Анотація до роботи:

Ніколенко А.С. Фотоелектричні властивості багатошарових SiGe гетероструктур з наноострівцями. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 – оптика, лазерна фізика. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2008.

В дисертації викладено результати експериментальних досліджень спектральних розподілів фотопровідності та фото-ЕРС багатошарових гетероструктур з SiGe наноострівцями. Запропоновано теоретичну модель розрахунку зонної структури гетеропереходу SiGe-острівець/Si-оточення, яка дозволяє визначити можливі типи оптичних переходів та оцінити їх енергію. Для врахування компонентного складу, деформацій та геометричних розмірів острівців використано аналіз спектральних розподілів комбінаційного розсіяння світла та топограм поверхонь, отриманих з допомогою атомно-силової мікроскопії досліджуваних структур.

Встановлено, що в спектрах фотопровідності досліджуваних структур з наноострівцями спостерігаються непрямі в просторі переходи електронів з локалізованих станів валентної зони острівців в локалізовані стани зони провідності кремнієвого оточення та переходи між локалізованими станами валентної зони наноострівців та міжпідзонні переходи дірок з локалізованих станів валентної зони острівців в стани валентної зони змочувального шару та кремнієвого оточення. Проаналізовано вплив прикладеного електричного поля та термічного відпалу досліджуваних структур на форму спектрів фотопровідності.

Запропоновано використання шарів SiGe острівців, вбудованих в базу p-i-n структури, що дозволило значно підвищити фоточутливість в області непрямих в просторі міжзонних переходів.

Ключові слова. Гетероструктури, наноострівці, квантові точки, фотопровідність.

Основним фактором, який суттєво обмежує застосування гетероструктур з SiGe наноострівцями в оптоелектроніці, є недостатній рівень вивчення насамперед їх фотоелектричних властивостей. При вивченні такої складної неоднорідної системи, якою є структури з SiGe наноострівцями, необхідно враховувати компонентний склад, деформації та геометричні розміри острівців.

В дисертації проведено дослідження спектральних розподілів фотопровідності та фото-ЕРС багатошарових гетероструктур з SiGe наноострівцями. Для визначення фізичної природи фотоелектричних спектрів та встановлення їх зв’язку з енергетичною структурою досліджуваних об’єктів розроблено теоретичну модель розрахунку зонної структури гетеропереходу SiGe-острівець/Si-оточення, яка дозволяє визначити можливі типи оптичних переходів та оцінити їх енергії. Для врахування компонентного складу, деформацій та геометричних розмірів острівців використано спектри КРС та АСМ топограми поверхонь досліджуваних структур.

Результати спектральних досліджень фотопровідності багатошарових гетероструктур з SiGe наноострівцями вказують на принципову можливість створення ефективних приймачів випромінювання з керованою смугою фоточутливості на основі таких структур. При розробці таких фотоприймачів слід враховувати неоднорідний компонентний склад, розподіл механічних напружень та геометричні розміри наноострівців.

Проведені експериментальні та теоретичні дослідження дозволили зробити такі висновки:

1. Показано, що в гетероструктурах з SiGe наноострівцями в залежності від типу легування проміжних Si шарів можуть відбуватись або непрямі в просторі міжзонні переходи з локалізованих станів валентної зони острівців в стани зони провідності Si-оточення або міжпідзонні переходи в валентній зоні наноострівців. В спектрах фотопровідності структур з SiGe наноострівцями n-типу спостерігаються непрямі в просторі переходи електронів з локалізованих станів валентної зони острівців в локалізовані стани зони провідності кремнієвого оточення. В структурах з SiGe наноострівцями p-типу спостерігаються переходи між локалізованими станами валентної зони наноострівців та міжпідзонні переходи дірок з локалізованих станів валентної зони острівців в стани валентної зони ЗШ та кремнієвого оточення.

2. Показано, що відносний внесок у поперечну фотопровідність носіїв заряду фотогенерованих внаслідок непрямих в просторі міжзонних переходів зростає при збільшенні напруженості електричного поля.

3. Використання шарів SiGe острівців, вбудованих в базу p-i-n структури, дозволяє значно підвищити фоточутливість в області непрямих в просторі міжзонних переходів за рахунок можливості створення сильних електричних полів зворотнім зміщенням структури.

4. Термічний відпал структур з SiGe наноострівцями призводить до підвищення ймовірності непрямих в просторі міжзонних переходів, а отже до збільшення величини фоточутливості структур. Відпал призводить також до зменшення енергії міжпідзонних оптичних переходів в валентній зоні наноострівців за участі локалізованих станів внаслідок зміни форми та зменшення глибини потенціальної ями валентної зони острівців.

Публікації автора:

1. Ніколенко А.С. Фотоелектричні властивості напівпровідникових структур Si з квантовими точками Ge / Ніколенко А.С., Кондратенко С.В., Вакуленко О.В. // Вісник Київського Університету Серія: Фізико-математичні науки. – 2005. - В. 3. - С. 555-561.

2. Nikolenko A.S. Photoresponse in Ge/Si nanostructures with quantum dots / Nikolenko A.S., Kondratenko S.V., Vakulenko O.V. // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2006. - V. 9, № 1. – P. 32-35.

3. Lateral photoconductivity of Si/Ge structures with quantum dots / S. V. Kondratenko, S. L. Golovinskiy, A. S. Nikolenko [et al.] // Semicond. Sci. Technol. – 2006. - V. 21. № 6. – P. 857-859.

4. Optical and photoelectrical properties of GeSi nanoislands / Valakh V. Ya., Kondratenko S. V., Nikolenko A. S. // Semiconductor Science and Technology. – 2007. – V. 22. – P. 326-329.

5. Продольная фотопроводимость гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge / С. В. Кондратенко, А. С. Николенко, О. В. Вакуленко // ФТП. – 2007. – Т. 41. № 8. – C. 955- 958.

6. Photoconductivity spectra of Ge/Si heterostructures with Ge QDs / Vakulenko O.V., Kondratenko S.V., Nikolenko A.S.[et al.] // Nanotechnology. – 2007. – V. 18. -P. 185401-185405.

7. Band offsets and photocurrent spectroscopy of Si/Ge heterostructures with quantum dots / Kondratenko S. V., Nikolenko A. S., Vakulenko O. V. [et al.] // Nanotechnology. – 2008. – V. 19. – P. 145703-145707.

8. Вплив термічних відпалів на фотопровідність Si/Ge гетероструктур з квантовими точками / Ніколенко А.С., Кондратенко С.В., Вакуленко О.В. [та ін.] // Вісник Київського Університету Серія: Фізико-математичні науки. – 2008. - В.1. – С. 212-216.

9. Nikolenko A.S., Vakulenko O.V., Kondratenko S.V. Photovoltaic properties of nanostructured Ge on Si substrate // V International Young Scientists Conference “Problem of Optics and High Technology Material Science”. October 28-31, 2004, Kyiv, Ukraine. Abstracts. - P.213.

10. Kondratenko S.V., Golovinskii S.L., Nikolenko A.S. [et al.] Lateral photoconductivity of Si/Ge structures // VI International Young Scientists Conference “Problem of Optics and High Technology Material Science”. October 27-30, 2005, Kyiv, Ukraine. Abstracts. - P.196.

11. Nikolenko A.S., Vakulenko O.V., Kondratenko [et al.] Optical absorption of SiGe structures with quantum dots // VII International Young Scientists Conference “Optics and High Technology Material Science”. October 26-29, 2006, Kyiv, Ukraine. Abstracts. - P.23.

12. Ніколенко А.С., Вакуленко О.В., Валах М.Я. [и др.] Фотопровідність Si/Ge гетероструктур з квантовими точками // III Українська конференція з фізики напівпровідників УНКФН-3. Червень 17-22, 2007, Одеса, Україна. Тези доповідей. – с. 89.

13. Nikolenko A.S., Kondratenko S.V., Vakulenko O.V. [et al.] Band offsets and photocurrent spectroscopy of Si/Ge heterostructures with quantum dots // VIII International Young Scientists Conference “Optics and High Technology Material Science”. October 25-28, 2007, Kyiv, Ukraine. Abstracts. - P.20-21.

14. Николенко А.С., Вакуленко О.В., Кондратенко С.В. [и др.] Фотопроводящая спектроскопия Si/Ge гетероструктур с квантовыми точками // VIII Международный украинско-российский семинар “Нанофизика и Наноэлектроника”. Декабрь 7-8, 2007, Киев, Украина. Сборник тезисов. – с. 134.