Исследован баланс «спрос— предложение» на полупроводниковый поликристаллический кремний (поликремний) и дана попытка прогноза развития рынка до 2018 г. Приведена оценка состояния солнечной энергетики и мирового производства поликремния на 2014 г. В настоящее время признано, что мощность предприятий по производству поликремния в мире превышает спрос на него, но единой точки зрения на то, каким будет потребление в ближайшие годы и когда перепроизводство будет «исчерпано», нет. Сегодня доминируют крупные производители, которые производят поликремний с низкой себестоимостью. Первые 10 производителей — Hemlock, REC, OCI, Wacker, GCL, TBEA XinJiang Silicon, LDK, Daqo New Energy, Tokuyama и SunEdison (бывш. MEMC) — имеют суммарную мощность производства ~250 тыс. т поликремния. Есть также область неопределенности, в которой находятся порядка 80—90 производителей с разной степенью готовности производства, различной достигнутой эффективностью и производительностью. Дано описание современного рынка поликремния, включая технологические оценки, возможности поставки, производственные затраты, тенденции использования, а также оценку и перспективу до 2018 г. Рассмотрены три возможных сценария, выбранных таким образом, чтобы очертить область наиболее вероятных вариантов развития. Установлено, что при отсутствии замедления экономики высока вероятность решения проблемы перепроизводства поликремния за счет растущего потребления, и спрос на новые мощности по производству поликремния вернется в ближайшие 3—4 года.

Элементы III и V групп Периодической системы и углерод являются одними из наиболее важных примесей в кремнии. Предложена методика оценки содержания примесей углерода, бора, фосфора и мышьяка в высокочистом моносилане. Методика включает получение поликристаллического кремния по реакции гетерогенного разложения моносилана, выращивание контрольного монокристалла методом бестигельной зонной плавки, анализ монокристаллических образцов методом ИК−спектроскопии. Концентрация примесей в исходном поликристалле рассчитана с использованием результатов определения их содержания в контрольных образцах монокристаллов, данных о значении коэффициентов распределения примесей в системе «твердое тело — жидкость», координаты образца по длине слитка. Значения эффективного коэффициента распределения примесей в системе «твердое тело — жидкость» для конкретных условий выращивания оценены из уравнения Бартона— Прима—Слихтера.
Приведены результаты анализа контрольных образцов кремния природного изотопного состава и обогащенного изотопом 28Si, полученных из проб моносилана с различным содержанием примесей. Установлено, что результаты ИК−спектроскопического исследования примесного состава по контрольному монокристаллу согласуются с данными о концентрации, полученными методом хроматографии. Концентрация примесей III, V групп
в моносилане составила 4 ⋅ 10−9—2 ⋅ 10−6 % (ат.), углерода — 2 ⋅ 10−6— 6 ⋅ 10−4 % (ат.). Погрешность определения методом ИК−спектроскопии примеси углерода не превышала 15 %, бора и фосфора — 20 %. Показано, что верхняя граница диапазона содержания углерода в моносилане с помощью предложенной методики ограничивается его пределом растворимости в кремнии, нижняя — пределом обнаружения метода ИК−спектроскопии и возможным фоновым загрязнением. 

Экспериментально и теоретически изучена возможность получения однородного по длине и сечению монокристаллического сплава SiGe, обогащенного со стороны кремния. Содержание второй компоненты в кристалле диаметром 15 мм и длиной 40 мм, выращенном модифицированным методом плавающей зоны из шихты составом 79,8 % (ат.) Si и 20 % (ат.) Ge и с добавками 0,2 % (ат.) бора, исследовано с помощью метода рентгеновского микроанализа как в отдельных точках образца, так и в режиме линейного сканирования вдоль оси кристалла и поперек. Установлено, что продольное изменение концентрации германия хорошо описывается аналитически уравнением, выведенным ранее для условий роста из тонкого слоя расплава монокристалла Ge, легированного примесью Sb или Ga, в присутствии погруженного в расплав нагревателя. Для более точного описания экспериментальных данных был проведен учет изменения толщины слоя расплава между растущим кристаллом и дном погруженного нагревателя по мере кристаллизации. Показано, что поперечное распределение второй компоненты, которое не превышало 5 % по диаметру, может быть существенно улучшено за счет уменьшения кривизны фазовой границы в процессе роста. 

Путем последовательного удаления слоев с кремния, в котором наблюдается дислокационная фотолюминесценция после ионной имплантации Si+ (100 кэВ, 1 · 1015 см−2) с последующим высокотемпературным отжигом в хлорсодержащей атмосфере, установлено, что основная доля центров дислокационной люминесценции при ~1,5 мкм (линия D1) сосредоточена в области пробегов ионов Si+. Методом электронной микроскопии поперечного среза показано, что введенные имплантационной обработкой (имплантация и последующий отжиг) дислокации проникают до глубин ~1 мкм. Предложена феноменологическая модель дислокационной фотолюминесценции для линии D1, базирующаяся на предположении, что за эту линию ответственны расположенные в атмосферах дислокаций К−центры и модифицированные А−центры. Температурная зависимость интенсивности линии D1, рассчитанная на основе модели, описывает экспериментальные данные. 

Процессы конвективного теплопереноса и кристаллизации изучены на основе упрощенной, но единой расчетно− экспериментальной модели метода Чохральского, в которой использованы два вещества с температурами плавления, близкими к комнатным: одно (гептадекан) с низкой, другое (галлий) с высокой теплопроводностью. Благодаря прозрачности расплава гептадекана визуализированы структуры как самого течения расплава, так и его закристаллизовавшейся части в лабораторном эксперименте, что обеспечило расчетную модель данными для тестирования. На основе численных расчетов проведено параметрическое изучение структур течения, тепловых потоков на охлаждаемом диске и определена зависимость формы фронта кристаллизации для обоих веществ от режимов конвективного теплообмена: термогравитационной и смешанной(т. е. при дополнительном вращении кристалла) конвекции. 

Использование por−Si способствует разделению молекул воды внутри нанопор por−Si и эффективному выделению водорода при электролизе воды. Гетероструктура por−Si/c−Si (пористый кремний/кристаллический кремний) позволяет решить основную проблему фотоэлектролиза воды на кремниевых электродах — их энергетическую недостаточность. Комбинированное нанесение Ni электрохимическим и физическим способом на поверхность por−Si, формирование силицидовых покрытий (NiSi) поверхности пор и создание фотоэлектродов на основе por−Si в виде гетероструктуры NiSi/por−Si/с−Si/Al позволяет улучшить их коррозионную стойкость к окислению и анодному растворению, увеличить эффективность выделения водорода, повысить срок работы фотоэлектродов.

Предложена новая методика синтеза слоев пористого кремния с наночастицами серебра, основанная на методе низкоэнергетической высокодозовой имплантации кремния ионами металла. Для демонстрации методики проведена имплантация полированной пластины монокристаллического кремния однозарядными ионами Ag+ при комнатной температуре с энергией 30 кэВ при дозе облучения 1,5 ⋅ 1017 ион/см2 и плотности тока в ионном пучке 8 мкA/см2. Методами высокоразрешающей сканирующей электронной и атомно−силовой микроскопии, а также рентгеноспектрального микрозондового анализа и спектроскопии комбинационного рассеяния света показано, что в результате проведенной ионной имплантации на поверхности облучаемого кремния формируется тонкий аморфный слой пористого кремния со средним диаметром пор порядка 150—180 нм, глубиной пор ~100 нм и толщиной стенок между отверстиями 30—60 нм. В структуре пористого кремния расположены наночастицы серебра диаметром 5—15 нм. Кроме того, установлено, что в процессе проведения имплантации происходит ранее не наблюдаемое на практике распыление поверхности кремния ионами серебра. Сделано заключение о том, что предлагаемый физический метод получения пористого кремния, в отличие от химических подходов, обладает тем преимуществом, что может быть достаточно легко интегрирован в индустриальный современный процесс технологии изготовления и совершенствования электронных микросхем, основанный на промышленной ионной имплантации. 

Рассмотрены особенности технологии изготовления, а также результаты исследования морфологии, электрофизических и фотоэлектрических свойств фоточувствительных структур на основе кремния, содержащих слои карбида кремния и пористого кремния. Пористый слой создан на поверхности монокристаллических подложек кремния методом электролитического травления во фторсодержащих растворах. Использованы пластины с разным микрорельефом поверхности — полированной, шлифованной, текстурированной. Карбидизация образцов, приводящая к образованию гетероструктур SiC/Si, проведена методом газотранспортной эндотаксии в потоке водорода в вертикальном реакторе с холодными стенками с использованием графитового контейнера. Исследованы структура и состав изготовленных гетероструктур SiC/Si на разных типах структурированной поверхности поликристаллического и монокристаллического кремния, включая поверхность пористого слоя кремния. Показано, что в процессе эндотаксии на всех типах поверхности образуется фаза монокристаллического карбида кремния кубической модификации. Проведено исследование морфологии изготовленных структур методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии. Зафиксировано наличие нитевидных образований различной структуры на поверхностях без пор, которые идентифицированы как карбидокремниевые, а также цилиндрических или конических образований на пористой поверхности, природа которых неясна. Построены графики вольт−амперных и ампер−ваттных характеристик для всех типов изготовленных структур, общий вид которых свидетельствует
о наличии в них нескольких потенциальных барьеров. Проанализированы фотоэлектрические свойства структур и перспективность их использования в фотоэлектрических преобразователях солнечных элементов. 

Получены новые решения для тензоров эффективных пироэлектромагнитных свойств пьезоактивных композитов на основе решения связанной краевой задачи электромагнитоупругости. При решении краевой задачи использованы новые решения для сингулярных составляющих вторых производных функций Грина для перемещений электрических и магнитных потенциалов в однородной трансверсально− изотропной пьезоэлектромагнитной среде с эллипсоидальным зерном неоднородности. Представлены результаты расчета концентрационных зависимостей эффективных коэффициентов пиро− и электромагнитной связанности композита феррит/титанат бария с эллипсоидальными сферическими волокнистыми включениями для различных полидисперсных структур и композита со слоистой структурой. Выявлено значительное влияние формы включений, особенностей взаимного расположения и инверсии свойств фаз на эффективные коэффициенты пиромагнитной и электромагнитной связанности композита. Сделан вывод о предпочтительном использовании пироэлектрика в качестве сферических включений в феррит−матрице композита. Что позволяет более чем в пять раз увеличить эффективную константу пиромагнитной связанности композита в сравнении с ее значением для той же структуры, но с инверсией свойств фаз при фиксированных значениях объемного содержания ферритовой и пироэлектрической фаз.