Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Процессы релаксации и энергообмена в массивах кремниевых нанокристаллов Бурдов, Владимир Анатольевич

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Бурдов, Владимир Анатольевич. Процессы релаксации и энергообмена в массивах кремниевых нанокристаллов : диссертация ... доктора физико-математических наук : 01.04.07 / Бурдов Владимир Анатольевич; [Место защиты: Нижегор. гос. ун-т им. Н.И. Лобачевского].- Нижний Новгород, 2013.- 297 с.: ил. РГБ ОД, 71 15-1/81

Введение к работе

Актуальность темы исследования

В настоящее время весьма актуальна задача разработки электронных и оптоэлектронных устройств на основе наноструктурированных материалов. Это позволит не только радикально повысить степень интеграции и быстродействие интегральных схем, но и решить такие качественно новые задачи, как замена электрических межсоединений на оптические, создание светоизлучающих диодов и лазеров на базе непрямозонных полупроводников, в частности, кремния, формирование на одном чипе многофункциональных устройств (световодов, оптических усилителей, разветвителей, интерференционных зеркал для лазеров в планарном исполнении и др.). При этом в основе физики функционирования подобных устройств лежат такие характерные особенности полупроводников с пониженной размерностью, как, например, наличие системы дискретных энергетических уровней, резонансное туннелирование, одноэлектронный транспорт носителей заряда и некоторые другие.

Хорошо известно, что кремний является основным элементом современной микроэлектроники. Возможность высокой очистки кремния, его доступность и дешевизна, высокие качества границы раздела Si/Si02 обеспечили кремнию лидирующие позиции в создании различных приборов микроэлектроники и их применении. Тем не менее, в оптоэлектронике, вплоть до настоящего времени кремний не получил широкого распространения. Причиной тому - фундаментальная особенность кремниевой зонной структуры - непрямозонность.

Непрямые излучательные переходы, фактически, являются запрещенными в объёмном кремнии, поскольку при переходе электрона из энергетического минимума зоны проводимости (расположенного на направлении А рядом с Х-точкой) в максимум валентной зоны (Г-точка) излучаемый фотон не может обеспечить выполнение закона сохранения импульса. Волновой вектор фотона с требуемой для перехода энергией оказывается примерно на три порядка меньше, чем необходимо для сохранения полного импульса в системе. Эта разница в к-пространстве равна Агд = 0.86 х 2я/я0, где йг0=5.43А - постоянная решётки кремния. Наиболее вероятный способ совершить непрямой излучательный переход, не нарушая закон сохранения импульса,

заключается в дополнительном поглощении или излучении фонона. Однако в силу достаточной слабости электрон-фононного взаимодействия в кремнии, переход с участием фонона будет требовать дополнительного времени. Это ведёт к существенному увеличению полного времени рекомбинации и уменьшению ее вероятности по сравнению с прямыми бесфононными Г-Г излучательными переходами в прямозонных полупроводниках. В этом смысле, такие переходы в объемном кремнии сильно подавлены.

Экспериментальное открытие излучения нанокристаллического [1] и пористого [2] кремния в видимом диапазоне в начале 90-х натолкнуло на мысль о возможном «выпрямлении» кремниевой зонной структуры за счет наноструктурирования кремния. Посредством формирования кристаллитов размером несколько нанометров (нанокристаллы) в широкозонной диэлектрической матрице, например в Si02, для носителей в нанокристалле создаётся профиль потенциальной энергии, похожий на трехмерную потенциальную яму с достаточно высоким энергетическим барьером (потенциал конфайнмента) на границе. Электронное состояние оказывается локализованным внутри нанокристалла и уже не обладает определённым импульсом (или квазиимпульсом), вследствие соотношения неопределённости Гейзенберга. Другими словами, волновые функции носителей можно представить состоящими из плоских волн со всеми возможными волновыми векторами, включая к ~ кА для дырок и к ~ 0 для электронов. Таким образом, закон сохранения импульса не нарушается, что даёт ненулевую вероятность А - Г излучательного перехода даже в отсутствие фононов. Действительно, позднее была обнаружена эффективная фотолюминесценция кремниевых нанокристаллов в видимом диапазоне, причем оказалось возможным даже получить оптическое усиление на нанокристаллах (см., например, [3]).

Наблюдение оптического усиления или стимулированного излучения видимого диапазона в кремниевых нанокристаллах и пористом кремнии свидетельствует о принципиальной возможности создания волноводных усилителей или кремниевых лазеров на базе таких структур. Это направление перспективно не только для оптоэлектроники, но и для наноэлектроники, в частности, при изготовлении устройств энергонезависимой памяти с распределенным хранением заряда в сверхтонких подзатворных диэлектриках [4]. Однако практическая реализация подобных приборов требует основательного

предварительного анализа и понимания физических процессов, происходящих в системе. Многие вопросы, связанные с возбуждением электронной подсистемы кремниевых нанокристаллов и ее релаксацией, по существу, еще не имеют строго обоснованных и абсолютно ясных ответов.

Так, например, происхождение излучения из нанокристаллов кремния дискутируется до сих пор. Одна из точек зрения заключается в том, что излучение обусловлено переходами между уровнями размерного квантования электронов и дырок в квантовой точке [5]. Другая точка зрения основывается на существовании внутри запрещенной зоны некоторых интерфейсных состояний [6], локализованных в области границы нанокристалла и обеспечивающих электронный переход нужной энергии. С развитием различных методов расчета электронной структуры кремниевых кристаллитов стало понятно, что имеют место, по-видимому, оба типа переходов. При этом интерфейсные состояния получили более строгое количественное описание (см., например, [6,7]), чем было ранее.

Наряду с межзонными излучательными переходами в нанокристаллах кремния протекают также и различные безызлучательные релаксационные процессы, составляющие, вследствие непрямозонности кремниевой зонной структуры, очень сильную конкуренцию излучательным электронно-дырочным переходам. Традиционно, в качестве основных безызлучательных процессов в нанокристаллах рассматривают Оже-рекомбинацию и захват носителей на оборванные связи (Рь-центры). Будучи достаточно быстрыми, эти процессы «шунтируют» канал излучательной релаксации, понижая, тем самым, излучательную способность всего ансамбля нанокристаллов. Очевидно, Оже-рекомбинация и захват электронов и дырок на оборванные связи будут играть принципиальную роль в кинетике излучения нанокристаллов, и потому учет такого типа безызлучательной релаксации при теоретическом анализе процесса световой эмиссии должен быть обязательно произведен.

Одним из важнейших аспектов проблемы теоретического описания кинетики фотолюминесценции в нанокристаллах кремния является то, что оно, будучи сориентированным на эксперимент или, тем более, на какие-то приборные приложения, должно опираться на анализ динамики релаксационных процессов не в одной изолированной квантовой точке (нанокристалле), а в массиве квантовых точек, в котором возможны

различные механизмы передачи энергии между самими объектами массива. Например, вышеупомянутые Оже-рекомбинация и захват на Рь-центры способны происходить как в изолированной квантовой точке, так и в квантовой точке, имеющей «соседей». Вместе с тем, существуют такие механизмы безызлучательной энергетической релаксации, которые возможны только благодаря обмену элементарными возбуждениями между различными нанокристаллами. К таковым можно отнести так называемые миграционные эффекты - прямое туннелирование возбужденных носителей из одной квантовой точки в другую [8], а также безызлучательный экситонный перенос по массиву нанокристаллов, обусловленный механизмом Ферстера-Декстера [9,10].

Подчеркнем, что в случае экситонного трансфера речь идет не о реальном переходе электрона и дырки из одного нанокристалла в соседний посредством туннелирования через потенциальный барьер, сопровождающемся переносом электрических зарядов, а о переносе, представляющем собой последовательное возбуждение в квантовых точках электронно-дырочных пар, передающих свою энергию друг другу за счет электростатического взаимодействия их дипольных (или других мультипольных) моментов. В одном нанокристалле электронно-дырочная пара аннигилирует, передавая свою энергию в соседний нанокристалл, в котором возбуждается новая электронно-дырочная пара (экситон). Новая образованная пара также может аннигилировать и передать свою энергию в следующий нанокристалл, породив экситон в нем, и т.д.. Таким образом может осуществляться перенос экситонов по массиву нанокристаллов, не сопровождающийся реальным перетеканием электрических зарядов.

Следует заметить, что если уровни энергии в нанокристаллах не совпадают (в случае разных размеров), для процесса энергообмена требуются фононы. При этом наиболее вероятны будут процессы, сопровождающиеся испусканием фононов. В результате, в массиве нанокристаллов, электронно-дырочные пары будут перемещаться от нанокристаллов меньших размеров, но с большей оптической щелью, к нанокристаллам с большими размерами и меньшей оптической щелью. Это, в свою очередь, будет приводить к смещению пика фотолюминесценции в красную сторону. Таким образом, для полного теоретического анализа процесса фотолюминесценции необходимо знать вероятности (скорости) как процессов энергетической релаксации,

идущих внутри нанокристаллов, так и процессов энергообмена элементарными возбуждениями между нанокристаллами в массиве.

Различные «коллективные» эффекты в массивах нанокристаллов кремния могут приводить к довольно сложной временной зависимости измеряемого экспериментально сигнала фотолюминесценции. Как правило, затухание сигнала описывается так называемой «растянутой»

экспонентой вида ехр<-(7/г) > с параметром /?, меньшим единицы

[11]. Отличное от единицы значение /? возникает из-за различия в размерах нанокристаллов и, как следствие, различия в скоростях возможных рекомбинационных процессов. В теоретической работе [12] была предложена интерпретация растянутой экспоненты как суперпозиции многих «обычных» экспонент с непрерывно изменяющимися показателями.

Подчеркнем, что избавиться от миграционных процессов в массивах нанокристаллов практически невозможно - для этого нужно создать сильно разреженный массив с большими расстояниями между нанокристаллами. Но это означает, что в таком массиве, нанокристаллов будет слишком мало, и тогда интенсивность излучения массива окажется очень низкой. В некоторых случаях удавалось наблюдать люминесценцию от отдельных нанокристаллов кремния [13], а не от всего массива. Тем не менее, такие наблюдения не означают отсутствия миграционных процессов, а свидетельствуют лишь о технической возможности детектирования фотонов из одной квантовой точки.

Надо, однако, сказать, что несмотря на соотношения неопределенности Гейзенберга, «разрешающие» непрямые электронно-дырочные излучательные переходы в нанокристаллах, в целом, эффективность излучения кремниевых кристаллитов все равно остается достаточно низкой по сравнению с нанокристаллами на основе прямозонных III-V или II-VI соединений. Это объясняется малой относительной долей плоских волн с к~ кА в электронных состояниях,

расположенных по энергии ниже оптической щели (будем далее называть эти состояния, как и в объемном полупроводнике, валентными, или просто - состояниями валентной зоны) и, соответственно, плоских волн с к~0 в надщелевых состояниях, соответствующих по энергии зоне проводимости объемного кремния. Также, будем их далее называть состояниями зоны проводимости.

Таким образом, непрямозонность зонной структуры объемного кремния в значительной степени проявляется и в нанокристаллах, что также затрудняет их использование в оптике. Поэтому проблема внедрения кремния в элементную базу современной оптоэлектроники в качестве основного, или, по крайней мере, широко распространенного компонента, все еще далека от своего решения. Этим обстоятельством вызван предпринимаемый в последнее время поиск путей какого-либо контролируемого воздействия на электронную структуру кремниевых нанокристаллов, способного эффективно «выпрямлять» энергетические зоны.

В качестве одного из путей модификации оптических свойств нанокристаллов кремния было предложено их легирование мелкими примесями. Действительно, в некоторых случаях (это зависело от условий и способа приготовления структуры) излучательные свойства квантовых точек существенно улучшались. В частности, интенсивность фотолюминесценции возрастала в несколько раз, когда нанокристаллы легировались фосфором [14] или совместно фосфором и бором [15]. В то же время, легирование нанокристаллов бором приводило, наоборот, к заметному ослаблению сигнала люминесценции [16]. Природа этого явления может быть понята, если учесть различные процессы и механизмы, влияющие как на безызлучательную, так и излучательную рекомбинацию в нанокристаллах. Анализ роли мелких примесей в процессе люминесценции составил одну из основных задач данной диссертации, в которой подробно обсуждаются вопросы воздействия примеси на скорости излучательных и основных безызлучательных переходов.

Еще одно направление исследований связано именно с относительной слабостью излучательных процессов в ансамблях кремниевых нанокристаллов на фоне процессов безызлучательного энергообмена. Большая интенсивность последних позволяет рассматривать массивы нанокристаллов кремния как некую активную среду нового типа, в которой возможен направленный безызлучательный перенос энергии посредством миграции элементарных возбуждений - электронов, дырок, экситонов.

Например, возбужденный в зону проводимости в одной квантовой точке электрон может релаксировать либо в валентную зону с испусканием фотона, либо протуннелировать в соседнюю квантовую точку (с помощью фотона или фонона) на близко расположенный по

энергии уровень. Переход в валентную зону той же самой квантовой точки является непрямым, и потому - затруднен. Переход же в соседнюю квантовую точку происходит, фактически, в пределах одной зоны - зоны проводимости - и может оказаться более вероятным при условии достаточной близости нанокристаллов. Если так, тогда (как уже отмечалось выше) большинство нанокристаллов малых размеров будет отдавать возбужденные носители большим нанокристаллам, в которых уже будет происходить непрямой межзонный переход. Основываясь на этой идее, авторы работы [17] предложили модель оптического нанофонтана - устройства, излучающего фотоны в области, где собраны квантовые точки больших размеров. Таким образом, подбирая определенную «архитектуру» массива нанокристаллов, можно добиваться направленного потока экситонов в некоторую заданную область, в которой уже будет происходить преобразование доставленной туда энергии.

Теоретическое исследование различных релаксационных процессов, а также процессов энергообмена, протекающих в кремниевых нанокристаллах и их ансамблях, явилось главным предметом данной диссертационной работы. При этом основное внимание в ходе проведенного исследования было уделено возможности модификации электронной структуры нанокристаллов мелкими примесями и влиянию мелких примесей на скорости излучательных и безызлучательных переходов.

Цели и задачи работы

Целью работы было теоретическое исследование различных процессов энергетической релаксации и механизмов энергообмена в ансамблях нанокристаллов кремния с характерными размерами, не превышающими 10 нм, сформированных в широкозонных диэлектрических матрицах. Это исследование направлено на выяснение особенностей световой эмиссии видимого и ближнего инфракрасного диапазонов в ансамбле нанокристаллов и возможности осуществления в ансамбле безызлучательного переноса электромагнитной энергии посредством миграции элементарных одночастичных и двухчастичных возбуждений. При этом большое внимание уделено вопросам улучшения излучательной способности массива нанокристаллов и воздействия на его трансляционные свойства путем введения в нанокристаллы мелких примесей.

С этой целью были решены следующие задачи, которые можно логически разделить на три группы:

  1. Определение электронной структуры нанокристаллов кремния в некоторой области энергий выше и ниже оптической щели в рамках приближения огибающей. Расчет зависимости ширины оптической щели и уровней энергии от размера нанокристалла, анализ влияния на величину оптической щели конечности потенциальных барьеров, возникающих на границе нанокристалла, скачка эффективной массы, поляризационных полей и экситонных эффектов. Расчет уровней энергии и волновых функций электронов и дырок в нанокристаллах с мелкими примесями как донорного, так и акцепторного типов. Исследование зависимости энергий и ширины оптической щели от положения примеси в нанокристалле (в случае единичной примеси), а также от концентрации примеси (в случае сильного легирования нанокристаллов).

  2. Расчет скоростей основных излучательных и безызлучательных переходов, происходящих в массиве нанокристаллов кремния: электронно-дырочной рекомбинации, сопровождаемой испусканием фотона; Оже-рекомбинации, имеющей место в случае сильной накачки или легирования нанокристаллов; туннельных переходов электронов и дырок между нанокристаллами; экситонного переноса из одного нанокристалла в соседний. В случае процессов, способных протекать в изолированных нанокристаллах (излучательная- и Оже-рекомбинация): вычисление зависимости скорости перехода от радиуса нанокристалла. Для миграционных процессов (туннелирование возбужденных носителей и экситонный трансфер): определение скорости перехода как функции расстояния между соседними нанокристаллами. В случае нанокристаллов кремния с примесью: вычисление скоростей излучательных и безызлучательных переходов в зависимости от концентрации примеси.

3. Компьютерное моделирование кинетики люминесценции и
энергообмена в массиве нанокристаллов кремния на основе
проведенных расчетов их электронной структуры и скоростей основных
релаксационных процессов, протекающих в массиве, включая также
захват на оборванные связи. Моделирование излучения массива при
разных концентрациях примесных центров в нанокристаллах.
Определение временной зависимости сигнала люминесценции для
массивов с разной концентрацией примеси. Анализ полученных

теоретических данных о люминесценции массива кремниевых кристаллитов с целью оценки эффективности процессов энергообмена в массиве и перспектив использования таких систем в оптических приложениях.

Научная новизна диссертации

Оригинальность проведенного теоретического исследования, прежде всего, заключается в комплексном описании процессов световой эмиссии и энергообмена в ансамблях нанокристаллов кремния, базирующемся на последовательно выполненных расчетах всех необходимых для моделирования люминесценции параметров и характеристик электронной, фотонной и фононной подсистем нанокристаллов кремния и их ансамблей, без привлечения каких-либо соображений феноменологического характера.

При этом впервые:

1. Получены спектры (а не только энергетическая щель) и
волновые функции электронов и дырок в нанокристаллах кремния с
учетом анизотропии реальной зонной структуры кремния. При этом для
энергий основного и возбужденных состояний электронов и дырок в
нанокристалле были найдены аналитические выражения, позволяющие
непрерывным образом проследить зависимость энергий от радиуса
нанокристалла.

2. Рассчитана тонкая структура спектра кремниевых
нанокристаллов с реальными донорами и акцепторами в ситуации, когда
примесный центр в нанокристалле находится в произвольном
положении. В частности, были найдены волновые функции и энергии
носителей при разных значениях радиуса нанокристалла.

3. Развита оригинальная теория электронной структуры и
межзонных излучательных переходов в нанокристаллах кремния в
предельном случае сильного легирования - когда количество примесных
центров в нанокристалле достаточно велико, и их пространственное
распределение внутри нанокристаллов можно считать однородным. В
частности:

3.1. В случае сильного легирования нанокристаллов фосфором были найдены волновые функции и энергии электронов в нанокристаллах при разных значениях концентрации легирующей примеси. Было получено расщепление вырожденного уровня энергии основного состояния в нанокристалле вследствие долинно-орбитального

взаимодействия, обусловленного кроткодействующим потенциалом ионов фосфора. Характерная энергия расщепления оказалась прямо пропорциональна числу доноров.

3.2. Вычислялись скорости межзонной излучательной
рекомбинации в нанокристаллах кремния, содержащих большое
количество водородоподобных доноров или акцепторов,
пространственное распределение которых по объему нанокристалла
предполагалось однородным.

3.3. Была найдена скорость основного излучательного электронно-
дырочного перехода в нанокристалле кремния с равномерно
распределенными по его объему атомами фосфора. Были получены
зависимости скорости межзонного перехода от размера кристаллита и от
концентрации фосфора.

  1. Найдены скорости основных миграционных процессов в ансамбле кристаллитов без примесей - туннельных переходов электронов и дырок и экситонных переходов, - идущих с участием фононов. Были вычислены зависимости скоростей переходов от расстояний между нанокристаллами, задействованными в переходе, а также от размеров эмитирующего и принимающего нанокристаллов.

  2. Выполнен расчет скоростей туннелирования и экситонного переноса для нанокристаллов, сильно допированных фосфором, в результате чего были получены зависимости скоростей этих процессов от размеров нанокристаллов, расстояния между ними и концентрации фосфора.

  3. Проведено теоретическое исследование люминесценции в массивах нанокристаллов кремния, учитывающее конкуренцию между излучательными и различными безызлучательными переходами в нанокристаллах, а также возможность энергообмена между нанокристаллами в массиве за счет миграции элементарных возбуждений. В частности:

6.1. На основе рассчитанных значений скоростей всех
релаксационных (включая захват на оборванные связи и Оже-
рекомбинацию) и миграционных процессов было выполнено
компьютерное моделирование фотолюминесценции и энергопереноса в
массиве кремниевых кристаллитов без примеси, позволившее получить
спектры люминесценции, хорошо согласующиеся с

экспериментальными.

6.2. Было проведено обсуждение влияния эффектов
«взаимодействия» нанокристаллов в массиве посредством миграции
элементарных возбуждений на экспериментальную методику
определения зависимости величины оптической щели нанокристаллов
от их размера.

6.3. Было выполнено компьютерное моделирование
фотолюминесценции и энергопереноса в массиве кремниевых
нанокристаллов, сильно легированных фосфором. Получены спектры
люминесценции при различных концентрациях примеси и временная
зависимость сигнала люминесценции.

Практическая значимость

В последние годы значительный интерес привлекает возможность формирования кремниевых кристаллитов в различных диэлектрических матрицах с целью модификации оптических, электрических и транспортных свойств таких структур. Так, например, потребности в создании конкурентоспособных активных устройств оптоэлектроники нового поколения диктуют необходимость интенсивного исследования электронных и оптических свойств гибридных структур на основе оксидных или нитридных диэлектриков, содержащих кремниевые квантовые точки. При этом среди многих прочих можно выделить два важных направления исследований, которые, собственно, и составляют предмет настоящей диссертации.

Одно связано с поиском путей повышения эффективности генерации фотонов в нанокристаллах кремния, излучающих при комнатной температуре в видимом и ближнем ИК диапазонах за счет квантово-размерного эффекта. Второе направление связано с проблемой управляемой передачи электромагнитной энергии в планарных волноводных структурах с квантовыми точками посредством контролируемого переноса элементарных возбуждений (электронов, дырок или экситонов) по массиву нанокристаллов. В плотных массивах нанокристаллов на основе прямозонных полупроводниковых соединений типа А2В6 экситонный перенос уже изучался ранее. Для массивов нанокристаллов на основе непрямозонных полупроводников, в частности, кремния, такая постановка задачи является сравнительно новой и перспективной.

Исследование, предпринятое в данной работе, нацелено на понимание физических особенностей релаксационных и обменных

процессов, происходящих в нанокристаллах кремния и их ансамблях, сформированных в различных диэлектрических матрицах. Такое исследование представляется крайне полезным при интерпретации результатов экспериментов по фотолюминесценции кремниевых кристаллитов, а также может использоваться в качестве предсказаний теории по возможному получению массивов нанокристаллов с оптимальными параметрами для обеспечения требуемых люминесцентных или трансляционных свойств.

Основные научные положения, выносимые на защиту

  1. Для нанокристаллов кремния с размерами 2 - 8 нм основное дырочное состояние описывается моделью изотропной эффективной массы. В формировании основного электронного состояния, а также возбужденных состояний в обеих зонах, существенную роль играет анизотропия реальной зонной структуры кремния.

  2. В отсутствие примесей в нанокристалле кремния ширина оптической щели наиболее «чувствительна» к величине разрыва зон, образующего потенциал конфайнмента, и скачку эффективной массы, имеющему место при переходе через границу нанокристалла. Прямое кулоновское электронно-дырочное взаимодействие приводит к поправкам, в 2-4 раза меньшим, а поправка, обусловленная взаимодействием с поляризационными полями изображений, оказывается меньше примерно на порядок.

  3. Короткодействующий потенциал центральной ячейки мелкого примесного центра приводит к химическому сдвигу энергии основного электронного или дырочного состояния в нанокристалле, аномально сильному по сравнению с его значением в объемном кремнии и пропорциональному концентрации примеси.

  4. Короткодействующий потенциал иона фосфора эффективно выпрямляет «зонную» структуру нанокристалла кремния, что увеличивает скорость излучательной межзонной рекомбинации на 1 - 3 порядка в зависимости от радиуса нанокристалла и концентрации фосфора.

  5. В плотных массивах нанокристаллов кремния одним из самых быстрых процессов оказывается туннелирование электронов и дырок между нанокристаллами при условии близости их размеров. С ростом расстояния между нанокристаллами скорость туннелирования спадает экспоненциально.

6. При достижении некоторой критической концентрации фосфора
в нанокристаллах возникает эффект блокады туннелирования, в
результате чего, скорость туннелирования электронов может упасть на
4-6 порядков. В этом случае скорость туннельной миграции
определяется дырками.

7. Экситонные ферстеровские переходы являются самым
медленным процессом в массивах нелегированных кремниевых
нанокристаллов. Введение фосфора в нанокристаллы может увеличить
скорость экситонного перехода на 2-4 порядка в зависимости от
концентрации фосфора.

8. Вследствие высокой эффективности туннельной миграции, в
плотных массивах нанокристаллов кремния оказывается подавленной
люминесценция нанокристаллов меньших размеров, что приводит к
сильному «красному смещению» спектра люминесценции такого
массива.

Личный вклад автора

В основу диссертации легли научные статьи, написанные либо непосредственно самим автором, либо в соавторстве с сотрудниками ННГУ им. Н.И. Лобачевского или других организаций. В тех случаях, когда статья была написана с соавторами, роль диссертанта при построении и изучении теоретических моделей исследуемых физических процессов или систем сводилась к постановке задачи, выполнению аналитических расчетов, обсуждению методов решения, анализу и обобщению полученных результатов.

Апробация работы

Результаты, представленные в диссертационной работе, регулярно докладывались как на российских, так и международных конференциях и симпозиумах, публиковались в российских и зарубежных научных журналах. Ниже приведен перечень конференций, совещаний и симпозиумов, на которых представлялись доклады автора по теме диссертации: Российская конференция по физике полупроводников (Новосибирск 1999, Нижний Новгород 2001, 2011, Санкт-Петербург 2003, Москва 2005, Екатеринбург 2007); симпозиумы «Нанофотоника» (Нижний Новгород 2002, 2003) и «Нанофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород 2005-2013); совещание по физике низких температур (Екатеринбург 2003, Ростов-на-Дону 2006); международная

конференция «Порядок, беспорядок и свойства оксидов» (Ростов-на-Дону-Лоо 2007, 2009, 2010); международная конференция «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» (Санкт-Петербург 2004, 2006); всероссийская конференция «физические и физико-химические основы ионной имплантации» (Нижний Новгород 2006, 2010); всероссийская конференция «Кремний-2010» (Нижний Новгород); международная конференция «Nanostructures: physics and technology» (Санкт-Петербург 2002, 2005); международная конференция по теоретической физике «DUBNA-NANO 2010» (Дубна); международная конференция «Quantum Dots» (Лондон, Великобритания 2010); международная конференция по физике полупроводников «ICPS-27» (Флагстафф, США 2005) и «ICPS-28» (Вена, Австрия 2006); международное совещание «MRS Fall Meeting» (Бостон, США 2001); международное совещание по современной спектроскопии «ASPECT-2» (США 2005).

Публикации

Всего, по теме диссертации автором опубликовано 26 статей (см. список работ автора, приведенный в конце автореферата), из них - 12 статей в отечественных журналах, рекомендованных ВАК, и 14 статей в зарубежных реферируемых высокорейтинговых журналах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, включающего 297 наименований, и списка работ автора по теме диссертации, включающего 26 наименований. Общий объём диссертации составляет 297 страниц, включая 50 рисунков и 2 таблицы.

Похожие диссертации на Процессы релаксации и энергообмена в массивах кремниевых нанокристаллов