Сичікова Я.О.

Бердянський державний педагогічний університет

Поруватий кремній – матеріал з керованою структурою

Характерні лінійні розміри функціональних елементів сучасної мікроелектроніки складають одиниці та десятки мікрометрів. Вже перші спроби дослідження й практичного застосування структур з розмірами менш ніж 100 нм показали, що поведінка таких наноструктур відрізняється від поведінки тіл з великими розмірами. Зменшення лінійних розмірів (хоча би в одному напрямку) кардинально змінює характер квантових електронних станів, що властиві системам зі зниженою розмірністю [1, 2].

Близько 30 років назад в літературі вперше з’явився термін «нанокристали» для позначення конкретних об’єктів – матеріалів, що складаються з атомів одного сорту, але які містять два структурно відмінних компоненти [3, 4]: впорядковані кристаліти нанометрових розмірів та міжкристалічні границі шириною в 2 – 3 монослою. Одним з найперспективніших напрямків розвитку нанотехнологій є отримання поруватих напівпровідників [5, 6]. Характерною властивістю поруватих напівпровідників є велика сумарна площа його внутрішньої поверхні. В залежності від величини поруватості та геометрії пор вона може складати від 10 до 1000 м²/см³. На даний момент безліч дослідницьких робіт присвячено методикам отримання, дослідженням властивостей та поясненню механізмів утворення поруватої структури кремнію [7 – 11]. Серед властивостей поруватого кремнію, які принципово змінюються у порівнянні з його монокристалічним аналогом можна виділити наступні [9]:

- питома площа поверхні (як зазначалося вище від 10 до 1000 м²/см³ );

- питомий опір ( в залежності від умов травлення інтервал опорів варіюється у діапазоні 10^-2 – 10¹¹ Ом·см);

- теплопровідність (на порядок нижча, ніж у монокристалічного);

- оптичні властивості (фотолюмінісценція, електролюмінісценція).

У відповідності до цих властивостей, поруватий кремній застосовують у самих різноманітних галузях науки та техніки. Широка область застосування поруватого кремнію підтверджує одну з тенденцій сучасної твердотільної електроніки: для вирішення багатьох практичних задач немає необхідності застосовувати ідеальні, бездефектні, надчисті монокристали. Тут на допомогу можуть прийти матеріали з керованою структурою, прикладом чого являються поруватий кремній та інші напівпровідникові матеріали.

Виявлення в por-Si випромінювання у видимому діапазоні дало поштовх до досліджень та отримання інших поруватих напівпровідникових матеріалів. Активно досліджуються такі напівпровідникові сполуки, як GaP, GaAs, InP, SiC, SiN на предмет створення на їх основі поруватих структур. З експериментальних та теоретичних даних встановлено, що нановимірні структури прямозоних напівпровідників проявляють високоенергетичну люмінесценцію у видимому діапазоні [12 – 15].

ЛІТЕРАТУРА

1. Субботин И.А. Рентгеновская диагностика в изучении особенностей формирования полупроводниковых наноструктур: автореф. дис. на соискание ученой степени канд. физ.-мат. наук : спец. 01.04.07 «Физика конденсированного состояния» / И.А. Субботин. – Москва, 2007. – 18 с.

2. Белявский В.И. Физические основы полупроводниковой нанотехнологии / Соросовский образовательный журнал. – 1998. – № 10. – С. 92 – 98.

3. Цыбуля С.В. Введение в структурный анализ нанокристаллов: учебное пособие / С.В.Цыбуля, С.В.Черепанова. – Новосибирск: Издательство НГУ, 2008. – 92 с.

4. Третьяков Ю.Д. Основные направления фундаментальных и ориентированных исследований в области наноматериалов / Ю.Д. Третьяков, Е.А. Гудилин // Успехи химии. – 2009. – №78 (9). – С. 867 – 888.

5. Сычикова Я.А О перспективности использования пористого фосфида индия в качестве подложек для пленок нитрида индия / Я.А. Сычикова // Физическая инженерия поверхности. – 2010. – т.8. – №3. – С. 259 – 264.

6. Tondare V. N. Stability offield emission current from porous n-GaAs (110) / V. N. Tondare, M. Naddaf, A. B. Bhise, S. V. Bhoraskar, D. S. Joag, A. B. Mandale, S. R. Sainkar// Appl. Phys. Lett. – 2002. – № 80(6). – Р. 1085 – 1087.

7. Lehmann V. The Physics of Macropore Formation in Low Doped n-Type Silicon / V. Lehmann  // J. Electrochem. Soc. – 1993. – Vol. 140, № 10. – P. 2836 – 2843.

8. Grüning U. Two-dimensional infrared photonic band gap structure based on porous silicon / U. Grüning , V. Lehmann  // Appl. Phys. Lett. – 1995. – Vol. 66 (24) – P. 3254 – 3256.

9. Кашкаров П. К. Необычные свойства нанокристалического кремния / П. К. Кашкаров // Соросовский образовательный журнал. –2001. – №5. – С. 87 – 92.

10. Müller F. Structuring of Macroporous Silicon for Applications as Photonic Crystals / F. Müller , A. Birner, U. Gösele  // J. Porous Material. – 2000. – № 7. – P. 201 – 204.

11. Свеженцова Е.В. Особенности формирования нанокристаллического кремния методом химического травления / Е.В.Свеженцова, Ф.Ф.Сизов, Л.Ю.Хоменкова, Н.Н.Мельниченко, Л.М. Капитанчук // Металофизика и новейшие технологии. – 2005. – Т. 27, №10. – C. 1395 – 1406.

12. Finnie C. M. Near-field photoluminescence of microcrystalline arsenic oxides produced inanodically processed gallium arsenide / C. M. Finnie, P. W. Bohn // Appl. Phys. Lett. – 1999. – №74 (8). – Р. 1096 – 1098.

13. Schmuki P.Formation of visible lightemitting porous GaAs micropatterns / P. Schmuki, L. E. Erickson, D. J. Lockwood, J. W. Fraser, G. Champion, H. J. Labbe // Appl. Phys. Lett. – 1998. – №72(9). – Р. 1039 – 1041.

14. Zeng A.S. Etching temperature dependence of optical properties of theelectrochemically etched n-GaAs / A.S. Zeng, M.J. Zheng, L. Ma, W.Z. Shen // Appl. Phys. A. – 2006. – № 84. – Р. 317 – 321.

15. Meijerink A. The origin of blue and ultraviolet emission from porous GaP. /A. Meijerink, A. A. Bol, J. J. Kelly. // Appl. Phys. Lett. – 1996. – № 69(19). – Р. 2801 – 2803.