Направление: 011200 Физика
Профиль: 18 Физика полупроводников и диэлектриков
Кафедра электроники твердого тела
Научный руководитель: д. ф.-м. н., проф. О. Ф. Вывенко
Рецензент: канд. физ.-мат. наук.
Люминесценция и локальные электронные состояния дислокаций в кремнии
Наиболее важным явлением для будущих приложений в оптоэлектронике, связанным с наличием дислокаций в кремнии, является дислокационная люминесценция (ДЛ). Спектр ДЛ состоит из набора характеристических линий. Из всех линий наибольший интерес представляет линия D1 с максимум на длине волны 1,5 мкм, которая имеет большую интенсивность при комнатной температуре.
К настоящему времени пока еще не достигнуто полного понимания происхождения и механизма ДЛ, в частности, остается нерешенным вопрос о возможности контролируемого изменения спектрального положения ДЛ. Недавно были опубликованы первые результаты, свидетельствующие о красном смещении спектрального положения линии D1 под действием электрического поля. Эти результаты были получены на образцах со сложной геометрией дислокационной структуры, которая не позволяет дать их однозначную интерпретацию вследствие неопределенности, как в величине электрического поля, так и степени заселенности локальных электронных состояний дислокаций.
В настоящей работе для исследований были использованы модельные объекты - регулярные дислокационные сетки (ДС), полученные прямым сращиванием кремниевых пластин, которые обеспечивают возможность точного определения величины электрического поля при их помещении в область пространственного заряда диода Шоттки. Кроме того, для исследований был применен новый метод – метод люминесценции, стимулированной контролируемым электрическим заполнением дислокационных состояний (Pulsed-TREL), который был недавно разработан в нашей лаборатории.
Дополнительно, для характеризации электронных состояний дислокационной сетки использовался комплекс методов спектроскопии объемного заряда в полупроводниках: методика вольт-фарадных характеристик (ВФХ), нестационарной спектроскопии глубоких уровней (DLTS), наведенного тока (EBIC) и катодолюминесценции (КЛ) в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ).
В работе получены следующие основные результаты:
Впервые получены данные по влиянию электрического поля на спектр дислокационной люминесценции регулярных ДС кремниевых сращенных пластин, в условиях постоянного начального заполнения дислокационных уровней. Обнаружено, что при увеличении внешнего электрического поля полоса ДЛ D1 испытывает спектральный сдвиг в синюю сторону. При этом интенсивность ДЛ изменяется немонотонно – вначале возрастает, затем испытывает насыщение и далее уменьшается. Для объяснения обнаруженного синего смещение линий люминесценции при увеличении электрического поля привлекается модель двойной туннельно-прозрачной квантовой ямы, в качестве элементов которой могут выступать частичные дислокации расщепленного ядра полной дислокации. Получено хорошее количественное согласие между шириной расщепления и теоретически рассчитанным спектральным сдвигом. Обнаруженная корреляция хода кривой тока, наведенного электронным пучком, и зависимостей интенсивности люминесценции от напряжения обратного смещения объясняется изменением поставки неосновных носителей в область дислокационной сетки.Список публикаций
1. I. Kolevatov, V. Osinniy, M. Herms, A. Loshachenko, I. Shlyakhov, V. Kveder and O. Vyvenko Oxygen-related defects – minority carrier lifetime killers in Czochralski silicon wafers for solar cell application (принято к докладу на Межд. Конференции EDS-2014).
2. I. Shlyakhov “Combined DLTS/EBIC study of dislocation related electronic states in plastically deformed silicon” - International Conference “Science and Progress” abstracts (2013).
