项目来源

俄罗斯基础研究基金(RFBR)

项目主持人

Галкин Н.Г.

项目受资助机构

未公开

项目编号

13-02-00046

立项年度

2013

立项时间

未公开

研究期限

未知 / 未知

项目级别

国家级

受资助金额

未知

学科

未公开

学科代码

未公开

基金类别

(«а» (до 2016))(«а») инициативные научные проекты

关键词

未公开

参与者

未公开

参与机构

未公开

项目标书摘要：Аннотация к заявке: Существует достаточно широкий класс материалов – силицидов, которые могут эпитаксиально встраиваться в кремниевую кристаллическую решетку и значительно влиять как на оптические, так на электрические свойства системы кремний – силицид – кремний. Значительный интерес в качестве высокоэффективных термоэлектрических материалов имеют силициды, станниды и германиды магния, а также их тройные и четверные сплавы, свойства которых хорошо известны в объемном состоянии. В настоящее время полупроводниковые системы с пониженной размерностью (наноточки, нанопроволоки и нанослои) интенсивно исследуются с целью изучения фундаментальных свойств, связанных с квантованием энергетических уровней, а также в связи со значительным ограничением теплопроводности композитных материалов на их основе. Данный проект посвящен исследованию фундаментальной проблемы встраивания в кремний и германий с сингулярными поверхностями (111) и (100) двумерных слоев и/или наноточек полупроводникового станнида магния и, соответственно, германида магния, их тройных сплавов с силицидом магния, а также исследованию их структуры, теплопроводности, оптических, транспортных, включая тип проводимости, термоэлектрических и фотоэлектрических свойств, влияния толщины и размеров нанокристаллитов силицидов, станнидов, германидов, силицидо-станнидов и германид-станнидов магния на эти свойства, на безразмерную термоэлектрическую эффективность выращенных нанокомпозитных материалов и их спектральную фотопроводимость. Первой задачей является разработка подходов к росту и легированию станнида магния и силицид-станнида магния на кремниевых подложках с использованием в качестве затравочного слоя тонкого слоя олова на кремнии с последующим осаждением магния, а также – к росту двумерных слоев и наноточек сплава Mg2SixSn1-x и последующему созданию мультислойных нанокомпозитных материалов на их основе за счет увеличения числа нанокристаллических слоев до (4-8). Второй задачей проекта является разработка подхода к росту кремний-германиевых гетероструктур со встроенными в германиевый гетероэпитаксиальный слой на кремниевой подложке нанослоями и нанокристаллитами германида магния и германид-станнида магния (Mg2GexSn1-x), их легированию, исследованию их термоэлектрических свойств и построению на их основе фотоприемников с расширенным в ИК-область спектральным диапазоном. Основной особенностью проекта является использование методов исследования, встроенных или сопряженных со сверхвысоковакуумным оборудованием, что позволит изучать динамику изменения оптических и электрических свойств кремний – силицид (станнид) – кремниевых и кремний – германид (станнид) - германиевых нанокомпозитных материалов в процессе роста или сразу после него. Ex situ методики позволят исследовать морфологию, структуру, оптические, электрические, термоэлектрические, фотоэлектрические и теплопроводящие свойства созданных нанокомпозитов на основе кремния и германия. В результате выполнения проекта будут определены перспективные области применения созданных нанокомпозитных приборных гетероструктур в оптоэлектронике и термоэлектронике.Аннотация к отчету по результатам реализации проекта: Методами реактивной и твердофазной эпитаксии выращены двойные гетероструктуры (ДГС) Si/2D Mg2Si/Si(111) со встроенным двумерным слоем силицида магния. Установлено, что поликристаллический слой кремния поверх двумерного слоя силицида полностью покрывает его поверхность при температуре 180 оС и толщине около 4.5 нм. Показано, что поперечный транспорт носителей зависит от сплошности сформированного слоя силицида: если сплошность сохраняется, то это приводит к блокированию протекания тока за счет вымораживания носителей в слое силицида; если пленка разрывается на нанокристаллы, то поперечный транспорт в системе сохраняется как при комнатной температуре, так и при охлаждении. Установлено, что формирование слоя силицида магния сопровождается растворением атомов магния в кремниевой подложке и формированием глубоких донорных уровней в запрещенной зоне кремния с энергией активации 100 мэВ и 250 мэВ ниже дна зоны проводимости и концентрацией, сравнимой с концентрацией основных носителей в подложке. В 2х и 5ти слойных нанокомпозитах n- и р-типа со встроенными НК Mg2Si обнаружено значительное увеличение коэффициента термо-эдс (в 5-10 раз) и фактора мощности (на 3 порядка) по сравнению с исходной кремниевой подложкой. Обнаружена интенсивная электролюминесценция при комнатной температуре в ближней инфракрасной области спектра (1.2-1.6 эВ) для p-i-n диодных структур Al/a-Si:H(p+)/a-Si:H(i)/(НК Mg2Si/a-Si)x/a-Si:H(i)/a-Si:H(n+)/ITO/стекло на основе гидрогенизированного аморфного кремния и встроенных в него мультислоев НК Mg2Si. Показано, что при осаждении Mg на слой аморфного кремния при комнатной температуре за счет перемешивания и силицидообразования возникают большие давления, приводящие к появлению на начальных стадиях роста гексагональной фазы Mg2Si с новыми полупроводниковыми свойствами. Установлено, что при послойном осаждении Sn и Mg при 150 оС механизм роста Mg2Sn является островковым и приводит к формированию развитого рельефа с шероховатостью около 10 нм, а при обогащении магнием наблюдается рост зерен Mg2Sn с сегрегацией его излишков на границах зерен. Исследования температурных зависимостей эффекта Холла в пленках Mg2Sn показали, что в нелегированных пленках основными носителями являются дырки с подвижностью 200-600 см2/(В сек), которые эффективно компенсируют электроны на подложках n-типа проводимости уже при -10 оС. Выращены тонкие нелегированные и легированные алюминием слои Mg2SnxSi1-x с различным содержанием кремния. Установлено, что: (1) пленка Mg2Sn состоит из смеси аморфной фазы переменного состава и НК станнида магния в гексагональной (hex-Mg2Sn) и кубической (cub-Mg2Sn) фазах; (2) НК Mg2Sn ориентированы произвольно относительно кремниевой подложки. При росте пленки Mg2SnxSi1-x на подслое олова по данным ВР ПЭМ на поперечном срезе обнаружено: (1) формирование гетероэпитаксиального слоя гексагонального станнида магния (hex-Mg2Sn) на кремнии толщиной до 7 нм; (2) эпитаксиальная пленка hex-Mg2Sn растет неоднородно: наблюдаются области формирования однодоменной и двухдоменной периодической структуры; (3) пленка hex-Mg2Sn сжата в приграничной области на 17.5 % в направлении перпендикулярном границе раздела hex-Mg2Sn; (4) пленка Mg2Sn растет эпитаксиально от подложки, но при достижении 23-25 слоя начинает формироваться аморфная фаза, а эпитаксия Mg2Sn прекращается. Методами ТФЭ и МЛЭ при температуре 250 оС выращены тонкие пленки Mg2Ge и Mg2GexSi1-x на кремнии на Si(111)7х7, которые обладают непрямой запрещенной зоны с шириной от 0.63 до 0.52 эВ, что делает их перспективными для создания фотоприемников на ближний и средний ИК-диапазон. Определены холловские характеристики пленок германида магния на высокоомном кремнии: подвижность носителей (дырок, 300-860 см2/В сек) и их концентрация (1016 – 1017 см-3), а также зависимость подвижности от температуры в диапазоне от 300 до 500 К. Библиография Приведена в авторской редакции.