Структура та фізичні властивості кремнійових композицій з розупорядкованими шарами

Дослідити процеси комплексоутворення з участю домішок та рухомих дефектів структури з урахуванням дії локальних пружних механічних напруг в кремнійових структурах з імплантованим іонами аргону шарами та плівками пористого кремнію.

Провести математичне моделювання пружних напруг, які ініційовані локальною іонною імплантацією аргону на поверхні кремнійових структур.

Дослідити електрофізичні та структурні параметри кремнійових гетероперехідних композицій типу напівпровідник- діелектрик- напівпровідник, які містять розупорядковані шари, а також здійснити експериментальну перевірку одержаних результатів шляхом виготовлення на їх основі фотоелектричних перетворювачів.

На основі отриманих експериментальних результатів провести статистичне моделювання та розрахунки параметрів вольтамперних характеристик фотоелектричних перетворювачів.

Наукова новизна.

Вперше отримано результати комплексних досліджень якісних та функціональних параметрів оригінальних базових напівпровідникових фотоперетворювальних композицій типу напівпровідник – діелектрик – напівпровідник з шаром пористого кремнію ITO/porSi/nSi/n+Si та ITO/porSi/nSi/n+Si Al і n-p-n біполярних кремнієвих транзисторних структур, в яких присутні розупорядковані шари.

Вперше запропоновано та досліджено легування ITO-шарів дікетонатом алюмінію [Al (AA) 3], встановлено і з’ясовано пов’язане з цим підсилення поглинання світла  (на 2, 3% в діапазоні довжин хвиль 0, 42-0, 61 мкм)  та зменшення поверхневого опору плівки InxSnyO до значень 10 Ом/.

Вперше здійснено статистичне моделювання ВАХ гетеропереходу типу ITO/porSi/nSi/n+Si, що дозволило кількісно оцінити внесок процесів дифузії, об’ємної, поверхневої рекомбінації та генерації носіїв заряду в механізм додаткового поглинання фотонів у шарі пористого кремнію.

Розроблено аналітичну модель формування макроскопічних пружних напруг при імплантації іонів аргону в транзисторну структуру n-p-n типу, що пояснює локалізацію поверхневих стоків для рухливих дефектів та домішок на лицевій поверхні композиції.

Особистий внесок дисертанта. Автор спланував і виконав більшість експериментальних досліджень, здійснив фізичну інтерпретацію одержаних результатів, підготував особисто та в співавторстві основні наукові публікації, які були покладені в основу дисертаційної роботи і визначили її наукову новизну. Дисертанту належить провідна роль в методологічному, апаратурному та метрологічному забезпеченні роботи, виготовленні дослідних та малосерійних зразків, обробці результатів вимірювань з використанням ПЕОМ.

Достовірність отриманих у дисертації результатів підтверджується належним ступенем їх узгодженості з відомими та опублікованими теоретичними та експериментальними даними інших дослідників, високим рівнем їх метрологічного забезпечення, ефективністю впровадження.

Практична цінність.

Розроблено регламент виготовлення фотоперетворювальних гетероструктур, легованих ацетілацетонатом алюмінію, з високими показниками якості та технологічності, які можуть бути використані і частково використовуються на Запорізькому державному титано – магнієвому комбінаті, Запорізькому виробничому об’єднані “Гамма”, в проблемній лабораторії ЗДІА.

Розроблено регламент, що передбачає комбіноване гетерування при формуванні транзисторних кремнієвих композицій з розупорядкованими шарами, який використовується в ЗПО “Гамма”.

Результати, наведені в дисертації, використовуються в навчальному процесі  (ЗДІА).

Результати досліджень в сукупності можуть бути використані для подальшого вивчення фізичних процесів у напівпровідникових композиціях з розупорядкованими шарами, удосконаленні існуючих технологічних процесів мікроелектроніки, при розробці напівпровідникових приладів та інтегральних схем наступних поколінь.

Апробація роботи.

Основні матеріали дисертації доповідались і обговорювались на національних та міжнародних наукових конференціях і симпозіумах, в тому числі на:

Тhе International Conference on Material Science of Chalcogenide and Diamond-Structure Semiconductors  (CMSCDSS-94), жовтень 1994 р., м. Чернівці.

IX Всеросійському симпозіумі з растрової електронної мікроскопії і аналітичних методів дослідження твердих тіл  (SEM'95), травень 1995 р., м. Чорноголівка.

V Міжнародній конференції з фізики і технології тонких плівок, жовтень 1995 р., м. Івано-Франківськ.

V Російській науковій студентській конференції, червень 1996 р., м. Томськ.

Першій Всеросійській конференції з матеріалознавства і фізико-хімічних основ технології отримання легованих кристалів кремнію  (Кремній-96), листопад 1996 р., м. Москва.

Fourth International symposium on space means for power utilities  (SPS'97), серпень 1997 р., м. Монреаль, Канада.

Second international school-conference on physical problems in material science of semiconductors  (РРMSS-97), вересень 1997 р., м. Чернівці;

Основні положення роботи періодично доповідались і обговорювались на засіданнях регіонального наукового семінару з фізики, матеріалознавства і технічних застосуваннях напівпровідників, а також на засіданнях і наукових семінарах кафедри компонентів і матеріалів електронної техніки Запорізької державної інженерної академії.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 16 друкованих робіт, в тому числі 5 статей у наукових фахових виданнях України та інших країн, перелік яких затверджує ВАК України, а також підготовлено три науково-технічних звіти.

Структура і об’єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, висновків, переліку використаних літературних джерел, що включає 185 найменувань. Дисертація викладена на 133 сторінках друкованого тексту і містить 40 рисунків і таблиць.

 

 

У вступі обгрунтована актуальність теми, її зв’язок із науково-дослідними програмами, сформульовані мета і завдання роботи, її наукова новизна і практична цінність та апробація.

У першому розділі наведено результати класифікації розупорядкованих шарів у напівпровідниках. За опублікованими на сьогоднішній день даними відзначається, що основними методами їх формування є анодне травлення та імплантація іонів з високою енергією.

Наведено огляд теоретичних і експериментальних результатів формування фотоперетворювачів типу широкозонний напівпровідник – діелектрик – вузькозонний напівпровідник. Обговорюється роль і особливості використання тунельно-тонкого діелектрика в фотоперетворювачах з структурою ITO/SiOx/nSi. Висвітлено переваги, що дає застосування тонких ITO-плівок при виготовленні фотоперетворювачів. Вказано на специфічну роль розупорядкованих шарів особливо пористого кремнію, як антивіддзеркалюваних покриттів. Узагальнено