WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ 1. Исследована природа и определена концентрация спиновых центров в свежеприготовленном и окисленном пористом кремнии при различном молекулярном окружении составляющих его нанокристаллов. Обнаружено, что основным типом спиновых центров в данном материале являются оборванные связи кремния на границе раздела Si/SiO2 (Pb- центры). Концентрация последних зависела от условий формирования, хранения пористого кремния и составляла Ns1017 см-3 для свежеприготовленных образцов и увеличивалась до 51018 см-3 для естественно окисленных в течение месяца образцов. При адсорбции молекул воды, тетрацианэтилена, парабензохинона на поверхности наноструктур кремния зарегистрированы спиновые центры типа OH•, [C2(CN4)]–, (C6H4O2)– 2. Исследованы фотоэлектронные свойства микропористого кремния.

Показано, что энергии связей экситонов в кремниевых наносруктурах диаметром 2-4 нм, находящихся на воздухе или в вакууме, составляют сотни мэВ, а для наносруктур в среде с диэлектрической проницаемостью большей, чем у кремния, энергии связи экситонов уменьшаются до единиц мэВ. В первом случае экситоны стабильны при комнатной температуре, а во втором повышается вероятность их термической диссоциации. Развита модель рекомбинации фотовозбужденных носителей заряда в наноструктурах кремния, в основе которой лежит концепция экситонной природы фотолюминесценции. Полученные экспериментальные данные по исследованию фотолюминесценции, концентрации спиновых центров и свободных неравновесных носителей заряда в нанокристаллах кремния в вакууме в широком температурном интервале, при заполнении пор диэлектрическими средами и при адсорбции акцепторных и донорных молекул на поверхности образцов находятся в хорошем согласии с выводами модели.

3. На основе экспериментальных данных предложена модель фотовольтаических эффектов в наноструктурах кремния, в основе которой лежит идея «оптического легирования» наноструктур кремния. Формирование фотоЭДС объясняется пространственным разделением электронов и дырок, имеющих различные коэффициенты диффузии, и последующим захватом их на поверхностные дефекты. Установлено, что на поверхности свежеприготовленного микропористого кремния происходит перезарядка состояний, характеризующихся временами релаксации порядка нескольких минут. В окисленных образцах присутствуют состояния, перезаряжающиеся при освещении с временами захвата заряда длительностью в несколько часов.

4. Исследованы процессы рекомбинации фотовозбужденных носителей заряда в мезопористом кремнии, в котором эффект размерного квантования не приводит к существенному изменению ширины запрещенной зоны. Предложена модель релаксации фотовозбуждения в таких структурах, учитывающая перенос носителей заряда из одного нанокристалла в другой. Выполнено сравнительное исследование фотолюминесценции в мезо-ПК и микро-ПК. Полученные экспериментальные результаты находятся в полном согласии с выводами теоретического рассмотрения.

Обнаружено, что в зависимости от морфологии наноструктур в слоях пористого кремния релаксация электронного возбуждения в нем может носить бимолекулярный (мезопористый кремний) или мономолекулярный характер (микропористый кремний).

5. Исследовано влияние адсорбции акцепторных (на примере диоксида азота, парабензохинона, йода) и донорных (на примере пиридина, аммиака) молекул на поверхности мезопористого кремния на его электронные свойства. Предложена модель взаимодействия акцепторных молекул с поверхностью кремниевых нанокристаллов, в основе которой лежит представление о формировании донорноакцепторных состояний типа (оборванная связь кремния)+– (адсорбат)–, в результате чего в объем нанокристаллов инжектируются свободные носители заряда - дырки. Предложена модель взаимодействия донорных молекул с поверхностью нанокристаллов кремния, учитывающая формирование положительно заряженных центров (адсорбат)+, вследствие чего концентрация свободных дырок в объеме нанокристаллов уменьшается. В случае жидкого адсорбата (пиридин) происходит конденсация его паров в порах образцов при давлениях, близких к давлению насыщенного пара, что приводит к уменьшению энергии активации примесных атомов бора, энергии связи дырок с поверхностными центрами захвата. Концентрация свободных дырок при этом увеличивается. Полученные результаты свидетельствуют о возможности управления концентрацией равновесных носителей заряда в слоях мезопористого кремния путем адсорбции акцепторных молекул.

6. Обнаружен эффект замедления спин-решёточной релаксации оборванных связей кремния в пористом кремнии по сравнению с монокристаллическим кремнием. Дано объяснение данного эффекта, учитывающее изменение электрон-фононного взаимодействия в наноструктурах кремния. Реализован новый метод ЭПР-диагностики генерации синглетного кислорода и определения его концентрации в ансамблях кремниевых нанокристаллов, основанный на изменении времен релаксации спинов – оборванных связей кремния. С помощью предложенного метода в режиме непрерывного воздействия микроволнового излучения изучен процесс генерации синглетного кислорода в слоях микропористого кремния при различных давлениях кислорода и интенсивностях возбуждающего света и получены оценки концентрации генерируемого синглетного кислорода. С использованием метода импульсного ЭПР зафиксировано увеличение времен продольной Т1 и поперечной Трелаксации спиновых центров при освещении образцов микропористого кремния в кислороде, что обусловлено генерацией синглетного кислорода.

СПИСОК СТАТЕЙ, В КОТОРЫХ ОПУБЛИКОВАНЫ ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ 1. П.К. Кашкаров, Е.А. Константинова, А.В. Петров, А.Г. Петрухин, В.Ю.

Тимошенко. Особенности накопления заряда на поверхности пористого кремния // Поверхность. Физика, химия, механика. – 1994. – № 6. – С.

75-78.

2. П.К. Кашкаров, В.Ю. Тимошенко, Е.А. Константинова, С.А. Петрова. О рекомбинации носителей заряда в пористом кремнии // ФТП. – 1994. – Т. 28, вып. 1. – С. 100-104.

3. Д.Г. Яркин, В.Ю. Тимошенко, Е.А. Константинова. Особенности оптического поглощения пленок люминесцирующего пористого кремния // ФТП. – 1995. – Т. 29, вып. 4. – С. 669-672.

4. Th. Dittrich, P.K. Kashkarov, E.A. Konstantinova, V.Yu. Timoshenko.

Relaxation mechanisms of electronic excitation in nanostructures of porous silicon // Thin Solid Films. – 1995. – V. 255. – P. 74-76.

5. Th. Dittrich, E.A. Konstantinova, V.Yu. Timoshenko. Influence of molecule adsorption on porous silicon photoluminescence // Thin Solid Films. – 1995.

– V. 255. – P. 238-240.

6. А.Б. Матвеева, Е.А. Константинова, В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров.

Исследование фотоэдс и фотоиндуцированного захвата заряда в пористом кремнии // ФТП. – 1995. – Т. 29, вып. 12. – С. 2180-2188.

7. E.A. Konstantinova, Th. Dittrich, V.Yu. Timoshenko, P.K. Kashkarov "Adsorption induced modification of spin and recombination centers in porous silicon". Thin Solid Films, v.276, p.265-267 (1996).

8. Е.А. Константинова, В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров. Особенности спиновых центров на поверхности пористого кремния // Поверхность.

Физика, химия, механика. – 1996. – № 2. – С. 32-35.

9. V.Yu. Timoshenko, A.B. Matveeva, E.A. Konstantinova, P.K. Kashkarov, H.

Flietner, Th. Dittrich. Influence of photoluminescence and trapping on the photovoltage at the por-Si/p-Si interface // Thin Solid Films. – 1996. – V.

276. – P. 216-218.

10. P.K. Kashkarov, E.A. Konstantinova, A.B. Matveeva, V.Yu. Timoshenko.

Photovoltage and Photo-Induced Charge Trapping in Porous Silicon // Appl.

Phys. A. – 1996. – V. 62. – P. 547-551.

11. П.К. Кашкаров, Е.А. Константинова, В.Ю. Тимошенко. Механизмы влияния адсорбции молекул на рекомбинационные процессы в пористом кремнии // ФТП. – 1996. – Т. 30, вып. 8. – С. 1479-1490.

12. E.A. Konstantinova, V.Yu. Timoshenko, P.K. Kashkarov. Effect of molecular adsorption on photoluminescence and spin centers in porous silicon // Ukrainian Journal of Physics. – 1996. – Т. 41, no.11-12. – С. 11031109.

13. E.A. Konstantinova, P.K. Kashkarov, V.Yu. Timoshenko. Spin centers peculiarities in nanostructures of porous silicon // Physics of LowDimensional Structures. – 1996. – V. 12. – С. 127-130.

14. П.К. Кашкаров, Е.А. Константинова, С.А. Петрова, В.Ю. Тимошенко, А.Э. Юнович. К вопросу о температурной зависимости фотолюминесценции пористого кремния // ФТП. – 1997. – Т. 31, вып. 6.

– С. 745-748.

15. P.K. Kashkarov, E.A. Konstantinova, A.V. Pavlikov, V.Yu. Timoshenko.

Influence of ambient dielectric properties on the luminescence in quantum wires of porous silicon // Physics of Low-Dimensional Structures. – 1997. – V. 1/2. – С. 123-130.

16. В.В. Ушаков, В.А. Дравин, Н.Н. Мельник, В.А. Караванский, Е.А.

Константинова, В.Ю. Тимошенко. Радиационная стойкость пористого кремния // ФТП. – 1997. – Т. 31, вып. 9. – С. 1126-1129.

17. П.К. Кашкаров, Б.В. Каменев, Е.А. Константинова, А.И. Ефимова, А.В.

Павликов, В.Ю. Тимошенко. Динамика неравновесных носителей заряда в кремниевых квантовых нитях // УФН. – 1998. – Т. 168, № 5. – С. 577-582.

18. В.Ю. Тимошенко, Е.А. Константинова, Т. Дитрих. Исследование фотоэдс в структурах пористый Si / Si методом импульсного фотонапряжения // ФТП. – 1998. – Т. 32, вып. 5. – С. 613-619.

19. P.K. Kashkarov, E.A. Konstantinova, A.I. Efimova, B.V. Kamenev, M.G.

Lisachenko, A.V. Pavlikov, and V.Yu. Timoshenko. Carrier Recombination in Silicon Quantum Wires Surrounded by Dielectric Medium // Physics of Low-Dimensional Structures. – 1999. – V. 3/4. – С. 191-202.

20. Б.В. Каменев, Е.А. Константинова, П.К. Кашкаров, В.Ю. Тимошенко.

Модификация оптоэлектронных свойств пористого кремния, приготовленного в электролите на основе тяжелой воды // ФТП. –2000.

–Т. 34, вып. 6. – С. 728-731.

21. M.G. Lisachenko, E.A. Konstantinova, P.K. Kashkarov, V.Yu. Timoshenko.

Dielectric effect in silicon quantum wires // Phys. Stat. Sol. (a). – 2000. – V.

182, № 1. – P.297-300.

22. М.Г. Лисаченко, Е.А. Константинова, В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров.

Особенности рекомбинации неравновесных носителей заряда в образцах пористого кремния с различной морфологией наноструктур // ФТП. –2002. –Т. 36, вып. 3. – С. 344-348.

23. Е.А. Константинова, Л.А. Осминкина, К.С. Шаров, Е.В. Курепина, П.К.

Кашкаров, В.Ю. Тимошенко. Взаимодействие молекул диоксида азота с поверхностью кремниевых нанокристаллов в слоях пористого кремния // ЖЭТФ. – 2004. – Т. 126, № 10. – С. 857-865.

24. Е.А. Константинова, Ю.В. Рябчиков, Л.А. Осминкина, А.С. Воронцов, П.К. Кашкаров. Влияние адсорбции донорных и акцепторных молекул на рекомбинационные свойства кремниевых нанокристаллов // ФТП. – 2004. – Т. 38, № 11. – С. 1386-1391.

25. E.A. Konstantinova, L.A. Osminkina, C.S. Sharov, V.Yu. Timoshenko, P.K.

Kashkarov. Influence of NO2 molecule adsorption on free charge carriers and spin centers in porous silicon // Phys. stat. sol (a). – 2005. – V. 202, №. 8. – P. 1592–1596.

26. A. V. Pavlikov, L. A. Osminkina, E. A. Konstantinova A. I. Efimova, E. V. Kurepina, V. Yu. Timoshenko, P. K. Kashkarov. Optical study of equilibrium charge carriers in mesoporous silicon // Phys. stat. sol (c). – 2005. – V. 2, №. 9. – P. 3495-3499.

27. Л.А. Осминкина, Е.А. Константинова, К.С. Шаров, П.К. Кашкаров, В.Ю. Тимошенко. Роль примеси бора в слоях пористого кремния для активации в них свободных носителей заряда при адсорбции акцепторных молекул // ФТП. – 2005. – Т. 39, вып. 3. – С. 365-368.

28. Л.А. Осминкина, А.С. Воронцов, Е.А. Константинова, В.Ю.

Тимошенко, П.К. Кашкаров. Влияние адсорбции молекул пиридина на концентрацию свободных носителей заряда и спиновых центров в слоях пористого кремния // ФТП. – 2005. – Т. 39, вып. 4. – С. 482-486.

29. C.S. Sharov, E.A. Konstantinova, L.A. Osminkina, V.Yu. Timoshenko, P.K.

Kashkarov. Chemical Modification of a Porous Silicon Surface Induced by Nitrogen Dioxide Adsorption // J. Phys. Chem. B. – 2005. – V. 109. – P.

4684-4693.

30. А.В. Павликов, Л.А. Осминкина, И.А. Белогорохов, Е.А.

Константинова, А.И. Ефимова, П.К. Кашкаров, В.Ю. Тимошенко. Роль исходного легирования в эффекте изменения концентрации носителей заряда в пористом кремнии при адсорбции молекул аммиака // ФТП. – 2005. – Т. 39, вып. 11. – С. 1385-1388.

31. E.A. Konstantinova, V.A. Demin, A.S. Vorontzov, Yu.V. Ryabchikov, I.A.

Belogorokhov, L.A. Osminkina, P.A. Forsh, P.K. Kashkarov, V.Yu.

Timoshenko. Electron Paramagnetic Resonance and Photoluminescence Study of Si Nanocrystals – Photosensitizers of Singlet Oxygen Molecules // J. Non-Cryst. Sol. – 2006. – V. 352, № 9-20. – P. 1156-1159.

32. Ю.В. Рябчиков., Э.М. Азметов, Л.А. Осминкина, Е.А. Константинова, П.К. Кашкаров. Влияние адсорбции активных молекул на оптоэлектронные свойства пористого кремния // Вестник московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. – 2006. – Т. 4. – С. 35-38.

33. Е.А. Константинова, В.А. Демин, В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров.

ЭПР-диагностика фотосенсибилизированной генерации синглетного кислорода на поверхности нанокристаллов кремния // Письма в ЖЭТФ.

– 2007. – Т. 85, вып. 1. – С. 65-68.

Цитируемая литература 1. Rouquerol J., Avnir, D., Fairbridge, C.W., Everett, D.H., Haynes, J.H., Pernicone, N., Ramsay, J.D.F., Sing, K.S.W., Unger, K.K.

Recommendations for the characterization of porous solids. // Pure Appl.

Chem. - 1994. - V. 66, no. 8. - P. 1739-1758.

2. Campbell I. H., Fauchet P. M. The effects of microcrystal size and shape on the one phonon Raman spectra of crystalline semiconductors // Sol. St.

Comm. - 1986. - V. 58. - P. 739 - 741.

3. Cantin J.L., Schoisswohl M., Bardeleben H.J., Zoubir N.H., Vergnat M.

Electron-paramagnetic-resonance study of the microscopic structure of the Si (001)-SiO2 interface // Phys. Rev. B. – 1995-II. - V.52, no 16. - P.

R11599-R11602.

4. Кашкаров П.К., Каменев Б.В., Константинова Е.А., Ефимова А.И., Павликов А.В., Тимошенко В.Ю.. Динамика неравновесных носителей заряда в кремниевых квантовых нитях // УФН. - 1998. - Т. 168, № 5. - С.

577-582.

5. Решина И.И., Гук Е.Г. Комбинационное рассеяние и люминесценция пористого кремния // ФТП. -1993. - Т. 27, вып. 5. - С. 728-735.

6. Лисаченко М.Г., Константинова Е.А., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К.

Особенности рекомбинации неравновесных носителей заряда в образцах пористого кремния с различной морфологией наноструктур // ФТП. -2002. - Т. 36, вып. 3. - С. 344-348.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»