Спектральные характеристики фоточувствительных структур на основе пористого кремния и карбида кремния

Пористый кремний, получаемый методом анодной электрохимической обработки кремниевыхпластин, обладает широким набором уникальных свойств и является перспективным материалом длясоздания фотоприемников нового поколения [1]. Благодаря развитой системе пор площадьпоглощающей поверхности увеличивается, а спектральная чувствительность расширяется вкоротковолновую область за счет увеличения ширины запрещенной зоны кремния в нано-размерныхкремниевых образованиях, локализующихся на стенках пор или в оксидном слое вблизи стенок.Поэтому простейшей моделью электронной структуры пористого кремния может быть системанеупорядоченных квантово-размерных образований различной структуры. В настоящей работепроизводилась исследование спектральных характеристик фоточувствительных структур на основепористого кремния и карбида кремния и оценка применимости такой модели к пористому кремнию,созданному на разных типах подложек.Для создания пористого слоя пластины кремния подвергались электрохимическому травлению вячейке вертикального типа в водно-спиртовых растворах плавиковой кислоты. Использовалисьмонокристаллические пластины кремния с ориентацией поверхности по кристаллографическойплоскости (100) или (111), поверхность которых была шлифованной или текстурированной. Спектрыотражения снимались на спектрофотометре Shimadzu UV-2450 с приставкой 206-14046. Диапазонизмерения составил 0,3 - 1 мкм, шаг измерения и спектральная ширина щели монохроматора – 2 нм,скорость сканирования – средняя.Исходя из анализа экспериментально полученных спектральных характеристик коэффициентаотражения, была проведена оценка применимости разработанной модели для ПК того или иноготипа. Для структуры с ориентацией (100) характерны поры в виде столбиков, т.е. более применимойявляется модель квантовых нитей, как и для карбида кремния, а для ориентации (111)кораллоподобные структуры (модель квантовых точек) или столбики, расположенные под углом 45градусов (модель квантовых нитей). В модели диаметр квантовой нити варьировалась от 0.1 до 100нм, квантовой точки от 4 до 100 нм. Ширина запрещенной зоны квантово-размерных рассчитываласьпо формуле:,где Еg0 – ширина запрещенной зоны объемного материала (кремния 1, 12 эВ, карбида кремниякубической модификации 2,33 эВ), ΔЕn и ΔЕр – квантово-размерные добавки для электронов и дырок,соответственно.Расчеты показали, что увеличение фоточувствительности образцов с пористым кремнием икарбидом кремния в коротковолновой части спектра может объясняться наличием в их структуремассивов квантовых нитей и(или) квантовых точек с характерным размером от1 нм до 100 нм.