Анотація до роботи:

Тімохов Д.Ф. Структурні і люмінесцентні властивості поруватого кремнію, отриманого методом анодного електрохімічного травлення. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 – фізика напівпровідників і діелектриків. – Одеський національний університет ім. І. І. Мечникова, Одеса, 2006.

Виявлено ефект впливу кристалографічної орієнтації кремнію на квантовий вихід фотолюмінесценції поруватого кремнію (ПК) в процесі анодизації. Запропоновано модель, що пояснює відмінність залежностей розмірів нанокластерів від умов травлення для зразків ПК із різною кристалографічною орієнтацією вихідної підкладки.

Розроблено напів’якісну теоретичну модель фоточутливості гетеропереходу ПК–(c-Si) на основі низькорозмірного ПК. Фотоелектричним методом визначено ширину забороненої зони, дифузійну довжину неосновних носіїв заряду і показана можливість визначення середнього діаметру квантових ниток. Вивчено механізм струмоперенесення і фоточутливість сендвіч-структур Al/ПК–(c-Si)/Al. Можлива зміна механізму струмоперенесення із тунельного струму в термоактиваційний. Інверсія знаку фото-ЕРС пояснено варізонністю ПК i наявністю гетеромежі ПК–(c-Si).

Виявлено явище лавинного помноження носіїв заряду в ПК. Встановлено, що механізм ударної іонізації дифузійний і визначено її параметри.

Встановлено механізм електролюмінесценції в структурах ПК–н–(c-Si). Досліджено основні характеристики електролюмінесценції, а також вплив рівня інжекції носіїв заряду на її квантовий вихід.

Найбільш важливими результатами і висновками, отриманими в дисертації, є:

1. Поруватий кремній як нова морфологічна форма монокристалічного кремнію є квантово-розмірною структурою. Випромінювальна рекомбінація носіїв заряду у видимій ділянці оптичного спектру пов’язується із зміною середнього діаметру квантових ниток у матриці кремнію. Змінюючи діаметр квантових ниток можна змінювати ефективну ширину забороненої зони. Поруватий кремній, внаслідок градієнтної пористості, є варизонним напівпровідником.

2. Отримані методом електрохімічного травлення люминесцуючі шари поруватого кремнію на пластинах кремнію з кристалографічними орієнтаціями (100) і (111). Запропоновано модель, що пояснює відмінність залежностей розмірів нанокластерів від умов травлення для зразків із різною кристалографічною орієнтацією вихідної підкладки. Вперше виявлено залежності інтенсивності і положення максимумів спектрів фотолюмінесценції шарів поруватого кремнію при варіюванні часу і густини струму анодного травлення.

3. Вперше застосовано модифіковану методику, що дозволяє проводити розрахунок середніх розмірів нанокластерів кремнію в досліджених шарах поруватого кремнію. Середні діаметри нанокластерів кремнію досліджених зразків знаходяться у діапазоні 36–45 , а максимуми спектрів фотолюмінесценції шарів поруватого кремнію, в залежності від параметрів анодизації, знаходяться у діапазоні 580–780 нм.

4. Вперше встановлено кореляцію між характерними розмірами мікроструктури поруватого кремнію і його фотолюмінесцентними властивостями при тривалому збереженні на відкритому повітрі.

5. Розроблено напів’якісну теоретичну модель фоточутливості гетеропереходу ПК–(c-Si) на основі низькорозмірного поруватого кремнію, яка дозволяє визначати ефективну ширину забороненої зони і середній діаметр квантових ниток. Фоточутливість структур ПК–(c-Si) визначається фотопровідністю поруватого кремнію. Методом зворотно зміщенного фотоструму визначена дифузійна довжина неосновних носіїв заряду в поруватому кремнії. Інверсія знаку фото–ЕРС пояснена варізонністю поруватого кремнію.

6. Запропоновано механізм струмопереносу в структурах ПК– (с-Si). Потенціальйний бар’єр, який виникає внаслідок розриву зон, долається носіями струму тунелюванням. В даних структурах на основі поруватого кремнію при температурах більш ніж 240 К можлива зміна механізму струмопереносу із тунельного струму в термоактиваційний з енергією активації 0, 25 еВ.

7. Вперше досліджено лавинне помноження носіїв заряду в поруватому кремнії. Показано, що в структурах ПК––(с-Si) можна досліджувати окремо вплив зовнішніх факторів на помноження електронів і дірок. Встановленощо механізм ударної іонізації дифузійний.

8. З’ясовано механізм електролюмінесценції в сендвіч-структурах Al/ПК––(с-Si)/Al. Досліджено характеристики електролюмінесценції, а також вплив рівня інжекції носіїв заряду на квантовий вихід електролюмінесценції. Данні структури поєднують властивості джерела випромінювання і стабілізатора напруги.

9. Результати експериментальних і теоретичних досліджень впливу структури на електрофізичні і оптичні властивості поруватого кремнію можуть бути використані для розробки ефективних джерел світла на основі поруватого кремнію та інших поруватих напівпровідників.

Публікації автора:

1. Тімохов Д.Ф., ТімоховФ.П., Солошенко В.I. Механізм струмоперенесенння і фоточутливість у структурах поруватий кремній/ c-Si // Вісник Львівського університету. Серія фізична. – 2001. – Вип. 34. – С. 302–307.

2. Гевелюк С.А., Дойчо И.K. Солошенко В.И., Тимохов Д.Ф. Регулирование фотолюминесцентных свойств пористого кремния изменением параметров процесса анодизации // Фотоэлектроника. – 2002. – №11. – С. 70–72.

3. Timokhov D.F., Timokhov F.P. Avalanche multiplication of charge carriers in nanostructured porous silicon // Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2003. – Vol. 6, № 3. – P. 307–310.

4. Тімохов Д.Ф. Підвищення квантового виходу фотолюмінесценції шарів поруватого кремнію оптимізацією параметрів анодизації // Науковий вісник Ужгородського університету. Серія Фізика. – 2003. – Вип. 14. – С. 113–118.

5. Timokhov D.F., Timokhov F.P. Determination of structure parameters of porous silicon by the photoelectric method // Journal of Physical Studies. – 2003. – Vol. 4. – P. 173–177.

6. Timokhov D.F., Timokhov F.P. Influence of injection level of charge carriers in nanostructured porous silicon on electroluminescence quantum efficiency // Microelectronics Engineering. – 2005. –Vol. 81. – P. 288–292.

7. Тімохов Д.Ф., Тімохов Ф.П., Солошенко В.І. Механізм струмопереносу та фоточутливості в структурах поруватий кремній/c-Si // Міжнародна конференція студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики Евріка–2001: Тези доповідей (16–18 травня 2001 р.). – Львів: Львівcький нац. ун-т ім. Івана Франка, 2001. – С. 148–149.

8. Тимохов Д.Ф., Тимохов Ф.П., Солошенко В.И. Пористый кремний как новая морфологическая форма монокристаллического крения // Современные информационные и электронные технологии: Труды второй международной научно-практической конференции (28–31 мая 2001 г.). – Одесса: Одесский нац. Политехнический ун-т, 2001. – С. 298–299.

9. Тимохов Д.Ф., Тимохов Ф.П. Определение параметров структуры пористого кремния фотоэлектрическим методом // 1-а Українська наукова конференцiя з фiзики напiвпровiдникiв: Тези доповiдей (10–14 вересня 2002 р.). – Одеса: Одеський нац. ун-т ім. I.I. Мечникова, 2002. – Т.2. – С. 139–140.

10. Тимохов Д.Ф., Гевелюк С.А., Дойчо И.К., Солошенко В.И. Влияние кристаллографической ориентации подложки на фотолюминесцентные свойства пористого кремния // 1-а Українська наукова конференцiя з фiзики напiвпровiдникiв: Тези доповiдей (10–14 вересня 2002 р.). – Одеса: Одеський нац. ун-т ім. I.I. Мечникова, 2002. – Т.2. – С. 90.

11. Timokhov D.F., Timokhov F.P. Avalanche multiplication of charge carriers in nanostructured porous silicon // Problems of Optics and Highg Technology Material Science: III International Young Scientists Conference Scientific works (October 24–26, 2002). – Kyiv: Taras Shevchenko Kyiv National University, 2002. – P. 108.

12. Тимохов Д.Ф. Влияние параметров анодизации на фотолюминесцентные свойства пористого кремния // Конференція молодих учених і аспірантів ІЕФ–2003: Тези доповідей (10–12 вересня 2003 р.). – Ужгород: Iнститут електронної фiзики НАН України, 2003. – С. 58.

13. Timokhov D.F., Timokhov F.P. Electroluminescence in nanostructured porous silicon // Conference Promblems of Optics & High Technology Material Science SPO 2003: Fourth International Young Scientists Scientific works (October 23–26, 2003). – Kyiv: Taras Shevchenko Kyiv National University, 2003. – P. 18.

14. Timokhov D.F., Timokhov F.P. Influence of injection level of charge carriers in nanostructured porous silicon on electroluminescence quantum efficiency // The second Forum Nano and Giga Challenges in Microelectronics (September 13–17, 2004). – Cracow. – 2004.

15. Тимохов Д.Ф. Изучение долговременной деградации фотолюминесценции слоев пористого кремния // Конференція молодих учених і аспірантів ІЕФ–2005: Тези доповідей (18–20 травня 2005). – Ужгород: Iнститут електронної фiзики НАН України, 2005. – С. 122.