Контактные и бесконтактные методы измерения параметров пористого кремния

Бесконтактные методы измерения параметров представляют особый интерес для наноматериалов, к которым относится и пористый кремний, так как при измерении их параметров контактными методами наноструктура может быть необратимо нарушена. Актуальным вопросом является интерпретация результатов измерений параметров наноматериалов бесконтактными методами и сопоставление их с результатами, полученные с помощью традиционных контактных методов. Контактным и бесконтактным методами проведены измерения удельного электросопротивления (УЭС) образцов монокристаллических пластин кремния с созданным на их поверхности пористым слоем различной толщины. Пористый слой создавали на поверхностях монокристаллических пластин с хорошо выраженным микрорельефом: текстурированных и шлифованных.
В качестве контактного был выбран классический четырехзондовый метод с линейным расположением зондов, в качестве бесконтактного — резонаторный СВЧ-метод, основанный на явлении поглощения СВЧ-излучения свободными носителями заряда.
По результатам измерений построены карты распределения УЭС по площади образцов. Показано качественное совпадение картин распределения УЭС, полученных контактным и бесконтактным методом. Для анализа картины разброса значений удельного сопротивления по площади образцов проведено моделирование распределения поля в электролите при формировании пористого слоя в ячейке с непланарным анодом. Особенности пространственного распределения УЭС для каждого типа образцов объясняются особенностями механизма порообразования, которые, в свою очередь, задаются исходным микрорельефом поверхности и картиной распределения поля в электролите в данном конкретном случае.

пористый кремний, удельное электросопротивление, бесконтактный метод, четырехзондовый метод, электрохимическое травление

1. Зимин С. П. Классификация электрических свойств пористого кремния // ФТП. 2000. Т. 34, Вып. 3. С. 359—363.

2. Bisi S., Ossicini S., Pavesi L. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics // Surf. Sci. Rep. 2000. V. 38, N 1–3. P. l—126. DOI: 10.1016/S0167-5729(99)00012-6

3. Зимин С. П. Прыжковая проводимость в мезапористом кремнии с малой пористостью, сформированном на р+-Si‹B› // ФТП. 2006. Т. 40, Вып. 11. С. 1385—13871.

4. Сакун Е. А., Полюшкевич А. В., Харлашин П. А., Семенова О. В., Корец А. Я. Разработка пористых структур на кремнии // J. Siberian Federal University. Engineering&Technologies. 2010. Т. 4, № 3. С. 430—443.

5. Тыныштыкбаев К. Б., Рябикин Ю. А., Токмолдин С. Ж., Айтмукан Т., Ракыметов Б. А., Верменичев Р. Б. Морфология пористого кремния при длительном анодном травлении в электролите с внутренним источником тока // Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36, Вып. 11. С. 104—110.

6. Горячев Д. Н., Беляков Л. В, Сресели О. М. О механизме образования пористого кремния // ФТП. 2000. Т. 34, Вып. 9. C. 1130—1134.

7. Бучин Э. Ю., Проказников А. В. Характер динамики системы электролит кремний n-типа при анодировании в растворах плавиковой кислоты // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23, № 5. С. 1—7.

8. Можаев А. В., Проказников А. В. Тимофеев В. В. Динамическая дискретная трехмерная модель порообразования в кремнии // Исследовано в России. URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/069

9. Xiaoge Gregory Zhang. Electrochemistry of Silicon and Its Oxide. N. Y.; Boston; Dordrecht; London; Moscow: Kluwer Academic Publishers, 2004, 510 p.

10. Allongue P., Kieling V., Gerischer H. Etching mechanism and atomic structure of H-Si(111) surfaces prepared in NH4F // Electrochim. Acta. 1995. V. 40, N 10. P. 1353—1360. DOI: 10.1016/0013-4686(95)00071-L

11. Трегулов В. В. Пористый кремний: технология, свойства, применение. Рязань: РГУ им. С. А. Есенина, 2011. C. 24.

12. Улин В. П., Улин Н. В., Солдатенков Ф. Ю. Анодные процессы в условиях химического и электрохимического травления кристаллов кремния в кислых фторидных растворах. Механизм порообразования // ФТП. 2017. Т. 51, Вып. 4. С. 481—496. DOI: 10.21883/FTP.2017.04.44340.8393

13. Улин В. П., Конников С. Г. Природа процессов электрохимического порообразования в кристаллах AIIIBV // ФТП. 2007. Т. 41, Вып. 7. С. 854—866.

14. Кунакбаев Т. Ж., Тукубаев Э. Э. Моделирование получения пористого кремния на атомном уровне / Хаос и структуры в нелинейных системах. Теория и эксперемент. Междун. научно-практ. конференция. 2015. № 1. С. 171—176. URL: http://portal.kazntu.kz/files/publicate/2015-10-26-elbib_11.pdf

15. Пискажова Т. В., Савенкова Н. П., Анпилов С. В., Калмыков А. В., Зайцев Ф. С., Аникеев Ф. А. Трехмерное математическое моделирование динамики границы раздела сред алюминия, электролита и зоны обратного окисления металла в зависимости от распределения потенциала // J. Siberian Federal University. Engineering&Technologies. 2017. Т. 10, № 1. С. 59—73. DOI: 10.17516/1999-494X-2017-10-1-59-73

16. Городецкий А. Е., Тарасова И. Л. Компьютерное моделирование процесса формирования пористого кремния // Матем. моделирование. 2008. Т. 20, № 2. С. 105—112.

17. Латухина Н. В., Дереглазова Т. С., Ивков С. В., Волков А. В., Деева В. А. Фотоэлектрические свойства структур с микро- и нано-пористым кремнием // Известия Самарского научного центра РАН. 2009. Т. 11, № 3. С. 66—70. URL: http://www.ssc.smr.ru/media/journals/izvestia/2009/2009_3_66_70.pdf

18. Анфимов И. М., Кобелева С. П., Щемеров И. В. Установка для измерения удельного электросопротивления бесконтактным СВЧ методом // Материалы I международной конф. «Актуальные проблемы прикладной физики 2012». Севастополь, 2012. С. 82—83.

19. Lizunkova D., Latukhina N., Chepurnov V., Paranin V. Nanocrystalline silicon and silicon carbide optical properties // Proc. International conference Information Technology and Nanotechnology. Session Computer Optics and Nanophotonics. Samara (Russia), 2017. V. 1900. P. 84—89. DOI: 10.18287/1613-0073-2017-1900-84-89