Влияние режимов травления на пористость слоев и фотолюминесценцию многослойного пористого кремния

Леньшин А.С., Пешков Я.А., Черноусова О.В., Канныкин С.В., Гречкина М.В., Минаков Д.А., Золотухин Д.С., Агапов Б.Л.

Ссылка для цитирования:

Леньшин А.С., Пешков Я.А., Черноусова О.В., Канныкин С.В., Гречкина М.В., Минаков Д.А., Золотухин Д.С., Агапов Б.Л. Влияние режимов травления на пористость слоев и фотолюминесценцию многослойного пористого кремния // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 11. С. 100–106. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-11-100-106

Lenshin A.S., Peshkov Ya.A., Chernousova O.V., Kannykin S.V., Grechkina M.V., Minakov D.A., Zolotukhin D.S., Agapov B.L. Influence of etching modes on the porosity of layers and photoluminescence of multilayer porous silicon [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 11. P. 100–106. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-09-11-100-106

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Многослойные образцы пористого кремния, сформированные при варьируемых технологических параметрах электрохимического травления. Цель работы. Экспериментальное исследование способов формирования многослойного пористого кремния и разработка методики тонкой настройки свойств его поверхности и объема для использования в устройствах наноэлектроники. Метод. Морфология поверхности изучалась методами атомной силовой и растровой электронной микроскопии. Пористость поверхностного слоя анализировалась методом рентгеновской рефлектометрии. Электронная структура поверхности исследовалась методом ультрамягкой рентгеновской эмиссионной спектроскопии. Оптические свойства представлены спектрами фотолюминесценции. Основные результаты. Установлено, что при использовании методики ступенчатого увеличения тока электрохимического анодирования на подложке монокристаллического кремния образуются многослойные структуры с различной морфологией, составом поверхности и показателями пористости по слоям. Отмечается, что на фотолюминесценцию влияет преимущественно состав верхнего слоя. Особое внимание отведено обсуждению эффектов, возникающих в результате постепенного увеличения плотности тока при сохранении полного времени травления. Практическая значимость. Полученные результаты исследования влияния режимов травления на морфологию и оптические свойства пористого кремния послужат основой для разработки устройств наноэлектроники на основе пористых структур.

Ключевые слова:

структуры пористого кремния, наноструктуры, рефлектометрия

Благодарность:

работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 19-72-10007

Коды OCIS: 160.4236, 300.6250

Список источников:

1. Canham L. Handbook of porous silicon. CH.: Springer, 2014. 733 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-05744-6
2. Pacholski C. Photonic crystal sensors based on porous silicon // Sensors. 2013. V. 13. P. 4694. https://doi.org/10.3390/s130404694
3. Moretta R. Porous silicon optical devices: Recent advances in biosensing applications // Sensors. 2021. V. 21. P. 1336. https://doi.org/10.3390/s21041336
4. Ян Д.Т. Люминесцентные свойства пористого кремния // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 7. С. 21–26.
Yan D.T. Luminescence properties of porous silicon // J. Opt. Technol. 2013. V. 80. № 7. Р. 421–425. https:// doi.org/10.1364/JOT.80.000421
5. Григорьев Л.В., Михайлов А.В. Оптические и фотолюминесцентные свойства пористого кремния, легированного иттербием при лазерно-стимулированном окислении // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 12. С. 98–106.
Grigoriev L.V., Mikhailov A.V. Optical and photoluminescent properties of porous silicon doped with ytterbium under laser-stimulated oxidation // J. Opt. Technol. 2016. V. 83. № 12. P. 787–793. https://doi. org/10.1364/JOT.83.000787
6. Canham L.T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers // Appl. Phys. Lett. 1990. V. 57. P. 1046. https:// doi.org/10.1063/1.103561
7. Seredin P.V., Lenshin A.S. Structural, optical and morphological properties of hybrid heterostructures on the basis of GaN grown on compliant substrate porSi(111) // Appl. Surface Sci. 2019. V. 476. P. 1049. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.01.239
8. Lenshin A.S. Features of the two-stage formation of macroporous and mesoporous silicon structures // Condensed Matter and Interphases. 2021. V. 23. P. 41. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3300
9. Asgharizadeh S.T. X-ray reflectometry characterization of porous silicon films prepared by a glancing-angle deposition method // Phys. Rev. B. 2009. V. 79. P. 125405. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.125405
10. Servidori M. Influence of the electrolyte viscosity on the structural features of porous silicon // Solid State Commun. 2001. V. 118. P. 85. https://doi.org/10.1016/ S0038-1098(01)00036-9
11. Балагуров Л.А., Павлов В.Ф., Петрова Е.А. и др. Исследование пористого кремния и его старения методами полного внешнего отражения рентгеновских лучей и инфракрасной спектроскопии // Физика и техника полупроводников. 1997. Т. 31. № 8. С. 957–960.
Balagurov L.A., Pavlov V.F., Petrova E.A., et al. Total external X-ray reflection and infrared spectroscopy study of porous silicon and its aging // Semiconductors. 1997. V. 31. P. 815. https://doi.org/10.1134/ 1.1187259
12. Lenshin A.S. X-ray reflectivity investigation of multilayer macroporous silicon structures // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 1984. P. 012018. http://dx.doi.org/10.1088/ 1742-6596/1984/1/012018
13. Buttard D. X-ray reflectivity investigation of thin ptype porous silicon layers // Solid State Commun. 1998. V. 109. P. 1. https://doi.org/10.1016/S0038- 1098(98)00531-6
14. Lenshin A.S. Investigations of the composition of macro-, micro- and nanoporous silicon surface by ultrasoft X-ray spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy // Appl. Surface Sci. 2015. V. 359. P. 550. https:// doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.10.140
15. Lenshin A.S. Investigation of the relationship between porosity and luminescent properties of porous silicon // Eur. Phys. J. Appl. Phys. 2023. V. 98. P. 36. https://doi.org/10.1051/epjap/2023230001