Работы автора

Представлены результаты исследования элементного состава, морфологии поверхности, оптических и электронных свойств тонких плёнок Mg2Si, сформированных на Si (111). Оба образца, содержащие плёнки, формировались послойно методом реактивной эпитаксии, но при разной температуре прогрева подложек. Сформированные плёнки, состоящие из чередующихся слоёв Mg и Si в соотношении 3:1, по данным электронной оже-спектроскопии содержат атомы Mg и Si в соответствующих слоях. Методом комбинационного рассеяния света установлено наличие на графиках образцов пиков при сдвиге 258 и 348 см-1, принадлежащих Mg2Si. Данные инфракрасной спектроскопии также свидетельствуют о наличии силицида магния в составеплёнок. Проведена оценка толщины выращенных плёнок Mg2Si, исходя из известных данных о зависимости амплитуды пиков поглощения при 272 см-1 от коэффициента поглощения. По результатам исследования образцов в инфракрасном-ультрафиолетовом диапазоне и на основегеометрических расчётов определена ширина запрещённой зоны Mg2Si.

Методом высокотемпературного (800 оС) твердофазного (одноступенчатого и двухступенчатого) отжига на кремниевых подложках с ориентацией (111) сфор-мированы поликристаллические и ориентированные пленки дисилицида бария (BaSi2) толщиной до 100 нм. Однофазность пленок и их оптическая прозрачность ниже 1,25 эВ доказана по данным рентгеновской дифракции и оптических спектро-скопических методов. Установлено, что ориентированные пленки BaSi2 проявляют преимущественную ориентацию кристаллитов [(301), (601)] и [(211), (411)] параллельных плоскости (111) в кремнии. В ориентированных пленках обнаружены проколы, плотность которых и размеры уменьшаются при увеличении времени осты-вания после отжига при 800 оС. Расчет межплоскостных расстояний в решетке BaSi2 для выращенных пленок показал сжатие объема элементарной ячейки на 2,7 % для поликристаллической пленки, а для ориентированных пленок BaSi2 на: 4,67 % (10 минут остывания) и 5,13 % (30 минут остывания). При исследовании спектров комбинационного рассеяния света с изменяемой мощностью лазерного излучения установлено, что наибольшей устойчивостью обладают ориентированные пленки BaSi2, которые перспективны для создания солнечных элементов на кремнии. Определена максимальная плотность мощности лазерного луча (3109 Вт/м2), которая не приводит к началу разрушения данных пленок.

Представлен результат анализа, на основе литературного обзора: структуры, оптических и электронных свойств Mg2Si в объемном и низкоразмерном состояниях. Проведено сравнение свойств силицида магния в низкоразмерном состоянии со свойствами материалов, широко используемых в оптоэлектронике: GaAs, Si и Ge. Проанализированы современные методы формирования тонких пленок Mg2Si.

Из литературных данных установлено, что в условиях термодинамического равновесия объемный Mg2Si имеет гранецентрированную кубическую решетку, а низко-размерный – 2/3 -R30о. Благодаря своим оптическим и электронным свойствам тонкопленочный Mg2Si является перспективным материалом для оптоэлектронных устройств. Так, он обладает коэффициентом поглощения падающего света, максимальное значение которого по современным данным составляет 96 %. Диапазон фоточувствительности Mg2Si лежит в диапазоне от 200 до 2100 нм. Также из обзора было определено, что данный силицид является непрямозонным полупроводником: ширина запрещенной зоны которого находится в диапазоне от 0,6 до 0,8 эВ. В то же время наблюдаются прямые переходы, соответствующие энергии от 0,83 до 2,17 эВ. Подвижность электронов Mg2Si в низкоразмерном состоянии составляет от 400 до 550 см2В−1с−1, а дырок – от 65 до 70 см2В−1с−1. Из рассмотренных данных установлено, что эффективность фотоэлектрического преобразования, для соединений на основе кремния с магнием, с оптимальной толщиной и примесным легированием, может достигать 10–12 % для p–n и n–p (Si/Mg2Si) и 22 % для p–n–p (Si/Mg2Si/Si) структур. По таким параметрам, как диапазон фоточувствительности и ширина запрещенной зоны, значения которых приведены выше, Mg2Si в низко-размерном состоянии превосходит GaAs, Si и Ge, а поэтому может считаться перспективным материалом для оптоэлектроники.