Кондратенко Сергій Вікторович. Фотоелектричні властивості неоднорідно деформованого та поруватого кремнію: Дис... канд. фіз.-мат. наук: 01.04.05 / Київський національний ун-т ім. Тараса Шевченка. - К., 2001. - 156арк. - Бібліогр.: арк. 147-156.
Анотація до роботи:
Кондратенко С.В. Фотоелектричні властивості неоднорідно деформованого та поруватого кремнію. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 – Оптика, лазерна фізика. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, 2002.
Дисертацію присвячено виявленню фізичних причин, які обумовлюють спектральні залежності фотопровідності (ФП) та фото-ЕРС поруватого кремнію (ПК) та особливостей протікання нерівноважних процесів у неоднорідно деформованому та поруватому кремнії. Проведено моделювання особливості переносу нерівноважних носіїв заряду в ПК, зумовлених існуванням варизонності та внутрішнього електричного поля, шляхом неоднорідної деформації монокристалічного кремнію. Встановлено, що фізичною причиною зміни форми спектрів ФП при неоднорідній деформації монокристалічного кремнію є виникнення дрейфу нерівноважних носіїв заряду у внутрішньому електричному полі, яке зумовлено створеною варизонністю.
Встановлено, що форма спектрів фото-ЕРС та ФП обумовлена тим, що аморфна матриця ПК є варизонним матеріалом, а кремнієві кристаліти мають різну ширину забороненої зони. Показано, що ПК є матеріалом з неоднорідною енергетичною структурою, в якому фізичні властивості максимально змінюються в перпендикулярному до зовнішньої поверхні напрямку, і в цьому ж напрямку відбувається перенос нерівноважних носіїв заряду. Запропоновано модель фотолюмінісценції ПК, яка враховує неоднорідність енергетичної структури даного матеріалу та наявність внутрішнього електричного поля. В рамках наведеної моделі розраховано форму спектра фотолюмінесценції ПК.
Основним фактором, який суттєво обмежує застосування поруватого кремнію в оптоелектроніці, є недостатній рівень вивчення насамперед його фотоелектричних властивостей. З практичної точки зору важливим було з’ясування таких фундаментальних проблем, як енергетична структура аморфної матриці поруватого кремнію та її роль у формуванні люмінесцентного випромінювання.
З метою моделювання фотоелектричних властивостей поруватого кремнію проводились дослідження впливу неоднорідної деформації монокристалічного кремнію на форму спектрального розподілу фотопровідності. Аналіз отриманих результатів в свою чергу зумовив необхідність теоретичного розрахунку форми спектрального розподілу фотопровідності монокристалічного кремнію та впливу на неї часу життя носіїв заряду, коефіцієнта дифузії та квадратичної рекомбінації.
В дисертації також проводились спектральні дослідження таких фотоелектричних властивостей поруватого кремнію, як фотопровідність, фото-ЕРС, фотомагнітний ефект та фотолюмінесценція. На основі отриманих експериментальних результатів була запропонована модель фотолюмінесценції, яка узгоджується з основними люмінесцентними властивостями поруватого кремнію.
Проведені експериментальні та теоретичні дослідження дозволили зробити наступні висновки:
1. Встановлено, що неоднорідна деформація монокристалічного кремнію призводить до зміни величини спаду спектра фотопровідності у короткохвильовій області. Фізичною причиною цього є виникнення дрейфу нерівноважних носіїв заряду у внутрішньому електричному полі, яке виникає при неоднорідній деформації зразка. Зменшення величини спаду спектра фотопровідності при неоднорідній деформації відбувається у випадку, коли ширина забороненої зони спадає при збільшенні відстані від освітленої поверхні. У випадку, коли ширина забороненої зони зростає, навпаки, відбувається збільшення величини спаду.
2. Розв’язано основне рівняння фотопровідності з врахуванням дрейфу нерівноважних носіїв заряду у внутрішньому електричному полі, яке обумовлено градієнтом ширини забороненої зони. Характер зміни форми розрахованих спектрів фотопровідності при неоднорідній деформації якісно узгоджувався з отриманими експериментальними результатами. Розроблена модель має практичну цінність для вдосконалення технології виготовлення фотоелектричних пристроїв на основі монокристалічного кремнію.
3. Встановлено, що форма спектральних розподілів фото-ЕРС (ФП) обумовлена неоднорідністю енергетичної структури поруватого кремнію. А саме тим, що аморфна матриця ПК є варизонним матеріалом, а кремнієві кристаліти мають різну ширину забороненої зони. Існування на спектрах фото-ЕРС (ФП) двох компонент, зумовлених об’ємом ПК, є проявом двох фаз: кристалічної (кремнієві кристаліти) та аморфної (сполуки кремнію з киснем та воднем). Показано, що більш довгохвильова компонента зумовлена нерівноважними носіями заряду, які генеруються в кремнієвих кристалітах, а інша, вклад якої в основному спостерігався в області hn > 1.7 еВ, – генерацією нерівноважних носіїв заряду в аморфній матриці ПК.
4. В ході аналізу форми спектральної залежності фотомагнітного ефекту структури ПК/ c-Si, дослідженої вперше, виявлено існування компоненти ФМЕ, яка обумовлена нерівноважними носіями заряду, що генеруються в об’ємі поруватого кремнію. Встановлено, що ця компонента ФМЕ обумовлена як дифузією, так і дрейфом у внутрішньому електричному полі ПК нерівноважних носіїв заряду в напрямку від зовнішньої поверхні ПК.
5. З аналізу сукупності досліджених фотоелектричних властивостей ПК зроблено висновок про те, що збудження фотолюмінесценції відбувається в аморфній матриці ПК, а при переносі енергії збудження від області генерації до центрів люмінесценції істотну роль відіграє дрейф нерівноважних носіїв заряду у внутрішньому електричному полі ПК.
Кондратенко С.В. Вплив квадратичної рекомбінації на форму спектра фотопровідності // Вісник Київського Університету. Серія: Фізико-математичні науки.– 2000.– вип. 2.– C.511-516.
Вакуленко О.В., Кондратенко С.В. Визначення типу рекомбінації носіїв заряду у власних напівпровідниках при дослідженні фотопровідності // Вісник Київського Університету. Серія: Фізика.– 2000.– вип. 2. – C.19-22.
O.V.Vakulenko, S.V. Kondratenko. The influence of not uniform deformation on the photoelectric properties of crystalline silicon // Semiconductor Physics, Quantum & Optoelectronics. – 2000.– v.3, №4. – P.540-543.
Вакуленко О.В., Кондратенко С.В. Вплив деформації вигину на форму спектра фотопровідності кремнію // Вісник Київського Університету. Серія: Фізико-математичні науки.– 2001.– вип.№2.– C.412-415.
Вакуленко О.В., Кондратенко С.В. Варизонна модель фотолюмінесценції поруватого кремнію // Вісник Київського Університету. Серія: Фізико-математичні науки.– 2001.– вип.№1.– C.428-433.
O.V.Vakulenko, S.V. Kondratenko, B.K.Serdega. Spectral dependence of the photomagnetic effect in porous silicon // Semiconductors Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics.– 2001.– v.4, №3.– P.159-162.
O.V.Vakulenko, S.V.Kondratenko. Spectral dependence of photovoltage of porous silicon based structrures // Proc. International young scientists’s conference on applied physics.– Kiev, Ukraine.– 2001.– P.86-87.
Кондратенко С.В. Спектральна залежність фотопровідності поруватого кремнію // Міжнародна наукова конференція “Оптоелектронні інформаційно-енергетичні технології”. 24-26 квітня 2001, Вінниця.– С.137.
S.V. Kondratenko. Photoconductivity of the crystalline silicon under non-uniform pressure // International young scientist conference ‘Scientific problems of optics in XXI century”. 5-6 October 2000, Kiev, Ukraine. Abstracts.– P.33.
O.V.Vakulenko, S.V.Kondratenko. The change of the photoconductivity spectrum under graded field of the mechanical exertion in the crystalline silicon // XV International school-seminar “Spectroscopy of molecules and crystals”. 23-30 June 2001, Chernihiv. Abstracts.– P.108.
