mei, K.-X. Chen. Influence of preparation parameters on the particle size of nanosized silicon // Physica B. 1996. - V.225 -P.137-141.
26. Xiaochun Wu, Alpan Bek, Alexander M. Bittner, Ch. Eggs, Ch. Ossadnik, S. Veprek. The effect of annealing conditions on the red photoluminescence of nanocrystalline SiySi02 films // Thin Solid Films. 2003. - V.425 - P.175-184.
27. P.M. Fauchet. Photoluminescence and electroluminescence from porous silicon // J. Luminescence. 1996,- V.70 - P.294-309.
28. Bisi O., Ossicini S., Pavesi L. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics // Surface Sci. Reports. 2000. - V.38. - P.l-126.
29. Canham L.T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemicasl dissolution of wafers // Appl. Phys. Lett. 1990. - V.57, N.10 - P.1046-1048.
30. Porous silicon /Eds. Z.C.Fengs, R.Tsu, Singapore.: World Scientific, 1994. 465 p.
31. Hamilton B. Porous silicon. Topical Review // Semicond. Sci. Techn. 1995.- V.10 -P. 1187-1207.
32. Porous silicon science and technology //eds. J.C.Vial, J.Derrien, Berlin.: Springer, 1995.-556 p.
33. Lauerhaas J.M., Sailor M.J. Chemical Modification of the Photoluminescence Quenching of Porous Silicon // Science. 1993. - V.261 - P1567-1568.
34. Li K., Diaz D.C., Campbell J.C., Tsai C. Porous silicon: surface chemistry // Porous Silicon: eds. Z.C.Feng, R.Tsu. Singapore: World Scientific, 1994. P.261-273.
35. Friedersdorf L.E., Searson P.C., Prokes S.M., Glembocki O.J., Macaulay J.M. Influence of stress on the photoluminescence of porous silicon structures // Appl. Phys. Lett. 1992. - V.60, N.18 - P.2285-2287.
36. J. H. Shim, Seongil and N. H. Cho. Nanostructural features of nc-Si: H thin films prepared by PECVD // Applied Surface Science. 2004. - V.234, N.l-4 - P.268-273.
37. A. M. Ali, T. Inokuma, Y. Kurata and S. Hasegawa. Luminescence properties of nanocrystalline silicon films // Materials Science and Engineering C. 2001 - V.15, N.l-2 -P.125-128.
38. Edelberg E., Bergh S., Naone R., Hall M., Aydil E.S. Luminescense from plasma deposited silicon films // Appl. Phys. Lett. 1997. - V.81 - P.2410-2416.
39. H. Zhang, A. Wei, S. Liu, W. Wang, D. Chen, L. Liang, K. Chen. The preparation of nanosized silicon by laser-induced chemical vapour deposition // Thin Solid Films. 2000. - V.368 - P.315-318.
40. Shimura G M., Katsuma M., Okumura T. Stabilization of photoluminescence of porous silicon with nonaqueos anodic oxidation // Jpn. J. Appl. Phys. 1996. -V.35, N.l 1 - P.5730-5734.
41. Xiao G Y., Heben M.J., McCullough J.M., Tsuo Y.S., Pankove J.I., Deb S.K. Enhancement and stabilization of porous silicon photoluminescence by oxygen incorporation with a remote-plasma treatment // Appl. Phys. Lett. 1993. - V.62, N.10-P.l 152-1154.
42. Lavine G.J.M., Sawan S.P., Shieh Y.T., Bellezza A.J. Role of Si-H and Si-H2 in the photoluminescence of porous Si //Appl. Phys. Lett. 1993. - V.62, N.10 - P.1099-1101.
43. Shih S., Jung K.H., Kwong D.L., Kovar M., White J.M. Effects of H and O passivation on photoluminescence from anodically oxized porous Si // Appl. Phys. Lett. -1993. V.62, N.l5 - P. 1780-1782.
44. Seo Y.H., Lee H.-J., Jeon H.I., Oh D.H., Nahm K.S., Lee Y.H., Suh E.-K., Lee H.J., Kwang Y.G. Photoluminescence, Raman scattering and infrared absorption studies of porous silicon//Appl. Phys. Lett. 1993. - V.62, N.15 - P.1812-1814.
45. Li Q.-S., Fang R.-C. Formation and optical properties of porous silicon / Porous Silicon: eds. Z.C.Feng, R.Tsu. Singapore: World Scientific, -1994. P.235-256.
46. Ogata Y.H., Tsuboi Т., Sakka Т., Naito S. Oxidation of Porous Silicon in Dry and Wet Environments under Mild Temperature Conditions // J. Porous Mat. 2000. -V.7 - P.63-66.
47. Feng Z.C., Wee A.T.S. Multi-technique study of porous silicon membranes by Raman scattering, FTIR, XPS, ARS and SIMS/ Porous Silicon: eds. Z.C.Feng, R.Tsu. Singapore.: World Scientific, 1994. - P. 175-192.
48. Tsybeskov L., Duttagupta S.P., Fauchet P.M. Photoluminescence and electroluminescence in partially oxidized porous silicon // Solid State Commun. -1995. V.95, N.7 - P429-433.
49. Loni A., Simons A.J., Calcott P.D.J., Newey J.P., Cox T.I., Canham L.T. Relationship between storage media and blue photoluminescence // Appl. Phys. Lett. 1997.-V.71,N.l -P.107-109.
50. Ю.А. Берашевич, C.K. Лазарук, B.E. Борисенко. Электролюминесценция в пористом кремнии при обратном смещении барьера Шоттки // ФТП. 2006. -Т.40, №2 - С.240-244.
51. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир, 1981. - Tl. - С.453.
52. Стриха В.И. Теоретические основы работы контакта металл-полупроводник. -Киев: Наукова Думка, 1974. - 263 с.
53. Родерик Э.Х. Контакты металл-полупроводник. -М.:Радио и связь, 1982.-224с.
54. Cadet С., Deresmes D., Vuillaume D., Stievenard D. Influence of surface defects on the electrical behavior of aluminum-porous silicon junctions // Appl. Phys. Lett -1994. V.64, N.21 - P.2827-2829.
55. Deresmes D., Marissael V., Stievenard D., Ortega C. Electrical behaviour of aluminum- porous silicon junction // Thin Solid Films. 1995. - V.255 - P.258-261.
56. Laiho R., Pavlov A. Electronic properties and Schottky barrier of the porous silicon- Au interface // Thin Solid Films 1995. - V.255 - P.276-278.
57. Souteyrand E., Martin J.R., Polishchuk V., Vikulov V.A., Skryshevsky V. Hydrogen sensor based on Pd-thin porous silicon-Si structure // Proc. Int. Conf. "Porous Semiconductors, Science and Technology".- Madrid (Spain). 2000. -P. 102-103.
58. Strikha V.I., Skryshevsky V.A., Polishchuk V., Souteyrand E., Martin J.-R. A Study of Moisture Effects on Ti/Porous Silicon/Silicon Schottky Barrier // J. Porous Mat. 2000. -V.7-P.111-114.
59. Dimitrov D.B. Current-voltage characteristics of porous silicon layers // Phys. Rev. B. 1995. - V.51,N.3 - P.1562-1566.
60. Pavesi L., Ceschini M., Mariotto G., Zanghellini E., Bisi O., Anderle M., Calliari L., Fedrizzi M. Spectroscopic investigation of electroluminescent porous silicon // J. Appl. Phys. 1994. - V.75, N.2 - P.l 118-1126.
61. Martin-Palma R.J., Perez-Rigueiro J., Guerrero-Lemus R., Moreno J.D., Martinez-Duart J.M. Ageing of aluminum electrical contacts to porous silicon // J. Appl. Phys. 1999. - V.85, N.l - P.583-586.
62. Dittrich Th., Kliefoth K., Sieber I., Rappich J., Rauscher S., Timoshenko V.Yu. Electronic properties of thin Au/ nanoporous-Si/n-Si structures // Thin Solid Films. 1996. - V.276 -P.183-186.
63. A.A. Евтух, Э.Б. Каганович, Э.Г. Манойлов, Н.А. Семененко. Механизм токопрохождения в электролюминесцентных структурах пористый кремний/монокристаллический кремний // ФТП. 2006. - Т.40, №2 - С. 180184.
64. C. Busseret, A. Souifi, T. Baron, S. Monfray, N. Buffet, E. Gautier, M.N. Semeria Electronic properties of silicon nanocrystallites obtained by SiOx (x<2) annealing // Mat. Sci. Eng. C. 2002. - N.197 - P.237-241.
65. G. Chakraborty, S. Chattopadhyay, C.K. Sarkara. C. Pramanik. Tunneling current at the interface of silicon and silicon dioxide partly embedded with silicon nanocrystals in metal oxide semiconductor structures // J. Appl. Phys. 2007. -V.101-P. 024315.
66. Daniel Stieler, Vikram L. Dalai,a Kamal Muthukrishnan, Max Noack, and Eric Schares. Electron mobility in nanocrystalline silicon devices // J. Appl. Phys. -2006.-V. 100-P. 036106.
67. S. Tamir, S. Berger. Electroluminescence and electrical properties of nanocrystalline silicon // Mat. Sci. Eng. 2000. - B.69-70 P. - P.479-483.
68. X. Y. Chen, W. Z. Shen and Y. L. He Enhancement of electron mobility in nanocrystalline silicon/crystalline silicon heterostructures // J. Appl. Phys. 2005. -V.97-P. 024305.
69. Xu Gangyif and Wang Tianmin. Electrical characterization of N-type nanocrystalline silicon on p-type crystalline silicon (nc-Si:H/c-Si) heterojunctions // Semicond. Sci. Technol. 2000. - N.15 - P.613-618.
70. R. Herino, in: L.T. Canham (Ed.). Properties of porous silicon, INSPEC, IEEE, London, UK//1997.-P.89.
71. J.H. Song and M.J. Sailor. // Comments Inorg. Chem. 1999. - V.21. - P.69.
72. A. Foucaran, F.P. Delannoy, A. Giani, A. Sackda, P. Combette, A. Boyer. // Thin Solid Films. 1997. -V.297 - P.317.77. 8T. Taliercio, M. Dilhan, E. Massone, A. M. Gue, B. Fraisse, and A. Foucaran // Thin Solid Films. 1995. - V.255 - P.310
73. J. L. Coffer, S. C. Lilley, R. A. Martin, and L. A. Files-Sesler // J. Appl. Phys. -1993. V.74 - P.2094
74. R. C. Anderson, R. S. Mueller, and C. W. Tobias // Sens. Actuators A. 1990 -V.23 - P.835
75. K. Watanabe, T. Okada, I. Choe, and Y. Sato // Sens. Actuators B. 1996. - V.33 -P. 194
76. Ben-Chorin M., Kux A., Schechter I. Adsorbate effects on photoluminescence and electrical conductivity of porous silicon // Appl. Phys. Lett. 1994. V.64, N 4.- P. 481-483.
77. Motohashi, M. Kawakami, H. Aoyagi, A. Kinoshita, and A. Satou. // Jpn. J. Appl. Phys. Part 1 1995 - V.34. - P.5840.
78. C. Baratto, E. Comini, G. Faglia, G. Sberveglieri, G. Di Francia, F. De Filippo, V. La Ferrara, L. Quercia, and L. Lancellotti. // Sens. Actuators В - 2000. -V.65 -P.257.
79. L. Pavesi // Riv. Nuovo Cimento 1997 - V.20 - P. 1.
80. D. Stievenard and D. Deresmes. Are electrical properties of an aluminum-porous silicon junction governed by dangling bonds? // Appl. Phys. Lett. 1995 - V.67 P.ll.
81. Zheng Li, Fonash S.J. Properties of Pd-Gate Heterostructure Diodes for Hydrogen Detection // Chemical Sensor Technology. Tokyo. 1989.- V.2.-P.21-41.
82. Morrison S.R. Chemical sensors // Semiconductor Sensors: ed. S.M.Sze. N.Y.: Wiley, 1994.- P.383-410.
83. Tsuo Y.S., Xiao Y., Heben M.J., Wu X., Pern F.J., Deb S.K. Potential applications of porous silicon in photovoltaics // Record 23th IEEE Photovoltaic Specialists Conf.- Louisville (USA).- 1993,- P.287-393.
84. Стриха В.И., Кильчицкая С.С, Солнечный элементы на основе контакта металл-полупроводник.- С-Петербург: Энергоатомиздат, 1991.- 136 с.
85. Strehlke S., Bastide S., Stalmans L., Poortmans J., Debarge L., Slaoui A., Levy-Clement C. Oxidised porous silicon surface layers on a n+ emitter // Proc. 2nd World Conf. on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Vienna (Austria).- 1998.-P.1634-1637.
86. Zheng J.P., Jiao K.L., Shen W.P., Anderson W.A., Kwok H.S. Highly Sensitive Photodetector Using Porous Silicon // Appl.Phys.Lett. 1992.- V.61.-P.459-462.
87. Smestad G., Kunst M., Vial C. Photovoltaic responce in electrochemically prepared photoluminescent porous silicon // Sol.Ener.Mat.Sol.Cells.- 1992.- V.26, N4.-P.277-283.
88. Cullity D. // Elements of X-ray Diffraction: Addison-Wesley. 1956. - 262 p.
89. R. Weisendanger. Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy // Cambridge University Press. 1994,- 324 p.
90. T. Hori. Gate dielectrics and MOS ULSI. 1997.- Springer.- 352 p.
91. Lang D.V. Deep-level transient spectroscopy: A new method to characterize traps in semiconductors // J. Appl. Phys.-1974.-45, N 7. P. 3023-3032.
92. K.J. Yang, C. Hu. // IEEE TED.-1999.-V.46. P. 1500.
93. J.M. Palau and J Bonnet. Design and performance of a Kelvin probe for the study of topographic work function. // J. Phys. E. Sei. Instrum. 1988 - V.21 - P.674-679.
94. Park M.G., Choi W.S., Hong B., Kim Y.T., Yoon D.H. // J. Vac. Sei. Technol. A. 2002. - V.20 - №3. - P. 861.
95. Xie Y.H., Gilmer G.H., Roland C., Silverman P.J., Buratto S.K., Cheng J.Y., Fitzerald E.A., Kortan A.R., Schuppler S., Marcus M.A., Citrin P.H. // Phys. Rev. Lett. 1994. - V. 73. № 22. - P. 3006.
96. Chi N., Phillips D.L., Chan K.-Y. // Thin Solid Films. 1999. V. 342. P. 142.
97. Collins R.T., Fauchet P.M., Tischler M.A. // Phys. Today. Jan. 1997. P. 25.
98. Veprek S. // Thin Solid Films. 1997. V. 297. P. 145.
99. Kovalev D., Heckler H., Polisski G., Diener J., Koch F. // Optical Materials. 2001. -V. 17.-P. 35.
100. Bisi O., Ossicini S., Pavesi L. // Surf. Sei. Rep. 2000. - V. 38. - P. 1.
101. Conley R.T. // Infrared Spectroscopy: Allyn and Bacon Inc.- 1996. 352 p.
102. Hattangady S.V., Niimi H., Lucovsky G. // J. Vac. Sei. Technol. A. 1996. - V.14. -P. 3017.
103. Borghesi A., Sassella A., Pivac B., Pavesi L. // Solid State Commun. 1993. - V.87. -P. 1.
104. Timoshenko V.Yu., Osminkina L.A., Efimova A.I., Golovan L.A., Kashkarov P.K., Kovalev D., Kunzner N., Gross E., Diener J., Koch F. // Phys. Rev. B. 2003. -V.67-P.113405.
105. Dimova-Malinovska D., Sendova-Vassileva M., Tzenov N., Kamenova M. // Thin Solid Films. 1997. - V.297. - P. 9.
106. Coffer J.L., Lilley S.C., Martin R.A., Files-Sesler L.A. Surface reactivity of luminescent porous silicon // J.Appl.Phys.-1993.- V.74, N 3.- P.2094-2096.
107. Технология СБИС/ ред.С.Зи, M.: Мир, 1986.-T.L- 404 с.
108. Meyer-Arendt J.R. Introduction to Classical & Modern Optics. Englewood Cliffs (NJ): Prentice-Hall, 1972.
109. Соболев B.B., Алексеева C.A., Донецких В.И. Расчеты оптических функций полупроводников по соотношениям Крамерса-Кронига. Кишинев: Штиинца, -1976.- 124 с.
110. Handbook of Optical Constant of Solids. Ed. by Palik D.E. New York, 1985.798 p.
111. Drevillon B. // Progr. Crystal Growth and Charact. Oxford: Pergamon, 1993. -V.27.-P.1.
112. Rama Krishna M.V, Frieshner R.A. // J. Chem. Phys. 1992. - V. 96. - P. 873.
113. Vikulov V.A., Strikha V.l., Skryshevsky V.A., Kilchitskaya S.S., Souteyrand E., Martin J.-R. Electrical features of the metal-thin porous silicon-silicon structure // J.Phys.D: Appl.Phys.-2000.- V.33.- P.1957-1964.
114. O.V. Tretyak, V.A. Skryshevsky, V.F. Vikulov, Yu.V. Boiko, V.M. Zinchuk. Surface electronic states in metal-porous silicon-silicon structures // Thin Solid Films -2003.- V.445.- № 1.- P.144-150.
115. Викулов В.А., Коробцов В.В., Димитриев А.А. Особенности электрофизических свойств МДП-структур со слоями нанокристаллического кремния // 111-е Российское совещание "Кремний-2006". Красноярск. 2006. - С. 86.
116. Y.-W. Lee, Y. Roh, V.A. Vikulov. Characterization of ultra-thin gate oxide using photo-illumination method // Proc. of 11th Int. Symp. on the Physics of Semiconductors and Application, Seoul, Korea. 2002. - P.56.
117. Y.-W. Lee, B. Hong, Y. Roh< V.A. Vikulov. Characterization of interface traps in MOS devices using photonic illumination method // Journal of the Korean Phys. Soc. 2003 - V.42 - P. S681 -684.
118. H.M. Матвеев. Методы интегриврования обыкновенных дифференциальных уравнений. Уч. пособие. // Изд. «Лань», СПб. 2003. - 832 с.
119. Литовченко В.Г., Горбань А.П. Основы физики микроэлектронных систем металл-диэлектрик-полупроводник.- Киев: Наукова Думка, -1978. 316 с.
120. Панков Ж. Оптические процессы в полупроводниках. М.: Мир, 1973,- 456 с.
121. Е. Н. Nicollian and J. R. Brews, MOS physics and technology (Wiley, NY, 1982).
122. A. Ahaitouf, A. Bath, P. Thevenin and E. Abarkan. // Mat. Sci. Eng. В 2000 -V.77-P.67.
123. M. Madheswaran and P. Chakrabarti, IEEE Proc. Optoelectron 143,248 (1996).
124. P. Chakrabarti, B. R. Abraham, A. Dhingra, A. Das, B. S. Sharan and V.
125. Maheshwari. // IEEE Transaction on Electron Dev. 1992 - V.39 - P.507.
126. Matsumoto Т., Mimura H., Koshida N., Masumoto Y. Deep-Level Energy States in Nanostructural Porous Silicon // Jpn. J. Appl. Phys.- 1999.- V.38, N IB.- P.539-541.
127. Skryshevskii Yu.A, Skryshevskii V.A. Thermally Stimulated Luminescence in Porous Silicon //J.Appl.Phys.- 2001.- V.89, N5. P.2711-2714.
128. Stievenard D., Deresmes D. Are electrical properties of an aluminum-porous silicon junction governed by dangling bonds? // Appl. Phys. Lett. 1995,- V.67, N11.-P.1570-1572.
129. Нао P.H., Hou X.Y., Zhang F.L., Wang X. Energy band line up at the porous silicon/silicon heterointerface measured by electron spectroscopy // Appl. Phys. Lett.- 1994.- V.64, N26.- P.3602-3604.
130. Ilchenko V.V., Lin S.P., Lee C.P., Tretiak O.V. Deep Level Transient Spectroscopy characterisation of InAs self-assembled quantum dots // J. Appl. Phys.-2001.- V.89, N2,- P.l 172-1174.
131. Anderson R.C., Muller R.S., Tobias C.W. Investigation of Porous Silicon for Vapor Sensing // Sensors & Actuators.- 1990.- V.A21-23.- P.835-839.
132. Mares J. J., Kristofik J., Hulicius E. Influence of humidity on transport in porous silicon //Thin Solid Film.- 1995,- V.255.- P.272-275.
133. Adam M., Horvath Z.J., Barsony I., Szolgyemy L., Vazsonyi E., Tuyen V.V. Investigation of electrical properties of Au/porous Si/Si structures // Thin Solid Films.- 1995.- V.255.- P.266-268.
134. Schechter I., Ben Chorin M., Kux A. Gas Sensing properties of porous silicon // Anal.Chem.- 1995.- V.67.- P.3727-3732.
135. Sensors (A Comprehensive Book Series): Chemical and Biochemical Sensors // eds W.Gopel, J.Hesse, J.N. Zemel.- Weinheim.: VCH, 1991.- V.2. P.469-523.
136. Dacenko O.I., Makara V.A., Naumenko S.M., Ostapchuk T.V., Rudenko O.V., Shevchenko V.B., Vakulenko O.V., Boltovec M.S. Evolution of the porous silicon sample properties in the atmopheric ambient //J. Lumin.- 1999.-V.81 P.263-270.
137. Maicapa B.A., EojrroBeijfc H.C., BaKyjiemco O.B., flauemco O.I., PyzjeHKo O.B. // OopMyBaHH« rnapiß nopyßaToro KpeMHiio 3 bhcokhm KBaHTOBHM bhxoäom 4)0TOjnoMiHecueHuii7/y0)aC.- 1996.- T.41, №11-12.- C. 1090-1092.
138. Skryshevsky V.A., Laugier A., Vikulov V.A., Strikha V.l., Kaminski A. Effect of porous silicon layer re-emission on silicon solar cell photocurrent // Proc. 25th IEEE Photovoltaic Spec.Conf.- Washington (USA).- 1996.- P.589-592.
139. Skryshevsky V.A., Laugier A., Strikha V.l., Vikulov V.A. Evaluation of quantum efficiency of porous silicon photoluminescence // Mat. Sei. Eng.- 1996- V.40B.-P.54-57.
140. Koshida N., Koyama H., Suda Y., Yamamoto Y., Araki M., Saito T., Sato K., Sata N., Shin S. Optical Characterization of Porous Silicon by Synchrotron Radiation Reflectance Spectra Analyses // Appl. Phys. Lett.-1993.- V.63.- P.2774-2776.
141. Wang L., Wilson M.T., Naegel N.M. Interpretation of Photoluminescence Excitation Spectroscopy of Porous Si Layers // Appl. Phys. Lett.- 1993.- V.62.-P.l113-1115.
142. J. C. Vial, A. Bsiesy, et al. Mechanisms of visible-light emission from electro-oxidized porous silicon // Phys. Rev. 1992 - B 45. - P. 014171-14176.
