Толщина поверхностного слоя пористого кремния
DOI:
https://doi.org/10.26577/RCRh.2020.v72.i1.07Ключевые слова:
пористый кремний, поверхностный слой, атомный объем, наноструктураАннотация
Полупроводниковые материалы с наноразмерными структурными элементами являются перспективным материалом для современной электроники. Благодаря такой структуре пористый кремний демонстрирует уникальные физико-химические свойства, которыми не обладает монокристаллический кремний. В литературе описываются два способа получения слоев пористого кремния. Это химическое окрашивающее травление без приложения внешнего электрического поля и анодное электрохимическое травление кремниевой пластины во внешнем электрическом поле. В настоящей работе обсуждается проблема поверхностного слоя пористого кремния. Слой толщиной h=d названа слоем d(I), а слой при h≈10d – слоем d(II) атомарно-гладкого кремния. При h≈10d начинает проявляться размерная зависимость физических свойств материала и такая структура называется наноструктурой. При h=d в поверхностном слое происходит фазовый переход. Он сопровождается резкими изменениями физических свойств, например, прямой эффект Холла-Петча меняется на обратный. Проведен анализ работ по описанию свойств пористого кремния, монокристаллического кремния.
Показано, что, начиная с пористости 80%, кремний по своим свойствам слоя d(II)Si выходит за наноструктуру по Глейтеру. Для большинства чистых металлов толщина поверхностного слоя d(I) не превышает 3 нм (для d(II) ~ 30 нм).
Библиографические ссылки
1 B.A. Uhlir, Bell Labs Technical Journal, 35 (2), 333-347 (1955).
2 S. Zangooie, R. Jansson, and H.Arwin, Applied Surface Science, 136, 123-130 (1998).
3 R.E. Hummel and S. Chang Appl. Phys. Lett., 61 (16), 1965-1967 (1992).
4 Z. Mouffak, Microelectronic Engineering, 43-44, 655 – 659 (1998).
5 K.H. Jung, S. Shin, D.L. Kwongб J. Electrochem. Soc., 140 (10), 3046-3064 (1993).
6 F. Ronkel, J.W. Schultze, J of Porous Materials, 7, 11-16 (2000).
7 I.I. Reshına, E.G. Gýk, FTP, 27 (5), 728-735 (1993). (in Russ).
8 J. Oh, H.-C. Yuan, and H.M. Branz, Nature Nanotechnology, 7, 743-748 (2012).
9 Y. Wang, Y.P. Liu, T. Lai, and H.L. Liang, RSC Advances, 3, 15483-15489 (2013).
10 P. Repo, J. Benick, V. Vahanissi, J. Schon et al, Energy Procedia. Energy Procedia, 38, 866-871 (2013).
11 F. Toor, H.M. Branz, M.R. Page, K.M. Jones et al, Applied Physics Letters, 99, 103501 (2011).
12 X. Ao, X. Tong, D.S. Kim, L. Zhang et al, Applied Physics Letters, 101, 111901 (2012).
13 E. Pastor, E. Matveeva, V. Parkhutik, J. Curiel-Esparza et al, Physica Status Solidi C, 4 (6), 2136-2140 (2007).
14 S.P. Low, N.H. Voelcker, L.T. Canham, K.A. Williams, Biomaterials, 30, 2873-2880 (2009).
15 L. Velleman, C.J. Shearer, A.V. Ellis, D. Losic et al, Nanoscale, 2, 1756-1761 (2010).
16 S.P. Zımın, Elektrofızıka porıstogo kremnııa ı strýktýr na ego osnove, Dısser. doktora fız.-mat. naýk, Iaroslavl, 2003. – 305 s. (in Russ).
17 L.A. Golovan, Vlııanıe strýktýrnyh harakterıstık porıstyh polýprovodnıkov ı dıelektrıkov na ıh optıcheskıe svoıstva. – Dısser. doktora fız.-mat. naýk, Moskva, 2008, 251 s. (in Russ).
18 N.E. Demıdova, Transport toka, EPR ı fotolıýmınestsentsııa v porıstom kremnıı. – Avtoref. kandıdata fız.-mat. naýk, Nıjnıı Novgorod, 2010, 19 s. (in Russ).
19 I.L. Martynov, Mehanızmy obrazovanııa ıonov nıtroaromatıcheskıh molekýl v gazovoı faze ı na poverhnostı porıstogo kremnııa prı ÝF-lazernom vozdeıstvıı. – Avtoref. kandıdata fız.-mat. naýk, Moskva, 2011, 22 s. (in Russ).
20 E.A. Gosteva, Gradıentno-porıstye strýktýry kremnııa s grafenopodobnymı sloıamı. – Dısser. kandıdata fız.-mat., Moskva, 2018, 130 s. (in Russ).
21 G.K. Musabek, Formırovanıe ı optıcheskıe svoıstva sloev ı mnogosloınyh strýktýr na osnove nanokrıstallov kremnııa. Dısser. doktora fılosofıı (PhD) v oblastı fızıkı. Respýblıka Kazahstan, Almaty, 2013, 143 s. (in Russ).
22 G.S. Asanov, Dınamıcheskıı haos v nanostrýktýrırovannyh avtokolebatelnyh sıstemah. - Dısser. doktora fılosofıı (PhD) v oblastı radıotehnıkı, elektronıkı ı telekommýnıkatsıı, Respýblıka Kazahstan, Almaty, 2014, 108 s. (in Russ).
23 Z.J. Janabaev, G.S. Asanov, M.K. Ibraımov, E. Sagıdolda Generator haotıcheskıh sıgnalov na nanorazmernoı plenke ız porıstogo kremnııa, Innovatsıonnyı patent KZ 23594, 15.12.2010. Opýblıkovan 15.12.2015, bıýl. №12, 4 s. (in Russ).
24 R.M. Aıtmambetov, K.K. Dıhanbaev, E.T. Taýrbaev, Rec.Contr.Phys., 2 (22), 101-109 (2006). (in Russ).
25 Y.Т. Taurbayev, V.Yu. Timoshenko, N.Е. Maslova, et al, Rec.Contr.Phys., 4, 67-72 (2009) (in Russ).
26 K.B. Tynyshtykbaev, Iý.A. Rıabıkın, et al, Vestnık Almatınskogo ınstıtýta energetıkı ı svıazı, 1(8), 36-40 (2010).
(in Russ).
27 K.B., Tynyshtykbaev Iý.A. Rıabıkın, et al, Izvestııa VÝZov. Materıaly elektronnoı tehnıkı, 4, 40-44 (2012). (in Russ).
28 J.E. Sartova, S. Azat, Z.A. Mansýrov, R.L.D. Whitby, Hımıcheskıı jýrnal Kazahstana, 3(59), 49-65 (2017). (in Russ).
29 V.Yu. Timoshenko, K.A. Gonchar, et al, Int. Journal of Nanoscience, 9 (2), 1-5 (2010).
30 V.M. Iýrov, S.A. Gýchenko, and V.Ch. Laýrınas, Fızıko-hımıcheskıe aspekty ızýchenııa klasterov, nanostrýktýr ı nanomaterıalov, 10, 691-699 (2018). (in Russ).
31 V.M. Iýrov, V.Ch. Laýrınas, S.A. Gýchenko, Nano- ı mıkrosıstemnaıa tehnıka, 6, 347-352 (2019). (in Russ).
32 K.Iý. Arýtıýnov, DAN VSh RAN, 3 (28), 7-16 (2015). (in Russ).
33 K. Oýra, V.G. Lıfshıts, A.A. Saranın, A.V. Zotov, M. Kataıama, Vvedenıe v fızıký poverhnostı, (Moscow, Naýka, 2006), 490 s. (in Russ).
34 N.F. Ývarov, V.V. Boldyrev, Ýspehı hımıı, 70 (4), 307-329 (2001). (in Russ).
35 A.I. Gýsev, A.A. Rempel, Nanokrıstallıcheskıe materıaly, (Moscow, Fızmatlıt, 2000), 224 s. (in Russ).
36 L.A. Balagýrov, V.F. Pavlov, E.A. Petrova, G.P. Boronına, FTP, 31 (8), 957-960 (1997). (in Russ).
37 H. Gleiter, Acta mater, 48, 1-29 (2000).
38 G. Korotcenkov, Porous Silicon: From Formation to Application: Formation and Properties, Vol. 1, (CRC Press, 2015), 423 p.
39 V. Lehmann and S. Ronnebeck, Journal of The Electrochemical Society, 146 (8), 2968-2975 (1999).
40 P. Allongue, et al, Applied Physics Letters, 67, 941-943 (1995).
41 A.G. Cullis, et al, Applied Physics Reviews, 82, 909-965 (1997).
42 V.V. Tregýlov, Porıstyı kremnıı: tehnologııa, svoıstva, prımenenıe, (Rıazan, Rıaz. gos. ýn-t ım. S.A. Esenına, 2011), 124 s. (in Russ).
43 T.Iý. Belık, Nanomaterıaly ı nanotehnologıı, 4, 65-66 (2012).
2 S. Zangooie, R. Jansson, and H.Arwin, Applied Surface Science, 136, 123-130 (1998).
3 R.E. Hummel and S. Chang Appl. Phys. Lett., 61 (16), 1965-1967 (1992).
4 Z. Mouffak, Microelectronic Engineering, 43-44, 655 – 659 (1998).
5 K.H. Jung, S. Shin, D.L. Kwongб J. Electrochem. Soc., 140 (10), 3046-3064 (1993).
6 F. Ronkel, J.W. Schultze, J of Porous Materials, 7, 11-16 (2000).
7 I.I. Reshına, E.G. Gýk, FTP, 27 (5), 728-735 (1993). (in Russ).
8 J. Oh, H.-C. Yuan, and H.M. Branz, Nature Nanotechnology, 7, 743-748 (2012).
9 Y. Wang, Y.P. Liu, T. Lai, and H.L. Liang, RSC Advances, 3, 15483-15489 (2013).
10 P. Repo, J. Benick, V. Vahanissi, J. Schon et al, Energy Procedia. Energy Procedia, 38, 866-871 (2013).
11 F. Toor, H.M. Branz, M.R. Page, K.M. Jones et al, Applied Physics Letters, 99, 103501 (2011).
12 X. Ao, X. Tong, D.S. Kim, L. Zhang et al, Applied Physics Letters, 101, 111901 (2012).
13 E. Pastor, E. Matveeva, V. Parkhutik, J. Curiel-Esparza et al, Physica Status Solidi C, 4 (6), 2136-2140 (2007).
14 S.P. Low, N.H. Voelcker, L.T. Canham, K.A. Williams, Biomaterials, 30, 2873-2880 (2009).
15 L. Velleman, C.J. Shearer, A.V. Ellis, D. Losic et al, Nanoscale, 2, 1756-1761 (2010).
16 S.P. Zımın, Elektrofızıka porıstogo kremnııa ı strýktýr na ego osnove, Dısser. doktora fız.-mat. naýk, Iaroslavl, 2003. – 305 s. (in Russ).
17 L.A. Golovan, Vlııanıe strýktýrnyh harakterıstık porıstyh polýprovodnıkov ı dıelektrıkov na ıh optıcheskıe svoıstva. – Dısser. doktora fız.-mat. naýk, Moskva, 2008, 251 s. (in Russ).
18 N.E. Demıdova, Transport toka, EPR ı fotolıýmınestsentsııa v porıstom kremnıı. – Avtoref. kandıdata fız.-mat. naýk, Nıjnıı Novgorod, 2010, 19 s. (in Russ).
19 I.L. Martynov, Mehanızmy obrazovanııa ıonov nıtroaromatıcheskıh molekýl v gazovoı faze ı na poverhnostı porıstogo kremnııa prı ÝF-lazernom vozdeıstvıı. – Avtoref. kandıdata fız.-mat. naýk, Moskva, 2011, 22 s. (in Russ).
20 E.A. Gosteva, Gradıentno-porıstye strýktýry kremnııa s grafenopodobnymı sloıamı. – Dısser. kandıdata fız.-mat., Moskva, 2018, 130 s. (in Russ).
21 G.K. Musabek, Formırovanıe ı optıcheskıe svoıstva sloev ı mnogosloınyh strýktýr na osnove nanokrıstallov kremnııa. Dısser. doktora fılosofıı (PhD) v oblastı fızıkı. Respýblıka Kazahstan, Almaty, 2013, 143 s. (in Russ).
22 G.S. Asanov, Dınamıcheskıı haos v nanostrýktýrırovannyh avtokolebatelnyh sıstemah. - Dısser. doktora fılosofıı (PhD) v oblastı radıotehnıkı, elektronıkı ı telekommýnıkatsıı, Respýblıka Kazahstan, Almaty, 2014, 108 s. (in Russ).
23 Z.J. Janabaev, G.S. Asanov, M.K. Ibraımov, E. Sagıdolda Generator haotıcheskıh sıgnalov na nanorazmernoı plenke ız porıstogo kremnııa, Innovatsıonnyı patent KZ 23594, 15.12.2010. Opýblıkovan 15.12.2015, bıýl. №12, 4 s. (in Russ).
24 R.M. Aıtmambetov, K.K. Dıhanbaev, E.T. Taýrbaev, Rec.Contr.Phys., 2 (22), 101-109 (2006). (in Russ).
25 Y.Т. Taurbayev, V.Yu. Timoshenko, N.Е. Maslova, et al, Rec.Contr.Phys., 4, 67-72 (2009) (in Russ).
26 K.B. Tynyshtykbaev, Iý.A. Rıabıkın, et al, Vestnık Almatınskogo ınstıtýta energetıkı ı svıazı, 1(8), 36-40 (2010).
(in Russ).
27 K.B., Tynyshtykbaev Iý.A. Rıabıkın, et al, Izvestııa VÝZov. Materıaly elektronnoı tehnıkı, 4, 40-44 (2012). (in Russ).
28 J.E. Sartova, S. Azat, Z.A. Mansýrov, R.L.D. Whitby, Hımıcheskıı jýrnal Kazahstana, 3(59), 49-65 (2017). (in Russ).
29 V.Yu. Timoshenko, K.A. Gonchar, et al, Int. Journal of Nanoscience, 9 (2), 1-5 (2010).
30 V.M. Iýrov, S.A. Gýchenko, and V.Ch. Laýrınas, Fızıko-hımıcheskıe aspekty ızýchenııa klasterov, nanostrýktýr ı nanomaterıalov, 10, 691-699 (2018). (in Russ).
31 V.M. Iýrov, V.Ch. Laýrınas, S.A. Gýchenko, Nano- ı mıkrosıstemnaıa tehnıka, 6, 347-352 (2019). (in Russ).
32 K.Iý. Arýtıýnov, DAN VSh RAN, 3 (28), 7-16 (2015). (in Russ).
33 K. Oýra, V.G. Lıfshıts, A.A. Saranın, A.V. Zotov, M. Kataıama, Vvedenıe v fızıký poverhnostı, (Moscow, Naýka, 2006), 490 s. (in Russ).
34 N.F. Ývarov, V.V. Boldyrev, Ýspehı hımıı, 70 (4), 307-329 (2001). (in Russ).
35 A.I. Gýsev, A.A. Rempel, Nanokrıstallıcheskıe materıaly, (Moscow, Fızmatlıt, 2000), 224 s. (in Russ).
36 L.A. Balagýrov, V.F. Pavlov, E.A. Petrova, G.P. Boronına, FTP, 31 (8), 957-960 (1997). (in Russ).
37 H. Gleiter, Acta mater, 48, 1-29 (2000).
38 G. Korotcenkov, Porous Silicon: From Formation to Application: Formation and Properties, Vol. 1, (CRC Press, 2015), 423 p.
39 V. Lehmann and S. Ronnebeck, Journal of The Electrochemical Society, 146 (8), 2968-2975 (1999).
40 P. Allongue, et al, Applied Physics Letters, 67, 941-943 (1995).
41 A.G. Cullis, et al, Applied Physics Reviews, 82, 909-965 (1997).
42 V.V. Tregýlov, Porıstyı kremnıı: tehnologııa, svoıstva, prımenenıe, (Rıazan, Rıaz. gos. ýn-t ım. S.A. Esenına, 2011), 124 s. (in Russ).
43 T.Iý. Belık, Nanomaterıaly ı nanotehnologıı, 4, 65-66 (2012).
Загрузки
Как цитировать
Yurov, V. (2020). Толщина поверхностного слоя пористого кремния. Вестник. Серия Физическая (ВКФ), 72(1), 60–66. https://doi.org/10.26577/RCRh.2020.v72.i1.07
Выпуск
Раздел
Физика конденсированного состояния и проблемы материаловедения. Нанонаука
