Представлены результаты исследований кинетики формирования и структуры слоев мезопористого кремния, полученных методом электрохимического анодирования в электролите на основе 12%−ного водного раствора фтористо−водородной кислоты. Электролит состоял только из деионизованной воды и фтористо−водородной кислоты и не содержал никаких органических добавок для того, чтобы исключить загрязнение пористого кремния углеродом в процессе анодирования. Все эксперименты выполнены на целых пластинах кремния диаметром 100 мм, а не на образцах небольшого размера, которые часто используют для экономии кремния. В качестве исходных подложек использованы пластины монокристаллического кремния марки КЭС−0,01, вырезанные из слитков, полученных методом Чохральского.

Определены зависимости толщины слоев пористого кремния, его скорости роста и объемной пористости от плотности анодного тока и времени анодирования. Методом сканирующей электронной микроскопии изучены структура слоев пористого кремния и определены размеры и плотность каналов пор. Найдены режимы получения однородных слоев пористого кремния для их последующего использования в качестве буферных слоев при эпитаксии.

 

Проведены исследования состава диффузионных слоев кремния, легированного редкоземельным элементом эрбием. Диффузия проведена из оксидной пленки эрбия, созданной на поверхности пластины кремния. Методом вторичной ионной массспектрометрии определены концентрационные профили эрбия и кислорода в кремнии. Профиль электрически активного эрбия определен методом измерения поверхностного сопротивления и подвижности носителей заряда при последовательном стравливании слоев. Рассчитан коэффициент диффузии эрбия при температуре 1240 оС, его значение составило 4,8 • 10−13 см2 • с−1. Предложена модель одновременной диффузии эрбия и кислорода в кремний, учитывающая процесс связывания эрбия и кислорода в комплексы. Путем сравнения результатов численного моделирования с экспериментальными данными показано их хорошее совпадение для приповерхностной области диффузионного слоя.

 

 

 

 

 

 

 

Проведено исследование свойств нелегированных монокристаллов антимонида галлия  диаметром более 60 мм, выращенных методом Чохральского в кристаллографическом направлении [100].  Установлено, что снижение плотности дислокаций в крупногабаритных нелегированных монокристаллах антимонида галлия может быть достигнуто как с использованием известных технологических приемов в процессе выращивания, так и с помощью легирования изовалентной примесью (индием). Показано, что введение в технологический процесс выдержки при температуре, близкой к температуре кристаллизации, на стадии выхода  кристалла на диаметр в течение 1 ч и термообработки в посткристаллизационном состоянии при температуре 650 оС в течение 3 ч позволяет достичь в нелегированных монокристаллах антимонида галлия диаметром ~60 мм значения плотности дислокаций (3—5) ⋅ 103  см−2. Установлено,  что образование дислокаций в крупногабаритных монокристаллах антимонида галлия  обусловлено двумя температурными диапазонами, о чем свидетельствует различная морфоло- гия следов дислокаций. Определены значения критических напряжений образования дислокаций в интервале температур 420—690 оС. Показано, что легирование изовалентной примесью (In до концентраций  (2—4)⋅ 1018 ат/см3) приводит к существенному увеличению критических напряжений образования дислокаций и, следовательно, снижению их средней плотности до (4—5) ⋅ 102  см−2, что открывает перспективу получения крупногабаритных малодислокационных монокристаллов антимонида галлия.  

 

Исследованы вольт−амперные характеристики (ВАХ) и проведены измерения удельного электрического сопротивления и коэффициента Холла образцов высокоомного теллурида кадмия при комнатной температуре. Исследованные образцы вырезаны из слитков, выращенных методом движущегося теплового поля и легированных хлором  на уровне ≈ 2 ⋅ 1017 см−3 (в шихте). В качестве контактных материалов использованы индий и золото. Измерения электрофизических параметров проведены на образцах квадратной формы по методу Ван− ер−Пау в диапазоне магнитных полей до 1,5  Тл в условиях регулируемой подсветки приконтактных областей белым светом. На этих же образцах исследованы ВАХ. Кроме того, ВАХ исследованы в условиях засветки образца монохроматическим излу- чением с длиной  волны 480 нм через покрытые  золотом грани образца. Установлено, что освещение областей вблизи контактов приводит к заметному (на два—три порядка) уменьшению сопротивления образца− двухполюсника. Обнаружено, что наблюдаемые ВАХ были линейными и в большинстве случаев проходили через начало  координат, что свидетельствует об отсутствии фото−ЭДС. При увеличении интенсивности подсветки  угол наклона ВАХ к оси абсцисс заметно увеличивался. Аналогичные результаты получены при засветке через золотое покрытие.  Показано, что подсветка приконтактных областей образца позволяет измерить удельное электрическое сопротивление и коэффициент Холла, что невозможно сделать в отсутствие подсветки.

Методом мессбауэровской спектроскопии исследованы образцы нанокомпозита на основе наночастиц Fe3O4 и поливинилового спирта (ПВС), полученных методом химического соосаждения  в присутствии полимера. Всего получено  и исследовано 7 образцов с концентрацией полимера в растворе 3, 5, 7 и 10 % и содержанием Fe3O4  30, 45, 60 и 90 %. Мессбауэровские спектры объектов измерены по стандартной методике «на прохождение» при температуре 90 и 300 К. Наилучшими вариантами разложения спектров, измеренных при 300 К, были варианты, когда линии сверхтонкой структуры раскладывались на 5 и 6 секстетов и два дублета, а при 90 К — на 9 секстетов и два дублета. Установлено, что полученные материалы представляют собой отдельные фазы из магнитной составляющей, близкой к стехиометрическому составу магнетита с небольшим суперпарамагнитым вкладом, суперпарамагнитной нестехиометрической компоненты и промежуточной слабомагнитной суперпозиционной компоненты. Обнаружено, что парамагнитная компонента исследованных образцов представляет собой члены магнетит−маггемитового ряда. Степень нестехиометрии слабомагнитной составляющей компоненты определить не представляется возможным. Можно только говорить о суперпарамагнетизме данной фазы.

Показано, что магниторезистивные свойства наноструктур n−Si/SiO2/Ni, содержащих наногранулированные никелевые стержни в вертикальных порах в слое SiO2, существенно отличаются от аналогичных свойств в ранее исследованных наногранулированных пленках Ni, электроосажденных на пластины n−Si. С точки зрения  электрофизических свойств изученные наноструктуры аналогичны системе двух диодов Шотки Si/Ni, включенных навстречу друг другу. В интервале температур 2—300 К и магнитных полей  до 8 Тл исследовано магнитосопротивление таких структур. Установлено, что при температурах 17—27 K структуры обладают положительным  магниторезистивным эффектом, величина которого зависит от приложенного к структуре поперечного напряжения и возрастает по мере уменьшения силы продольного (вдоль  столбиков) тока. При токе 100 нА относительное магнитосопротивление в поле 8 Tл возрастает от 500 до 35000  % при изменении поперечного напряжения от 0 до −2 В. Наблюдаемый магниторезистивный эффект, повидимому, связан с влиянием магнитного поля на процессы ударной ионизации примесей,  приводящие к лавинному пробою барьера Шотки Ni/Si. Доказана возможность управления магниторезистивным эффектом в темплатных структурах  n−Si/  SiO2/Ni, прикладывая к наноструктуре дополнительное (поперечное) электрическое поле между кремниевой подложкой (как третьим электродом) и никелевыми столбиками.

Показано, что оптические характеристики  несовершенного фотонного кристалла могут значительно меняться за счет трансформации спектра фотонных мод, вызванной присутствием примесных слоев. Изучен спектр фотонных мод в модели неидеальной сверхрешетки — «одномерного кри- сталла»  с двумя элементами (слоями) в элементарной ячейке: первый слой — кремний, а второй — жидкий кристалл. Исследованы особенности зависимости ширины нижайшей запрещенной зоны от концентрации хаотически внедренных примесных слоев (в том числе плазмы) в такой системе. Показано, что развитая на основе при- ближения виртуального кристалла теория позволяет выполнять численный расчет концентрационной зависимости соответствующих оптических характеристик. Последнее обстоятельство значительно расширяет возможности моделирования подобных композитных материалов с заданными свойствами.

Опыт эксплуатации солнечных элементов (СЭ) на основе гидрогенизированного аморфного кремния показал, что, помимо низкой эффективности, эти преобразователи значительно быстрее деградируют по сравнению с СЭ на основе монокристаллического кремния. Процессы, которые опреде- ляют деградацию СЭ на аморфных материалах, изучены недостаточно, а также известны сообщения о дегра- дации подобных образцов без света. Проведен эксперимент по сравнению особенностей изменения во времени основных параметров преобразо- вателя в темноте и под действием естественного освещения. Продемонстрировано снижение тока короткого замыкания в образцах, выдержанных в темноте. Показано, что изменение этого параметра у засвеченных образцов в среднем такое же, а для отдельных образцов падение тока короткого замыкания существенно больше. Это свидетельствует о том, что наблюдаемый эффект не связан с эффектом Стеблера—Вронского.

Исследованы характеристики мало- мощных и силовых тиристоров на основе бездислокационных монокристаллов кремния, легированных германием в диапазоне концентраций NGe ~ (0,05÷1,5) ⋅ 1020 см−3. С использованием методов обработки экспериментальных данных в среде STATISTICA и MathCAD оценены критериальные параметры тиристоров при действии облучения и высоких температурных градиентов. Показана целесообразность использования кремния, легированного германием, для повышения термической стабильности и радиационной стойкости приборов, подвергнутых действию γ−облучения в диапазоне доз до 2,94⋅ 106 мЗв.

 

Выявлена существенная зависимость деформационного состояния кристаллической решетки пленок GaAs, выращенных методом молекулярнолучевой эпитаксии от способа зарождения первых слоев прослойки GaP (50 нм) на вицинальной подложке Si(001) 4° вокруг оси <011>. Рост GaP начинался послойно с галлиевого или фосфорного подслоя. Установлено, что в случае зарождения GaP с галлия, пленка GaAs имеет значительный поворот кристаллической решетки вокруг направления <011>. При фор- мировании прослойки с фосфорного подслоя заметен поворот пленки GaAs вокруг <001>. Степень релаксации пленки составляет более 100 %, она находится в латерально растянутом состоянии. Анализ проведен с использованием модели триклинных искажений. Представлена карта рассеяния в обратном пространстве, полученная с помощью рентгеновской дифрактометрии в трехосевой схеме малого разрешения. На карте явно виден факт поворота кристаллической решетки пленки GaAs.

 

Проведено детальное исследование пленочных структур Si−квантовые точки/SiOx, полученных по новой фтороводородной технологии формирования наночастиц кремния в пористой матрице оксида кремния. Предложен физический механизм влияния химической обработки в парах HF на воздухе на структурные и свето- излучающие свойства пленочных пористых систем с наноразмерным кремнием. Показано, что пассивация оборванных связей на поверхности Si−нановключений в результате обработки происходит при участии атомов кислорода, фтора и водорода, что на два порядка величины ослабляет безызлучательный канал рекомбинации. Предложена модель, объясняющая сдвиг спектра фотолюминесценции в область голубого свечения в результате обработки вследствие уменьшения размеров Si−квантовых точек при окислении их поверхностного слоя.

Предложен принципиально новый метод измерения параметров энергетических уровней в запрещенной зоне полупроводников от 0,07 до 0,4 эВ, основанный на интегрировании релаксирующего заряда этих уровней и дифференцировании интеграла заряда модулированием ширины временного окна импульса напряжения смещения малой амплитуды. Представлен мате- матический аппарат предложенного метода, позволяющий моделировать температурный спектр энергетических уровней. Показано, что определение энергетического положения глубокого уровня возможно при одном проходе температурного сканирования, что снижает трудоемкость эксперимента. Проведено экспериментальное исследование энергетических уровней в светодиодной структуре зеленого свечения на основе AlGaN/InGaN/GaN. Выявлены уровни ∆Et = 0,14 ± 0,01 и ∆Et = 0,2 ± 0,015 эВ предположительно принадлежащие VGa и Mg соответственно.

Предложен метод раздельного определения сопротивлений образца−двухполюсника и контактов к нему, который применим к образцам высокоомных полупроводниковых материалов: полуизолирующего арсенида галлия, детекторного теллурида кадмия−цинка (КЦТ) и др. Метод основан на засветке приконтакных областей образца моно- хроматическим излучением регулируемой интенсивности от светодиодов с энергией кванта, превышающей ширину запрещенной зоны исследуемого материала. Экстраполяция прямолинейного участка зависимости фототока через образец от тока через светодиоды к оси ординат позволяет найти ток отсечки, после чего по из- вестным значениям тока отсечки и напряжения смещения вычисляют значение сопротивления объема об- разца. Далее, зная темновое значение тока через образец, можно вычислить суммарное сопротивление контактов образца−двухполюсника. Метод опробован на образце полуизолирующего арсенида галлия n−типа электропроводности. Линейность контактов проверена по вольт−амперным характеристикам. Показано, что сопротивление контактов близко к сопротивлению объема образца, что подтверждает необходимость учета влияния контактов при анализе данных электрофизических измерений.