Научный руководитель: Лисаченко Андрей Андреевич, доктор физико-математических наук
Соавторы: Петров Николай Петрович

С целью выявления корреляций в цепочке атомная структура - электронная структура - фотолюминесценция поверхности пористого кремния (ПК) исследовали изменения плотности заполненных электронных состояний вблизи Е_F и спектров фотолюминесценции ПК в ходе термообработок в сверхвысоком вакууме (СВВ). Образцы получали анодным травлением кремниевой подложки (поверхность (100), n-тип, 100 W cm) в травителе вода - этиловый спирт - плавиковая кислота (1 : 2 : 1) (ПК1) или в бесспиртовом водном растворе HF (1 : 1) (ПК2) в течение 5 min при 30 mA/cm². Для возбуждения люминесценции использовали двойной монохроматор ДМР-4, а для ее регистрации светосильный монохроматор МДР-2. Фотоэлектронные спектры снимали на оригинальном спектрометре (апертурный угол 34° , разрешение D Е £ 0.1 эВ), специализированном для измерений в прифермиевской области спектра. Параллельно анализировали состав поверхностной фазы методом ИК Фурье-спектроскопии.

1. Спектр свечения свежих образцов ПК1 можно представить двумя полосами. Одна имеет максимум на 1.81 эВ, полуширину 0.4 эВ, вторая - соответственно, 2.27 и 0.34 эВ. Интенсивность и форма спектра изменяются при обработках в СВВ или в кислороде при температурах 200 - 450° С. В ФЭ спектрах ПК1 отчетливо проявляются 2 пика с Е_св = 4.35 и 4.05, а также особенности на 3.5 и 0.5 эВ.
2. Образцы ПК2, свободные от углеродосодержащих загрязнений, имеют одну полосу люминесценции с максимумом на 1.88 эВ и полушириной 0.37 эВ. Обнаружено монотонное падение суммарной интенсивности ФЛ при прогреве до температуры 445° С. Анализ разностных (по температуре обработки) спектров ФЛ позволил разложить исходный спектр на две полосы с максимумами при 1.95 и 1.81 эВ. Десорбция газов при прогреве в СВВ приводит к падению интенсивности ФЭС пиков с Е_св = 2.0 и 1.75 эВ, которое коррелирует с падением пиков 1.95 и 1.81 эВ в спектрах ФЛ, и появлению ФЭ пика 1.0 эВ. Методом ИК Фурье-спектроскопии прослежены изменения в составе адсорбированной и поверхностной фаз, обусловленные десорбцией и окислением гидридов кремния. Предполагается, что ФЛ формируется с участием поверхностных атомных структур - гидридов, оксигидридов и оксидов кремния. Поверхностным гидридам соответствуют в электронном спектре уровни, лежащие на 1.75 и 2.0 эВ ниже уровня Ферми, при фотоионизации которых создаются центры излучательной рекомбинации. Прогрев в вакууме при Т £ 450°С ведет к постепенному замещению гидридов оксигидридными структурами с образованием центров безызлучательной рекомбинации типа разорванных связей, которым соответствует уровень 1.0 эВ ниже уровня Ферми.