автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Исследование закономерностей структурного роста и люминесцентных свойств слоев пористого кремния



На правах рукописи

БУЧИН Эдуард Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СТРУКТУРНОГО РОСТА И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ СЛОЕВ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ

Специальность 05.27.01 - твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Черноголовка 1998

Работа выполнена в Институте микроэлектроники РАН

Научные руководители:

кандидат физико-математических наук A.B. Проказников кандидат физико-математических наук А.Б. Чурилов

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук В.И. Степанов кандидат технических наук В.В. Старков

Ведущая организация:

Ярославский Государственный Университет им. П.Г. Демидова

Защита состоится 1998г. в ч. на

заседании диссертационного совета К.003.90.01 при Институте проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН по адресу: 142432, Московская обл., П.Черноголовка, ИПТМ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН. Справки по тел. 442-12.

Автореферат разослан X/_1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук

Н.В. Личкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. Актуальность темы. Пористый кремний (ПК), формируемый на монокристаллических кремниевых подложках методом электрохимического травления, может быть отнесен к перспективным материалам микроэлектроники. Благодаря развитой поверхности и тонкой структуре он окисляется с высокой скоростью по всему объему, что позволяет использовать этот материал при создании различных структур типа «кремний на изоляторе». На основе ПК могут быть сформированы «встроенные» в кремний волноводы. Химически активная внутренняя поверхность пористого слоя позволяет рассматривать его в качестве адсорбционной матрицы для микросенсоров. Структуры Шоттки на ПК показывают высокую фоточувствительность. Пористый кремний может использоваться в качестве универсального буферного слоя при гетероэпитаксиальном наращивании различных полупроводников. В настоящее время ПК привлекает к себе большое внимание исследователей благодаря обнаруженной способности интенсивно люминесцировать в видимом диапазоне спектра при комнатной температуре под воздействием возбуждающего лазерного излучения или электрического тока. Это открывает перспективу создания на основе кремниевой технологии оптоэлектронных приборов, интегрированных со схемами обработки электрических сигналов.

Для прикладных целей необходима всесторонне отработанная, оптимизированная технология формирования ПК, обеспечивающая получение пористых слоев с воспроизводимыми характеристиками. Однако, до настоящего времени далеко не все закономерности этого процесса изучены, отсутствует единая точка зрения на механизм порообразования и природу люминесцентных свойств ПК. Пористый кремний является сложным для исследований объектом, его свойства зависят от типа и уровня легирования исходной кремниевой подложки, условий порообразования и состава окружающей среды при хранении. Этот неоднородный материал включает в себя кристаллическую макроструктуру, микроструктуру и неравномерно распределенную аморфную фазу, имеет несколько структурных разновидностей.

Для развития представлений о закономерностях процесса порообразования в полупроводниках и свойствах ПК требуется дальнейшее всестороннее исследование этого материала. Пористый

кремний является хорошим модельным объектом для изучения квантово-размерных эффектов, фрактальных явлений и фундаментальных проблем нанотехнологии.

Цель работы - исследование специфики структурного роста и люминесцентных свойств пористых слоев, формируемых при различных условиях электрохимической обработки:

- фотостимулированном анодировании низколегированных кремниевых подложек п-типа;

- анодировании в условиях механического напряжения кремниевой подложки.

Научная новизна работы.

1. Исследован процесс фотостимулированного анодирования низколегированных кремниевых подложек п-типа, обнаружено существенное влияние режимов обработки на структуру ПК. Впервые выделены и систематизированы основные морфологические типы пористого слоя, отличающиеся по плотности расположения макропор, их форме, а также объему и фракционному составу сопутствующей микроструктуры.

2. Обнаружено, что отмеченные структурные изменения пористого слоя сопровождаются изменением его фотолюминесцентных свойств: интенсивности и формы спектра излучения, что обуславливается различиями в микроструктуре ПК.

3. Выявлена взаимосвязь между морфологическим типом образующегося пористого слоя и положением рабочей точки электрохимического процесса на вольт-амперной характеристике (ВАХ) системы кремний/электролит, что позволяет управлять структурой ПК, вплоть до создания сложных, комбинированных слоев.

4. Обнаружен циклический режим порообразования, плавный переход к которому возможен по мере увеличения концентрации органических добавок в составе электролита. Режим характеризуется осциллирующей зависимостью потенциала от времени U(t) и сопровождается образованием неоднородных слоев, состоящих из самоподобных пор разного масштаба.

5. Исследовано влияние механического напряжения в кремниевой пластине на структуру и свойства формируемого

пористого слоя Показано, что на подложках р-типа в области наибольших деформаций увеличивается степень аморфизации поверхностного слоя. Между ним и основным объемом ПК формируется резкая межслоевая граница. Указанные изменения в составе и структуре приводят к ухудшению фотолюминесцентных свойств пористого кремния. Объемом аморфизированного слоя можно управлять, изменяя величину приложенного к образцу давления и степень освещенности обрабатываемой поверхности полупроводника.

Практическая ценность работы.

1. На основе результатов исследований предложен простой и универсальный способ управления структурой ПК, формируемого на низколегированных подложках п-типа.

2. На базе комбинированных пористых слоев созданы экспериментальные образцы светоизлучающих кремниевых структур с относительно высокими внешним квантовым выходом и яркостью электроиндуцированного излучения, длительным сроком эксплуатации.

Результаты исследований используются в ИМРАН и ЯрГУ, а также могут найти применение на предприятиях электронной промышленности.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Слои пористого кремния с радикальными различиями в структуре могут быть получены при фотостимулированном анодировании монокристаллических низколегированных кремниевых подложек п-типа. Изменения в структуре пористого слоя сопровождаются изменением его фотолюминесцентных свойств -интенсивности и спектрального состава излучения.

2. Морфология пористого слоя при анодировании определяется положением рабочей точки процесса на вольт-амперной характеристике системы кремний/электролит. Однородность структуры слоя в рамках выбранного морфологического типа определяется характером динамики порообразования.

3. Механическое напряжение в монокристаллической кремниевой подложке р-типа в процессе анодирования способствует аморфизации поверхностного слоя пористого кремния и

формированию резкой межслоевой границы, что сопровождается снижением интенсивности фотолюминесценции в области наибольших деформаций.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

* Российской конференции с участием зарубежных ученых "Микроэлектроника-94" (Звенигород, 1994г.);

* Международной конференции "MRS Fall Meeting" (USA, Boston, 1994г.);

* Международном симпозиуме "Si Heterostructures: From Physics to Devices" (Greece, Heraclion, 1995r.);

* Ii-Международной конференции "Photo-Excited Processes and Applications" (Israel, Jerusalem 1995г.);

* Российской конференции по физике полупроводников "РКФП-96" (Зеленогорск, 1996г.) и др.

Публикации. Опубликовано 18 научных работ. Полученные результаты использованы при написании диссертации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы (115 наименований). Объем работы составляет 122 страницы, включая 31 рисунок.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении приведены общие сведения о пористом кремнии, указаны перспективы его применения в микроэлектронике. Отмечены научные и технологические проблемы в области формирования пористых слоев, сформулирована основная цель диссертационной работы. Кратко изложены ее структура и содержание глав. Приведены научные положения, выносимые на защиту.

Первая глава представляет собой обзор опубликованных работ по исследованию пористого кремния. Приведена краткая историческая справка, отражающая основные этапы в изучении ПК с

момента его обнаружения в 1956г. Представлены основные данные по технологии изготовления и структуре пористых слоев. Рассмотрены доминирующие модели механизма порообразования. Приведены основные гипотезы относительно природы люминесцентных свойств ПК и обобщенная информация по результатам исследований электролюминесценции структур на основе пористого кремния.

Во второй главе приведены результаты экспериментального исследования фотостимулированного процесса анодирования низколегированных кремниевых подложек п-типа. Выделены основные морфологические типы пористого слоя, определены и систематизированы условия их формирования, предложен универсальный и доступный способ управления структурой пористых слоев. Рассмотрено влияние характера динамики процесса на однородность получаемого материала.

Реакция системы кремний-электролит на изменение условий анодирования оценивалась на основе анализа хода ВАХ и по изменению структуры пористого слоя. В качестве факторов процесса рассматривались: интенсивность освещения обрабатываемой полупроводниковой поверхности длина волны стимулирующего излучения (X), температура (Т), состав электролита (С), уровень легирования кремниевой подложки (Ы0), время анодирования (I), плотность анодного тока 0) и напряжение поляризации (II). Эксперименты проводились с использованием однокамерной электролитической ячейки вертикального типа (подсветка сверху), образцы изготавливались из кремния марок: КЭФ-20(100), КЭФ-4,5(100), и КЭФ-0,3(111).

Показано, что влияние факторов процесса на структуру пористого слоя является более существенным, чем считалось ранее. В ходе экспериментов на подложках с одинаковым уровнем легирования при изменении условий анодирования были получены слои ПК с радикальными различиями в структуре. Можно составить морфологический ряд, в котором форма макропор изменяется от каплеобразной до "колончатой". Одновременно с этим происходит изменение объема, распределения и фракционного состава сопутствующей микроструктуры. Основные типы пористых слоев, полученных на стадии линейного роста макропор, схематически представлены на рис.1 (а- г).

а)

10 мкм. 1-1

тип- 0

Основные морфологические типы ПК:

6)Ь

Комбинированные пористые слои:

е).

Ж)

ТТГ «ввакйкжД и, ВД9Е

Ш * )

тип 3-1 гип 3-0-3-С

эежим осцнлл. 11(1)

Рис.1. Схематическое изображение пористых слоев, полученных в ходе экспериментов.

На основе анализа условий формирования выявлена взаимосвязь между морфологическим типом образующегося ПК и положением рабочей точки электрохимического процесса на ВАХ системы кремний/электролит. Освещение кремниевого электрода п-типа приводит к увеличению концентрации дырок (11+) в приповерхностной области полупроводника и приближает ее по электрохимической реакционной способности к р-типу. Однако, глубина фотогенерации ограничена и, соответственно, концентрация неравновесных дырок неоднородна. В результате чего кинетика

Рис.2. ВАХ системы кремний/электролит при фотостимулированном анодировании низколегированных подложек п-типа (КЭФ-20(Ю0)).

системы сочетает в себе черты, присущие как обработке подложек р-типа, так и п-типа в темноте в режиме пробоя. Это проявляется и в форме ВАХ (рис.2), у которой можно выделить четыре характеристических участка. Причем два из них (участки "а, б"), которые расположены ниже уровня тока насыщения в диапазоне малых значений I), по аналогии с р-типом тяготеют к кинетике образования микроструктурного пористого слоя, а два других (участки "в, г") - макроструктурного ПК. Именно этим четырем режимам протекания анодного тока и соответствовало формирование указанных выше морфологических типов.

В ходе экспериментов подтверждена универсальность этой взаимосвязи. При различных значениях факторов процесса порообразования ВАХ существенно изменяла свою форму, однако, общий характер ее хода при этом оставался неизменным: экспоненциальный рост анодного тока при небольшом увеличении напряжения, участок насыщения и последующий рост тока при повышении напряженности электрического поля. Например, увеличение освещенности подложки, температуры электролита и времени обработки сопровождалось повышением уровня тока

Рис.3. Влияние условий анодирования на ход ВАХ (КЭФ-20(100)).

насыщения, соответственно, росла длина участка "б" ВАХ (рис.3, кривые 3-6). Повышение концентрации плавиковой кислоты в электролите с 24 до 48% сопровождалось уменьшением величины пробивного напряжения (кривые 1-2), при этом сокращалась длина участка "в". Однако, всегда положение рабочей точки процесса на участке "а" (вблизи начала координат) определяло формирование пористого слоя со структурой типа-0, ее положение на участке "б" гарантировало образование слоя с параметрами структуры типа-1 и т.д. Исключение стимулирующего светового потока, как фактора процесса, приводило к исчезновению на ВАХ первых трех участков (кривая 7), соответственно при любых значениях других технологических факторов наблюдалось образование только структуры типа-3, которая и считалась ранее основной для ПК, формируемого на низколегированных кремниевых подложках п-типа.

Выявленная в ходе исследований закономерность позволяет управлять структурой ПК, вплоть до формирования комбинированных пористых слоев, состоящих из чередующихся на определенной глубине морфологических типов (рис.1,д-ж). Это достигается путем перемещения рабочей точки процесса в ходе

плпллАмпалпамкЛ «■% Г>П||ПГП til |Пп-г|'Ч ОЛ V МЛ r-1 «-N» # ГЛI » ЛЛЛТПЛТЛТГ« (1Л1 IIHII

i lu^oupaouDonrm с» u^nui u у i r\a ип/\ na M M У ' wir| 1 1 °1 ay «vu^nn

участок с учетом скорости роста толщины слоя. Вольт-амперная характеристика процесса обобщает в себе одновременно влияние всех технологических факторов, каким бы ни было их сочетание. Таким образом, полученные данные позволяют предложить простой и универсальный способ управления структурой пористого кремния, формируемого на подложках п-типа.

Эксперименты показали, что оптимальные условия для управления структурой ПК создаются при введении в состав электролита органических добавок типа кислот, кетонов и одноатомных низших спиртов. Например, добавка изопропилового спирта (ИПС) в количестве от 20 до 50% об., который вводится, как известно, для образования более однородных по толщине слоев, обеспечивает кроме того лучшее "разрешение" всех четырех характеристических участков ВАХ (рис.3, кривые 3-6 в сравнении с кривыми 1-2). Было обнаружено, однако, что дальнейшее увеличение концентрации ИПС приводит к существенному изменению характера динамики системы кремний-электролит, которая оценивалась по ходу зависимости потенциала от времени. При этом кривая U(t) приобретала осцилляционный характер, что сопровождалось образованием неоднородных по структуре пористых слоев. Например, в морфологическом типе-3 при этом появлялись новые элементы в виде пучков пор (рис.1,з), в других морфологических типах образовывались разномасштабные поры. Переход к колебательному режиму порообразования наблюдался плавный, по мере увеличения концентрации ИПС. Колебательные процессы -достаточно редкое явление в химической кинетике (например, реакция Белоусова- Жаботинского), что требует отдельного обстоятельного рассмотрения. В данном случае отмечаем лишь то, что для получения однородных по структуре слоев ПК необходимо создавать условия процесса, которые способствуют исключению возмущений на кривой U(t).

Приведена теоретическая оценка полученных экспериментальных данных. Форма вольт-амперной характеристики при фотостимулированом анодировании кремния n-типа хорошо объясняется с позиций теории кинетики при генерации неосновных носителей в области пространственного заряда и теории электропроводности в области сильных электрических полей.

Первый подъем кривой (участки "а" и "б") описывается законом Тафеля^ участок выхода на насыщение (переход "б-в") зависимостью j ~ U \ Уровень тока насыщения определяется концентрацией неосновных носителей заряда при фото- и тепловой генерации, Второй пологий подъем кривой (переход "в-г") обусловлен ростом концентрации носителей заряда за счет ударной ионизации и эффекта Зинера. Образование микропористого слоя на начальной стадии процесса анодирования и формирование макроструктуры, по мере его развития, хорошо объясняется с позиции положения: q = 2 Lsc и выражения для оценки ширины планарных барьеров: Lsc = (2 с0 csc-ç /е п)1/2, где q - толщина стенки между соседними порами, Lso - ширина обедненного слоя в полупроводнике, е0, esc -диэлектрические проницаемости вакуума и полупроводника, соответственно, е - заряд электрона, ф - электрический потенциал в объеме полупроводника, п - концентрация носителей заряда. По мере продвижения фронта травления вглубь полупроводникового электрода, концентрация фотогенерированных дырок существенно снижается, соответственно, увеличиваются Lsc и q, начинается переход от микроструктуры к макроструктуре. Аналогичная картина наблюдается при увеличении напряжения анодной поляризации, при низких его значениях (участки «а» и «б» ВАХ) в целом доминирует процесс формирования микроструктуры, при высоких значениях U (участки «в» и «г» ВАХ) преимущественно формируется макроструктура. При этом имеет место шнурование носителей заряда, профиль шнуров определяет форму макропор. В области сильных электрических полей дрейфовая скорость движения электронов становится соизмеримой со скоростью теплового движения. Функция распределения горячих электронов, по мере увеличения U, становится более вытянутой в направлении поля, что соответствует уменьшению диаметра и увеличению длины макропор при переходе от морфологического типа-1 к типу-3.

В третьей главе представлены результаты исследования физико-химических свойств пористых слоев различных морфологических типов, а также результаты экспериментов по созданию светоизлучающих структур на основе пористого кремния.

Приведены ИК-спектры пропускания, характеризующие химический состав пористых слоев. Измерения проводились при комнатной температуре в интервале волновых чисел 4000 - 400 см"1.

В целом интенсивность полос поглощения в ПК п-типа значительно ниже, чем в ПК р-типа, что говорит о меньшем объеме аморфной фазы в рассматриваемых слоях. Наиболее характерны пики, соответствующие связям ЭнН, БьОН и Б1-0 различных видов. Для всех четырех морфологических типов пористого слоя ИК-спектры пропускания практически идентичны. Некоторое их различие наблюдается при сопоставлении спектров крайних членов морфологического ряда. У структуры типа-0, характеризующейся наибольшим объемом микроструктуры, в отличие от типа-3, имеет место большая степень окисления пористого слоя. В целом морфологические изменения в структуре ПК не сопровождаются какими-либо существенными изменениями в его химическом составе.

Представлены экспериментальные данные по сравнительной оценке адсорбционной чувствительности слоев пористого кремния морфологических типов-1 и 3. На поверхности образцов формировалась структура планарного конденсатора с зазором шириной 30 мкм. Чувствительность оценивалась по изменению проводимости зазора при экспонировании образцов в потоке инертного газа с различной заданной влажностью. Результаты измерений показали, что структура ПК существенным образом определяет его адсорбционную чувствительность к влаге. Лучший отклик показали слои, содержащие наибольший объем микроструктуры.

Приведены зарегистрированные при комнатной температуре спектры фотолюминесценции (ФЛ) для слоев ПК с различной морфологией структуры (рис.4). Спектры ФЛ образцов всех типов состоят из двух основных полос с максимумами вблизи 570 и 620 нм. Однако, взаимное соотношение интенсивностей этих полос в спектрах существенно различается. Например, для структуры типа-3 характерно практически полное отсутсвие коротковолновой полосы. Для типа-2 - характерен "двугорбый пологий" спектр, у типа-1 спектр излучения имеет четко выраженные максимумы, у типа-0 форма спектра сглажена, более интенсивной становится коротковолновая полоса. Наибольшую интенсивность обеих полос в ФЛ спектре имеет морфология типа-1, а наименьшую- морфология типа-3. Учитывая тот факт, что химический состав слоев практически идентичен, зарегистрированные спектральные особенности связываются с различным объемом и степенью окисления двух фракций

Длина волны, нм

Рис.4. Спектры фотолюминесценции пористых слоев различных морфологических типов.

сопутствующей микроструктуры.

Представлены результаты экспериментов по созданию образцов светоизлучающих структур на основе пористых слоев с морфологией типа-1, показавших лучшие ФЛ свойства. Элементы слоистой конструкции с твердотельным контактом к пористому слою и структурой Р1/рог-81/п-81/А1 имели размер 5x5 мм. В технологии их изготовления перед металлизацией Р1 предусматривалась лазерная обработка ПК для удаления с поверхности излучающей площадки тонкой диэлектрической пленки, препятствующей контакту. Поэтому, с целью сохранения слоя с морфологией типа-1, на стадии формирования ПК он заглублялся путем создания комбинированной пористой структуры. Толщина слоя Р1 составляла 0,1 мкм, для выхода излучения в нем путем лазерной абляции формировали

сквозные канавки различной геометрии или систему отверстий. Отрицательный потенциал подавали на верхний электрод. В зависимости от глубины залегания морфологии типа-1, варианта конструктивного исполнения элемента и величины потенциала зажигания изменялись спектральные характеристики электролюминесценции. Наблюдалось либо стабильное бело-голубое излучение, либо более интенсивное, но менее стабильное красное (в виде ярких вспышек). В полученных структурах внешний квантовый выход бело-голубого излучения достигал 0,1%, при интенсивности ~1мВт/см2, что сопоставимо с лучшими известными данными, представленными в научной литературе для структур типа диодов Шоттки. В течение 100 часов пробной наработки, а также после длительного хранения на воздухе (в течение 10 месяцев) характеристики светоизлучающих структур не изменялись.

В четвертой главе приведены результаты исследования влияния механических напряжений, создаваемых в кремниевой пластине в процессе порообразования, на структуру и фотолюминесцентные свойства формируемых пористых слоев.

Эксперименты проводились в электролитической ячейке, в конструкции которой была предусмотрена возможность подвода металлической иглы к тыльной стороне обрабатываемого образца. Напряжения, создаваемые точечным источником, были близки к пределу прочности кремниевой пластины. Результаты воздействия выражались в том, что в пористых слоях, формируемых на низколегированном кремнии п-типа, полностью нарушалась упорядоченность структуры ПК, что сопровождалось ухудшением его ФЛ свойств по всей поверхности образца. В подложках р-типа в области наибольших механических ■ напряжений происходило образование светлого пятна на поверхности пористого слоя. Размер и форма этого пятна изменялись в зависимости от величины приложенного давления и интенсивности стимулирующего светового потока. Исследование характеристик вещества, образующего пятно, было проведено методами ИК- и Оже-спектроскопии, а также методом комбинационного рассеяния света.

Результаты измерений показали, что в зоне механических напряжений увеличивается степень аморфизации (образование гидридных и оксидных соединений) поверхностного слоя. Между ним и нижележащим основным объемом ПК формируется резкая

граница. Фазовый состав поверхностного слоя и характеристики межслоевой границы изменялись в зависимости от распределения механического напряжения в образце.

Высказано предположение о том, что механическое растяжение кремниевой пластины стимулирует образование компенсационного окисла, что вызвано стремлением системы Si-ПК-окисел к минимальному уровню общей энергии. Известно, что в свежеприготовленных пористых слоях имеют место сжимающие напряжения, которые постепенно компенсируются, по мере окисления ПК и возникновения растягивающих напряжений. Предполагается, что при механическом растяжении кремниевой пластины этот процесс ускоряется. Поскольку поверхность растягивается в большей степени, чем глубинные слои, основной объем оксидной фазы сосредотачивается у поверхности и при этом образуется достаточно резкая межслоевая граница.

Рассмотрено пространственное распределение интенсивности ФЛ по всей поверхности образца, в зоне пятна наблюдалось ее существенное снижение. На основе анализа спектров ФЛ, зарегистрированных при температурах 120К и 300К сделан вывод о том, что в области механического напряжения кремниевой пластины в поверхностном слое ПК уменьшается общее количество нанометровых кремниевых объектов (кластеров и кристаллитов), обеспечивающих излучающие свойства. Отмечено различие в интенсивности ФЛ пористого слоя, сформированного на участках с различной освещенностью, что объясняется образованием более толстых «квантовых точек и нитей» в области тени.

В заключении приведены основные результаты работы, которые сводятся к следующему :

1. Показана возможность получения пористых слоев с различной структурой при фотостимулированном анодировании низколегированных кремниевых подложек п-типа. Выделены и систематизированы основные морфологические типы.

2. Установлено, что отмеченные изменения в структуре пористого кремния сопровождаются изменением его излучающих свойств.

3. Обнаружена взаимосвязь между морфологическим типом образующегося пористого слоя и положением рабочей точки

электрохимического процесса на ВАХ системы кремний/электролит На этой основе предложен простой и универсальный способ управления структурой ПК, формируемого на низколегированных подложках п-типа.

4. Установлено, что однородность структуры пористого слоя в рамках выбранного морфологического типа зависит от характера динамики системы кремний/электролит. Обнаружен переход к циклическому режиму порообразования, который характеризуется осциллирующей зависимостью U(t) и образованием неоднородных по структуре слоев.

5. Показана возможность создания комбинированных пористых слоев с изменяющимися на определенной глубине характеристиками. На основе этой технологии созданы образцы светоизлучающих кремниевых структур с относительно высокими внешним квантовым выходом и яркостью излучения, а также длительным сроком эксплуатации.

6. Установлено, что механические напряжения в кремниевой пластине при порообразовании приводят к структурным изменениям ПК. На подложках р-типа в области наибольших деформаций увеличивается степень аморфизации поверхностного слоя и формируется резкая межслоевая граница. Указанные изменения в составе и структуре приводят к ухудшению фотолюминесцентных свойств пористого кремния.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Бучин Э.Ю., Образцова Е.Д., Проказников A.B. Зависимость свойств пористого кремния от методов и режимов обработки. Тезисы докл. на Российской конференции с участием зарубежных ученых "Микроэлектроника-94", Звенигород, 461-462 (1994).

2. Buchin E.Y., Churilov A.B., Prokaznikov A.V., Postnikov A.V., Svetovoy V.B. Influence of formation regimes on morfology and optical properties of porous silicon. Abstr. of MRS Symposium, Fall Meeting, USA, Boston, 221(1994).

3. Бучин Э.Ю., Проказников A.B., Световой В.Б., Чурилов А.Б. Влияние режимов обработки на морфологию и оптические свойства пористого кремния. Письма в ЖТФ, 21(1), 60-65(1995).

4. Buchin E.Yu., Churilov A.B., Postnikov A.V.,Prokaznikov A.V. and Svetovoy V.B.. Morphology and Optical Properties of n-Type Porous Silicon. Phys. Low-Dim. Struct., 2/3, 97-103(1995).

5. Buchin E.Y., Churilov A.B., Prokaznikov A.V. Different morphology of n-type porous silicon. Abstr. of International Symposium on "Si heterostructures: From Physics to devices." (SHFPD-95), Greece, Heraclion, 149(1995).

6. Buchin E.Y., Churilov A.B., Prokaznikov A.V., Svetovoy V.B. Photo-electrochemical and thermal control of morphology and optical properties of porous silicon. Abstr. of 2nd International Conference on "Photo-excited processes and applications." (ICPEPA-95), Israel, Jerusalem, 27(1995).

7. Бучин Э.Ю., Проказников A.B., Чурилов А.Б. Формирование пористого кремния различных морфологий. Тезисы докл. 2-й Российской конференции по физике полупроводников ("РКФП-96"), Зеленогорск, 201(1996).

8. Бучин Э.Ю., Проказников А.В., Чурилов А.Б., Образцова Е.Д, Ушаков В.В. Модификация свойств ПК под действием механических напряжений. Тезисы докл. 2-й Российской конференции по физике полупроводников ("РКФП-96"), Зеленогорск, 202(1996).

9. Бучин Э.Ю., Лепшин П.А., Проказников А.В., Смирнов В.К., Чурилов А.Б. Физико-химический анализ поверхности макропор в пористом кремнии. Тезисы докл. 2-й Российской конференции по физике полупроводников ("РКФП-96"), Зеленогорск, 203(1996).

10. Buchin E.Yu., Churilov А.В., Prokaznikov A.V.

Different morphology aspects of n-type porous silicon. Applied Surface Science, 102, 431-435(1996).

11. Бучин Э.Ю., Проказников A.B., Чурилов А.Б., Ушаков В.В., Образцова Е.Д. Особенности формирования пористого кремния при механической деформации. Микроэлектроника, 4, 303-311(1996).

12. Бучин Э.Ю., Проказников А.В. Характер динамики системы электролит-кремний n-типа при анодировании в растворах плавиковой кислоты. Письма в ЖТФ, 23(5), 1-7(1997).

13. Бучин Э.Ю., Проказников А.В. Управление морфологией пористого кремния п-типа. Письма в ЖТФ, 23(6), 80-84(1997).

14. Babanov Yu.E., Buchin E.Yu., Prokaznikov A.V. and Svetovoy V.B. Different Location of Photo and Electroluminescence in n-Type Porous Silicon. Physica Status Solidi (a), 161(1), R1-R2(1997).

15. Бучин Э.Ю., Лаптев А.Н.. Проказников А.В., Рудь НА. Световой В.Б., Чирков А.Н. Электролюминесценция и вольтамперные характеристики структур на основе пористого кремния п-типа. Письма в ЖТФ, 23(11), 70-77(1997).

16. Prokaznikov A.V. and Buchin E.Yu.. Controllable Formation of Porous Structures on n-Type Silicon. Phys. Low-Dim. Struct., 5/5, 47-52(1997).

17. Prokaznikov A.V., Buchin E.Yu. Character of Dynamics in Electrolyte-n-Type Silicon System During Anodization in HF Solutions. Phys. Low-Dim. Struct., 5/6, (117-122)1997.

18. Бучин Э.Ю., Проказников A.B. Закономерности образования пор различной морфологии в кремнии n-типа. Микроэлектроника, 27(2), 107-113(1998).

Заказ 2401. Тираж 100. Отпечатано в типографии Ярославского государственного технического университета. 150028, г. Ярославль, ул. Советская, 14 а. Телефон 30-56-63.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПОРИСТЫЙ КРЕМНИЙ: ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА.

§1.1. Краткая историческая справка.

§1.2. Основы технологии получения пористого кремния.

§1.3. Структурные разновидности пористого кремния.

§1.4. Люминесцентные свойства пористого кремния.

§1.5. Модельные представления о механизме порообразования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОСТИМУЛИРОВАННОГО ПРОЦЕССА ПОРООБРАЗОВАНИЯ НА НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ КРЕМНИЕВЫХ ПОДЛОЖКАХ п-ТИПА.

§2.1. Образцы и методика эксперимента.

§2.2. Основные морфологические типы пористого слоя.

§2.3. Закономерность структурного роста.

§2.4. Формирование комбинированных пористых слоев.

§2.5. Динамика процесса порообразования.

§2.6. Обсуждение результатов экспериментов.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЛОЕВ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ С РАЗЛИЧНОЙ МОРФОЛОГИЕЙ СТРУКТУРЫ.

§3.1. ИК-спектроскопия пористых слоев.

§3.2. Адсорбционные свойства пористых слоев.

§3.3. Фотолюминесценция пористых слоев.

§3.4. Электролюминесцентная структура на пористом кремнии.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ В КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ НА СТРУКТУРУ

И ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА СЛОЕВ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ.

§4.1. Образцы и методика эксперимента.

§4.2. ИК-спектроскопия напряженных пористых слоев.

§4.3. Фотолюминесцентные свойства напряженных пористых слоев

§4.4. Обсуждение результатов экспериментов.

Пористый кремний (ПК) образуется в виде поверхностных слоев при электрохимической обработке монокристаллического кремния в электролитах на основе плавиковой кислоты /1-7/. На полупроводниковом электроде, выполняющем роль растворимого анода, происходит селективное вытравливание отдельных микрообластей, в то время как соседние остаются нетронутыми и составляют конструкционный каркас формируемого слоя. Процесс порообразования является саморегулирующимся и фронт избирательного травления на всей обрабатываемой площади постепенно продвигается вглубь подложки /8/. Толщина слоев ПК определяется длительностью обработки и может составлять от нескольких десятков нанометров до сотен микрон, в отдельных случаях вплоть до сквозного травления кремниевых пластин. В зависимости от типа и уровня легирования исходной полупроводниковой подложки, а также условий электрохимического процесса общая пористость формируемых слоев может составлять 5-80%, а средний диаметр пор - от нескольких нанометров до микрон /9,10/. Остающиеся между порами перегородки имеют переменное сечение и развитую шероховатую поверхность, даже при экстремально высокой пористости они сохраняют кристалличность исходного кремния и представляют собой систему взаимосвязанных кристаллитов нанометровых размеров /11,12/. ПК содержит значительное количество аморфной фазы в виде смеси аморфного кремния, гидридов 81НХ, оксидов 8ЮХ и фторидов 81РХ. Она располагается в основном на поверхности пористого слоя и, частично, на стенках пор, которые, кроме того, насыщены адсорбировавшимся в процессе анодирования водородом с включениями атмосферной двуокиси углерода /13,14/. Таким образом, пористый кремний является конгломератом мельчайших кристаллитов и неравномерно распределенной аморфной фазы в оболочке из адсорбировавшихся газов /15/. Его атомарный состав может быть представлен в следующем виде: Si- до 40% ат., Н- до '50% ат., О- до 5% ат., F- до 3% ат., С- до 2% ат. /16/. ПК является особой морфологической формой кристаллического кремния, в общем плане по своей структуре и ряду свойств он занимает промежуточное положение между монокристаллическим (c-Si) и аморфным кремнием (a-Si).

Этот материал обладает рядом оригинальных свойств и считается перспективным для микроэлектроники. Благодаря развитой поверхности и тонкой структуре, ПК окисляется с высокой скоростью по всему объему, что позволяет получать толстые изоляционные слои с хорошими характеристиками /17-21/. Это его свойство, наряду с возможностью нанесения поверх ПК бездефектных эпитаксиальных слоев, а также возможностью формирования локальных участков пористого слоя, позволяет широко использовать этот материал для создания различных структур типа «кремний на изоляторе» (КНИ). В частности на основе ПК разработана FIPOS- технология (full isolation by porous oxidized silicon), которая позволяет получать КНИ структуры с минимальным уровнем напряжений и является более экономичной по сравнению с SIMOX-процессом (silicon implantated by oxigen) /22-23/. Окисленный ПК имеет высокий коэффициент преломления света и может использоваться также для создания «встроенных» в кремний световодов, при этом отпадает необходимость формирования буферного слоя между каналом и матрицей /24/. Высокая «прозрачность» ПК для различных примесей во время диффузионных и окислительных процессов делает его перспективным для легирования глубоких слоев /25,26/ или геттерирования подвижных металлических примесей /27,28/, что позволяет в целом удешевить технологию изготовления полупроводниковых приборов и повысить их качество. Развитая, химически активная поверхность ПК позволяет рассматривать его в качестве адсорбционной матрицы для микросенсоров /29,30/. Пористый кремний может быть использован также в качестве универсального буферного слоя при гетероэпитаксиальном наращивании на нем различных полупроводников /31-33/. Структуры Шоттки на пористом кремнии по сравнению со стандартными кремниевыми фотодиодами показывают значительно большую фоточувствительность в видимом диапазоне спектра и имеют расширенную рабочую спектральную область. Возрастание фотоответа происходит за счет большего поглощения света сильно развитой поверхностью ПК, а также за счет уменьшения скорости поверхностной рекомбинации /34-35/.

Перспективными в техническом плане являются люминесцентные свойства ПК. Монокристаллический кремний, как известно, непрямозонный полупроводник и характеризуется излучательной рекомбинацией с весьма низкой эффективностью в ИК- диапазоне, что препятствует созданию на его основе светоизлучающих структур. Одним из путей повышения вероятности излучательной рекомбинации является формирование структур с пониженной размерностью (квантовых точек, кластеров, нитей, сверхрешеток), для которых наблюдается существенное изменение энергетического спектра по сравнению с с-Бь ПК представляет собой именно такую упорядоченную наноструктуру, получаемую к тому же достаточно простым способом. В тонких кристаллических межпоровых перегородках в поперечном направлении имеет место размерное ограничение, определяющее локализацию носителей заряда, и по сути они могут рассматриваться как квантовые нити. Благодаря этому эффекту, а также барьерным свойствам поверхности перегородок, обусловленным наличием аморфной фазы, происходит увеличение эффективной ширины запрещенной зоны и появление новых энергетических уровней в ПК /36, 37/. Таким образом, спектр его излучения смещается в видимую область и повышается вероятность оптических переходов /38, 39/. Например, при фотолюминесценции (ФЛ) квантовый выход излучения в ПК может достигать 10% при комнатной температуре. Люминесцентные свойства ПК открывают перспективу создания на основе кремниевой технологии оптоэлектронных приборов, интегрированных с традиционными схемами обработки электрических сигналов. Для этого необходимо получить эффективную электролюминесценцию (ЭЛ) в пористом кремнии, когда возбужденные электронные состояния появляются при протекании электрического тока за счет инжекции носителей заряда или их лавинной генерации в предпробойном режиме. Однако, большинство опубликованных работ по ЭЛ пористого кремния и различных выпрямляющих структур на нем отмечают пока лишь очень низкую эффективность излучения - обычно характеризуемого как «видимое в темноте невооруженным глазом» /4044/. Максимальный достигнутый уровень внешнего квантового выхода излучения при ЭЛ в настоящее время составляет порядка 0,1% /45/. В этом направлении ведутся интенсивные исследования.

О том, насколько сейчас велик интерес к ПК, говорит динамика роста публикаций в отечественной и зарубежной печати: в период с 1958 по 1980 гг. по этой тематике были лишь единичные работы, к 1990 г. их насчитывалось около 80, к настоящему времени опубликовано более 1000 работ. Исследования ведутся по всем направлениям: технология формирования пористых слоев, их структура и свойства, моделирование процесса порообразования, создание светоизлучающих структур и т.п. Выявленные при изучении ПК закономерности позволили получить и другие пористые полупроводники, в том числе на основе ОаАэ, ваР, 1пР, 81зК4, обладающие специфическими по отношению к исходным материалам свойствами /8, 46/.

Для прикладных целей необходима всесторонне отработанная, оптимизированная технология формирования ПК, обеспечивающая получение пористых слоев с воспроизводимыми характеристиками. Однако, до настоящего времени далеко не все закономерности этого процесса изучены. Нет единой точки зрения на механизм порообразования и природу люминесцентных свойств ПК, недостаточна воспроизводимость экспериментальных данных. Пористый кремний является сложным для исследований объектом, его свойства сильно зависят от типа и уровня легирования исходной кремниевой подложки, а также условий порообразования и состава окружающей среды при хранении. Выделяют несколько структурных разновидностей ПК, отличающихся по кинетике формирования, масштабу кристаллической и составу аморфной фазы. Наименее изученными являются пористые слои, формируемые на низколегированных кремниевых подложках п-типа. Это обусловлено сложностью процесса, протекающего в условиях генерации неравновесных дырок (Ъ+), необходимых для растворения кремния, и их неоднородной концентрации в приповерхностном объеме полупроводникового электрода /14, 26, 36/. В целом технология изготовления ПК находится в стадии становления, выявлены лишь отдельные ее закономерности, практически не исследовано влияние таких факторов, как воздействие внешнего магнитного поля, наличие термоградиента, механическая деформация, неоднородное легирование полупроводниковой подложки и т.п. Необходимо дальнейшее всестороннее изучение этого материала. Более полное понимание взаимосвязи параметров процесса с характеристиками ПК позволит определить условия формирования материала со строго заданными, воспроизводимыми свойствами, что усилит его прикладной потенциал, а также позволит развить теоретические представления о механизме порообразования в полупроводниках. Кроме того, пористый кремний является хорошим модельным объектом для изучения квантово-размерных эффектов, фрактальных явлений и фундаментальных проблем нанотехно л огии.

Целью настоящей диссертации является исследование специфики структурного роста и люминесцентных свойств пористых слоев, формируемых при различных условиях электрохимической обработки:

-фотостимулированном анодировании низколегированных кремниевых подложек п-типа (эта разновидность материала остается наименее изученной);

-анодировании в условиях механического напряжения кремниевой подложки (этот фактор процесса ранее практически не рассматривался).

Диссертация состоит из четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Первая глава представляет собой обзор опубликованных работ по исследованию пористого кремния. Приведены основные данные по технологии изготовления, структуре и свойствам материала. Рассмотрены доминирующие модели механизма порообразования и гипотезы относительно природы люминесцентных свойств ПК.

Во второй главе приведены результаты экспериментального исследования фотостимулированного процесса анодирования низколегированных кремниевых подложек п-типа. Выделены основные морфологические типы пористого слоя. Определены и систематизированы условия их формирования. Рассмотрено влияние характера динамики процесса на однородность получаемого материала. Предложена универсальная и доступная методика управления структурой пористых слоев. Приведена иллюстрационная модель, в рамки которой укладываются полученные экспериментальные данные.

Третья глава посвящена исследованию физико-химических свойств слоев пористого кремния с различной морфологией структуры. Приведены данные по ИК-спектроскопии, характеризующие их химический состав. Представлены результаты по адсорбционной чувствительности. Рассмотрены фотолюминесцентные свойства пористых слоев во взаимосвязи со структурными различиями. Приведены результаты экспериментов по созданию образцов светоизлучающих структур на основе ПК.

В четвертой главе представлены результаты экспериментального исследования влияния механического напряжения, создаваемого в кремниевой подложке в процессе порообразования, на структуру и фотолюминесцентные свойства формируемых пористых слоев. Приведены данные по ИК-спектроскопии напряженных слоев, позволяющие оценить изменения в объеме, местоположении и составе аморфной фазы. Рассмотрено пространственное распределение интенсивности ФЛ по поверхности образцов. Предложено объяснение

11 наблюдаемому эффекту локального изменения излучающих свойств пористых слоев в области наибольших деформаций.

Результаты работы докладывались и обсуждались на Российской конференции с участием зарубежных ученых "Микроэлектроника-94" (Звенигород, 1994г.), на Международном симпозиуме "Material Research Society" (Fall Meeting, USA, Boston, 1994), на Ii-Международной конференции "Photo-Excited Processes and Applications" (Israel, Jerusalem 1995г.), на Международном симпозиуме "Si Heterostructures: From Physics to Devices" (Greece, Heraclion, 1995г.), на 2-й Российской конференции по физике полупроводников "РКФП-96" (Зеленогорск, 1996г.) и др. /47-53/.

Основные результаты диссертации опубликованы в 10 статьях в российских и зарубежных научных журналах /54-64/. Работа выполнена в Институте Микроэлектроники РАН (г.Ярославль).

12

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Слои пористого кремния с радикальными различиями в структуре могут быть получены при фотостимулированном анодировании монокристаллических низколегированных кремниевых подложек п-типа. Изменения в структуре пористого слоя сопровождаются изменением его фотолюминесцентных свойств -интенсивности и спектрального состава излучения.

2. Морфология пористого слоя при анодировании определяется положением рабочей точки процесса на вольт-амперной характеристике системы кремний/электролит. Однородность структуры слоя в рамках выбранного морфологического типа определяется характером динамики порообразования.

3. Механическое напряжение в монокристаллической кремниевой подложке р-типа в процессе анодирования способствует аморфизации поверхностного слоя пористого кремния и формированию резкой межслоевой границы, что сопровождается снижением интенсивности фотолюминесценции в области наибольших деформаций.

Основные результаты:

1. Исследовано влияние механического напряжения в монокристаллической подложке на структуру формируемого пористого кремния. Показано, что в области максимальных деформаций на его поверхности образуется аморфный слой сложного фазового состава, при этом между ним и ПК формируется резкая граница. Объемом и формой поверхностного слоя технологически можно управлять, изменяя величину приложенного давления и интенсивность подсветки обрабатываемой кремниевой поверхности.

2. Изучены фотолюминесцентные свойства пористого кремния, сформированного на подложках, подверженных механическому напряжению. Показано, что в области максимальных деформаций излучающие свойства ПК значительно ухудшаются, этот факт связывается с большей степенью окисления поверхностного слоя в данной области и, соответственно, меньшим содержанием в нем нанометровых кремниевых объектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Диссертационная работа посвящена исследованию структуры и излучающих свойств пористых слоев, формируемых при: -фотостимулированном анодировании низколегированного кремния п-типа;

-анодировании кремния р-типа в условиях механического напряжения полупроводниковой подложки.

В ходе работы получены следующие основные результаты: (по кремнию п-типа)

1. Систематизированы структурные изменения пористого слоя, наблюдаемые при различных режимах обработки, выделены основные морфологии, различающиеся по форме макропор, а также объему и фракционному составу микроструктуры.

2. Показано, что структурная модификация пористого слоя не сопровождается ощутимым изменением его химического состава, но оказывает существенное влияние на адсорбционные и излучающие свойства ПК.

3. Обнаружена взаимосвязь между положением рабочей точки электрохимического процесса на ВАХ системы кремний/электролит и морфологическим типом образующегося пористого слоя. Экспериментально подтверждена универсальность этой взаимосвязи и предложена доступная методика управления общими параметрами структуры пористых слоев, формируемых на низколегированных подложках.

4. Показана возможность формирования комбинированных пористых слоев, состоящих из разных морфологий, сменяющих друг друга на определенной глубине. На основе комбинированных слоев создан экспериментальный образец кремниевой светоизлучающей структуры с относительно высокими внешним квантовым выходом и яркостью электроиндуцированного излучения, длительным сроком наработки.

5. Обнаружен переход к циклическому режиму порообразования при увеличении концентрации органических добавок в составе электролита. Рассмотрены соответствующие этому режиму структурные изменения в пористых слоях. по кремнию р-типа)

6. Показано, что в области максимальных деформаций полупроводниковой подложки на поверхности ПК образуется аморфный слой сложного фазового состава, при этом между ним и пористым слоем формируется резкая граница. Объемом и формой поверхностного слоя технологически можно управлять, изменяя величину приложенного давления и интенсивность подсветки обрабатываемой кремниевой поверхности.

7. Обнаружено, что в области максимальных деформаций излучающие свойства ПК значительно ухудшаются, этот факт связывается с большей степенью окисления поверхностного слоя в данной области и, соответственно, меньшим содержанием в нем квантово-размерных кремниевых объектов.

108

Автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям A.B. Проказникову и А.Б. Чурилову за общую поддержку, плодотворное обсуждение результатов работы и передачу личного опыта.

Автор благодарит коллег по научной деятельности: Мокроусова Н.Е. - за помощь в аппаратурном обеспечении исследований; Образцову Е.Д. - за проведение измерений KP спектров; Преображенского М.Н. - за помощь в исследовании структуры слоев; Рудя H.H. - за проведение измерений спектров электролюминесценции; Светового В.Б. - за помощь в изготовлении светоизлучающего диода; Ушакова В.В. - за проведение измерений топограммы излучающих свойств на поверхности образцов.

1. Uhlir A. Electrolytic shaping of germanium and silicon. -Bell Syst. Techn., 1956, v.35,, pp.333-335.

2. Memming R., and Schwandt G. Anodic dissolution of silicon in hydrofluoric acid solution. Surface Science, 1966, v.4, No.2, pp. 109-124.

3. Theunissen M.J. Etch channel formation during anodic dissolution of n-type silicon in aqueous hydrofluoric acid. J. Electrochem. Soc., 1970, v.117, No.7, pp.959-965.

4. Watanabe Y., Arita Y. et. al. Formation and properties of porous silicon and its application. J. Electrochem. Soc., 1975, v. 122, No. 10, pp.1351-1355.

5. Arita Y., Sunohara Y. Formation and properties of porous silicon films. J. Electrochem. Soc., 1977, v. 124, No.2, pp.285-295.

6. Unagami T., Kato K. Formation of porous silicon layers by anodization. The Transact, of the Instit. of Electr. Engineers of Japan, 1978, v.98-A, No. 10, pp.5116-5117.

7. Labunov V., Baranov I., Bondarenko V. Investigation of porous silicon formation during anodic treatment in aqueous HF. Thin Solid Films, 1979, v.56, No.3, pp.479-483.

8. Lehmann V. The physics of macropore formation in low doped n-type silicon. J. Electrochem. Soc., 1993, v.l40,No.l0, pp.2836-2841.

9. Bomchil G., Herino R. Le silicium poreux; du materian aux dispositifs électroniques. L'Echo des Recherches, 1988, No.l31,pp.25-36.

10. Herino R., Bomchil G., Barla K., and Bertrand C. Porosity and pore size distributions of porous silicon layers. J. Electrochem. Soc., 1988, v. 134,1. No.8, pp.1994-1999.

11. Zhang X.G., Collins S.D., and Smith R.L. Porous silicon formation and electropolishing of silicon by anodic polarization in HF solution. -J. Electrochem. Soc., 1989, v.136, No.5, pp.1561-1565.

12. Goudean P., Naudou A., Bomchil G., Herino R. X-ray small-angle scattering analysis of porous silicon layers. Appl. Phys., 1989, v.66, No.2, pp.625-628.

13. Изидинов C.O., Блохина А.П., Мартынова T.C. Кинетика и механизм электрохимического формирования поверхностного пористого слоя на кремнии в плавиковой кислоте. Электрохимия, 1986, т.22, вып.1, с. 16-23.

14. Beale M.I.J., Chew N.G., Uren M.J., Cullis A.G., and Benjiamin J.D. Microstructure and formation mechanism of porous silicon. Appl. Phys. Lett., 1985, v.46, No.l, pp.86-88.

15. Earwaker L.G., Farr J.P.G., Grzesczyk P.E., Sturland I., Keen J.M. Analysis of porous silicon. Nuclear instrum. and methods in Phys. Research., 1985, No.3, pp.317-320.

16. Arita Y., Kuranari K., Sunohara Y. Thermal bechaviour porous silicon. Jap. J. Appl. Phys., 1976, v.15, No.9, pp.1655-1664.

17. Arita Y. Formation and oxidation of porous silicon by anodic reaction. J. Crystal Growth, 1978, v.45, pp.383-392.

18. Unagami Т., Seki M. Structure of porous silicon and heat-treatment effect. J. Electrochem. Soc., 1978, v. 125, No.8, pp. 1339-1344.

19. Unagami J. Oxidation of porous silicon and properties of its oxide film. Jap. J. Appl. Phys., 1980, v. 19, No.2, pp.231-241.

20. Gosch J. Process speeds up chip isolation. Electronics, 1974, v.47, Np.22, p.6-E.

21. Imai K., Unno H. FIPOS tecnology and its application to ISI's. -IEEE Trans. Electr. Dev., 1984, v.ED-31, No.3, pp.297-302.

22. Nesbit L.A. Advances in oxidized porous silicon for SOI. Int. Electron. Dev. Meet., San Francisco, Calif., Dec., 9-12, 1984, Techn. Dig., New-York, 1984, pp.800-803. ,

23. Joubert P., Guendouz M., Pedrono N., and Charrier J. Porous silicon micromachining to position optical fibres in silicon integrated optical circuits. Abstr. of the Inter. Conf. «Porous semiconductors science and technology», Spain, 1998, 0-73, pp.131.

24. Патент (Япония) No.59-17530, опубликован 21.04.84.

25. Бондаренко В.П., Борисенко В.Е., Глиненко Л.Н., Райко В.А. Новые области применения пористого кремния в полупроводниковой электронике. Зарубежная электронная техника, 1989, No.9, с.55-84.

26. Патент (США) No.3929529, опубликован 30.12.75.

27. Бондаренко В.П., Борисенко В.Е., Горская Л.В. Перераспределение золота в монокремнии на границе с пористым кремнием при секундном отжиге некогерентным светом. ЖТФ, 1984, т.54, вып. 10, с.2021-2026.

28. Демидович Г.Б., Козлов С.Н., Гребенкин А.П. и др. Газочувствительный диод Шоттки на пористом кремнии. Электроннаятехника (микроэлектроника), 1980, вып.З, сер.З, с.25.

29. Xie Y.H. and Bean J.C. Heteroepitaxy of GexSi,.x on porous Si substrates. J. Appl. Phys., 1990, v.67, No.2, pp.792-795.

30. Lin T.L., Sadwick L., Wang K.L., Kao Y.C., et al. Growth and characterization of molecular beam epitaxial GaAs layers on porous silicon. -Appl. Phys. Lett, 1987, v.51, No. 11, pp.814-816.

31. Zimin S.P, Preobrazhensky M.N, Zimin D.S. Investigations of single-crystal PbTe films on porous silicon substrates using acoustic microscopy. Abstr. of the Inter. Conf. «Porous semiconductors science and technology», Spain, 1998, 0-75, pp.134.

32. Zheng J.P, Jiao K.L , Shen W.P, Anderson W.A, Kwok H.S. Highly sensitive photodetector using porous silicon. Appl. Phys. Lett, 1992, v.61, No.4, pp.459-461.

33. Беляков JI.B, Горячев Д.Н, Сресели O.M, Ярошецкий И.Д. Светочувствительные структуры Шоттки на пористом кремнии. ФТП, 1993, т.27, вып.8, с.1371-1375.

34. Lehmann V, and Gosele U. Porous silicon formation: a quantum wire effect. Appl. Phys. Lett, 1991, v.58, No.8, pp.856-858.

35. Canham L.T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers. Appl. Phys. Lett, 1990, v.57, No. 10, pp. 1046-1048.

36. Bsiesy A, Vial J.C, Gaspard F, Herino R, Ligeon M, Muller F,

37. Halimaoni A, Oules C, and Bomchil G, et al. Electroluminescence in the visible range during anodic oxidation of porous silicon films. Appl. Phys. Lett, 1991, v.59, No.3, pp.304-306.- Appl. Surf. Sci, 1993, v.65/66, pp.394-407.

38. Richter A, Steiner P, Kozlowski F, and Lang W. Current-induced light emission from a porous silicon device. IEEE Electron Device Lett, 1991, v.EDL-12, pp.691-692.

39. Koshida N, Koyama H. Visible electroluminescence from porous silicon. Appl. Phys. Lett, 1992, v.60, No.3, pp.347-349.

40. Namavar F, Maruska H.P, Kalkhoran N.M. Visible electroluminescence from porous silicon np heterojunction diodes. Appl. Phys. Lett, 1992, v.60, No.20, pp.2514-2516.

41. Zhiliang Chen, Bosman G, Ochoa R. Visible light emission from heavily doped porous silicon homojunction pn diodes. Appl. Phys. Lett, 1993, v.62, No.7, pp.708-710.

42. Hirschman K.D, Tsybeskov L, Duttagupta S.P, and Fauchet P.M. Silicon-based visible light-emitting devices integrated into microelectronic circuits. Nature, 1996, v.384, pp.338-341.

43. Beale M.I.J, Benjamin J.D, Uren M.J, Chew N.G, Cullis A.G. An experimental and theoretical study of the formation and microstructure ofporous silicon. J. Of Crystal Growth. (N-H PPD), 1985, v.73, pp.622-636.

44. Бунин Э.Ю., Образцова Е.Д., Проказников A.B. Зависимость свойств пористого кремния от методов и режимов обработки. Тезисы докл. на Российской конференции с участием зарубежных ученых "Микроэлектроника-94", Звенигород, 1994, т.2, с.461-462.

45. Buchin E.Y., Churilov А.В., Prokaznikov A.V., Postnikov A.V., Svetovoy V.B. Influence of formation regimes on morfology and optical properties of porous silicon. Abstr. of MRS Symp., USA, Boston, 1994, v., pp.221.

46. Buchin E.Y., Churilov A.B., Prokaznikov A.Y. Different morphology of n-type porous silicon. Abstr. of Intern. Symp. on "Si heterostructures: From Physic to devices." (SHFPD-95), Greece, Heracleon, 1995, pp.149.

47. Бучин Э.Ю., Проказников Э.Ю., Чурилов А.Б. Формирование пористого кремния различных морфологий. Тезисы докл. 2-й Российской конференции по физике полупроводников ("РКФП-96"), Зеленогорск, 1996, с.201.

48. Бучин Э.Ю., Проказников А.В., Чурилов А.Б., Образцова Е.Д., Ушаков В.В. Модификация свойств ПК под действием механических напряжений. Тезисы докл. 2-й Российской конференции по физикеполупроводников ("РКФП-96"), Зеленогорск, 1996, с.202.

49. Бучин Э.Ю., Лепшин П.А., Проказников А.В., Смирнов В.К., Чурилов А.Б. Физико-химический анализ поверхности макропор в пористом кремнии. Тезисы докл. 2-й Российской конференции по физике полупроводников ("РКФП-96"), Зеленогорск, 1996, с.203.

50. Бучин Э.Ю., Проказников А.В., Световой В.Б., Чурилов А.Б. Влияние режимов обработки на морфологию и оптические свойства пористого кремния. Письма в ЖТФ, 1995, т.21, вып.1, с.60-65.

51. Buchin E.Yu., Churilov А.В., Postnikov A.V.,.Prokaznikov A.V. and Svetovoy V.B. Morphology and Optical Properties of n-Type Porous Silicon. Phys. Low-Dim. Struct., 1995, No.2/3, pp.97-103.

52. Buchin E.Yu., Churilov A.B., Prokaznikov A.V. Different morphology aspects of n-type porous silicon. Applied Surface Science, 1996, v.102, pp.431-435.

53. Бучин Э.Ю., Проказников A.B., Чурилов А.Б., Образцова Е.Д., Ушаков В.В. Особенности формирования пористого кремния при механической деформации. Микроэлектроника, 1996, No.4, с.303-311.

54. Бучин Э.Ю., Проказников А.В. Характер динамики системы электролит-кремний n-типа при анодировании в растворах плавиковой кислоты. Письма в ЖТФ, 1997, т.23, вып.5, с. 1-7.

55. Бучин Э.Ю., Проказников А.В. Управление морфологией пористого кремния n-типа. Письма в ЖТФ, 1997, т.23, вып.6, с.80-84.

56. Babanov Yu.E., Buchin E.Yu., Prokaznikov A.V., and

57. Svetovoy V.B. Different Location of Photo and Electroluminescence in n-Type Porous Silicon. Physica Status Solidi (a), 1997, v. 161(1), pp.Rl-R2.

58. Бунин Э.Ю., Лаптев А.Н., Проказников А.В., Рудь Н.А., Световой В.Б., Чирков А.Н. Электролюминесценция и вольтамперные характеристики структур на основе пористого кремния п-типа. Письма в ЖТФ, 1997, т.23, вып. 11, с.70-77.

59. Prokaznikov A.V. and Buchin E.Yu. Controllable Formation of Porous Structures on n-Type Silicon. Phys. Low-Dim. Struct., 1997, No.5/6, pp.47-52.

60. Prokaznikov A.V., Buchin E.Yu. Character of Dynamics in Electrolyte-n-Type Silicon System During Anodization in HF Solutions. -Phys. Low-Dim. Struct., 1997, No.5/6, pp.117-122.

61. Cooc B. Anodizing silicon is economical way to isolate 1С elements. Electronics, 1975, v.48, No.23, pp.109-113.

62. Патент (Япония) No.58-15940, опубликован 28.03.83. ,

63. Fathauer R.W., George Т., Ksendzov A., Vasquez R.P. Visible luminescence from silicon wafers subjected to stain etches. Appl. Phys. Lett., 1992, v.60, No.8, pp.995-997.

64. Беклемышев В.И., Гонтарь В.М., Левенец В.В., Манохин И.И., Тихомиров С.В. Получение пористого кремния радиационно-стимулированным травлением. Электронная промышленность, 1993, вып.5, с.36-38.

65. Астрова Е.В., Белов С.В., Лебедев А.А. Некоторые свойства структур на основе пористого кремния, полученного методом окрашивающего травления. ФТП, 1994, т.28, вып.2, с.332-337.

66. Bomchil G., Herino R., Barla К. Silicium poreux: propertietes physico-chemiques at applicatious daus la technologie silicium sur isolant. -Ann. Chim. Fr., 1983, No.8, pp.41-53.

67. Мушниченко В.В., Семенов А.Ю., Лисин О.Э., Кравченко Н.Р. Исследование факторов, определяющих неоднородность пленки * пористого кремния по глубине. Электронная техника (Материалы), 1991, вып.2, с.18-22.

68. Калошкин Э.П., Лабунов В.А., Карелин Ю.К. и др. Способ обработки пластин и устройство для его осуществления. А. с. (СССР), No.809434, опубл. 1983. и К

69. Николаев К.П., Соломатин В.Д., Новицкий В.М., Немировский Л.Н. Устройство для жидкостной обработки полупроводниковых пластин. А. с. (СССР), No. 1257730, опубл. 1986.

70. Патент (Япония) No.57-51927, опубликован 1982.

71. Патент (Япония) No.58-18776, опубликован 1983.

72. Николаев К.П., Немировский Л.Н. Катодные процессы на кремниевой пластине во время ее анодного растворения с жидкостным контактом. Электронная техника, сер.2 (Полупроводниковые приборы), 1989, вып.6, с.34-36.

73. Teng I.C. An investigation of the application of porous silicon layers to the dielectric isolation of integrated circuits. J. Electrochem. Soc., 1979, v.126, No.5, pp.870-874.

74. Лабунов B.A., Бондаренко В.П., Борисенко B.E. Пористый кремний в полупроводниковой электронике. Зарубежная электронная техника, М., ЦНИИ «Электроника», 1978, No.5, с.3-46.

75. Николаев К.П., Немировский Л.Н., Новицкий В.М., и др. Особенности формирования пористого кремния на слаболегированных подложках из кремния электронного типа проводимости. Электронная техника, сер.2 (Полупроводниковые приборы), 1985, вып.З, с.81-85.

76. Изидинов С.О., Блохина А.П., Лазаренко М.А.,

77. Исмайлова Л.А. Влияние типа проводимости монокристаллической основы на кинетику формирования и физико-химические свойства поверхностного слоя пористого кремния. ЖФХ, 1987, т.61, No.8, с.2127-2133.

78. Изидинов С.О., Блохина А.П., Исмайлова Л.А. Контролируемое изменение кинетики электроформирования и структуры поверхностного пористого слоя на n-кремнии воздействием оптического излучения. -ФХОМ, 1987, No.2, с.92-96.

79. Canham L.T. Luminescence Bands and their proposed origins in highly porous silicon. Physica Status Solidi (b), 1995, v. 190(9), pp.9-14.

80. Behrensmeier R., Namavar F., Amisola G.B., Otter F.A., and Galligan J.M. Furthe evidence for quantum confinement in porous silicon. -Appl. Phys. Lett., 1993, v.62, No. 19, pp.2408-2410.

81. Tsai C., Li K.-H., Sarathy J., Shin S., et al. Thermal treatment studies of the photoluminescence intensity of porous silicon. Appl. Phys. Lett., 1991, v.59, No.22, pp.2814-2816.

82. Brandt M.S., Fuchs H.D., Stutzmann M., Weber J and Cardona M. The origin of visible luminescent from «porous silicon» a new interpretation. -Solid State Commun., 1992, v.81, No.4, pp.307-312.

83. Xu Z.Y., Gal M., Gross M. Photoluminescence Studies on poroussilicon. Appl. Phys. Lett, 1992, v.60, No.l 1, pp. 1375-1377.

84. Takazawa A, Tamura T, Yamada M. Photoluminescence mechanisms of porous Si oxidized by dry oxygen. J. Appl. Phys, 1994, v.75, No.5, pp.2489-2495.

85. Cullis A.G, Canham L.T, Williams G.M, Smith P.W, and Dosser O.D. Correlation of the structural and optical properties of luminescent, highly oxidized porous silicon. J. Appl. Phys. 1994, v.75, No.l, pp.493-501.

86. Petrova-Koch V, Muschik T, Kux A, Meyer B.K, Koch F, and Lehmann V. Rapid-thermal oxidized porous Si (RTOPS) the superior Photoluminescent Si. - Appl. Phys. Lett, 1992, v.61, No. 10, pp.943-945.

87. Tsybeskov L, Vandyshev Yu.V, and Fauchet P.M. Blue emission in porous silicon: oxygen-related photoluminescence. Phys. Rev. B, 1994, v.49, No.l 1, pp.7821-7824.

88. Ito T. Ohta T, Hiraki A. Light emission from microcrystalline Si confined in SiO/sub 2/ matrix through partial oxidation of anodized porous silicon. Japan. J. Appl. Phys, Part 2, 1992, v.31, No.lA-B, pp.Ll-3.

89. Kontkiewicz A.J, Kontkiewicz A.M., Siejka J, Sen S, et al. Evidence that blue luminescence of oxidized porous silicon originates from SiO/sub 2/. Appl. Phys. Lett, 1994, v.65, No.l 1, pp.1436-1438.

90. Бондаренко В.П, Борисенко B.E, Дорофеев A.M., Лешок A.A, Троянова Т.Н. Электролюминесценция пористого кремния и излучающие структуры на его основе. Зарубежная электронная техника, 1994, No.1-3, с.41-66.

91. Беляков Л.В, Горячев Д.Н, Сресели О.М, Ярошецкий И.Д. Эффективная электролюминесценция пористого кремния. ФТП, 1993,т.27, вып. 11/12, с.1815-1819.

92. Smith R.L, Chuang S-F, and Collins S.D. A Theoretical model of the formation morphologies of porous silicon. J. Electr. Mater, 1988, v. 17, No.6, pp.533-539.

93. Maruska H.P, Namavar F, Kalhoran N.M. Current injection mechanism for porous-silicon transparent surface light-emitting diodes. Appl. Phys. Lett, 1992, v.61, No.l 1, pp. 1338-1340.

94. Kyznetsov V.S, Prokasnikov A.V, Pavlov S.T, Zimin S.P. Physical peculiarities of porous silicon as a low-dimensional system. Phys. Low-Dim. Struct, 1994,No.4/5, pp.25-30.

95. Гуревич Ю.Я, Плесков Ю.В. Фотоэлектрохимия полупроводников. M, «Наука», 1983, .

96. Шалимова К.В. Физика полупроводников. М, «Энергоатомиздат», 1985, г

97. Бонч-Бруевич B.JI, Калашников С.Г. Физика полупроводников. М, «Наука», 1977. . . С

98. Химическая энциклопедия. М, «Советская Энциклопедия», 1990. ( , с „

99. Feder J, Jossang Т. Fractal flow in porous media. Physica Scripta, 1989, v.29, pp.200-205.

100. Niemeyer L, Pietronero L, Wiesmann H.J. Fractal,dimension of dieletric breakdown. Phys. Rev. B, 1984, v.52, No. 12, pp. 1033-1036.

101. Сандер JI. Континуальная ДОА: случайный фрактальный рост, порождаемый детерминистической моделью. Труды VI международн. симпозиума по фракталам в физике, МЦТФ, Триест, Италия, 1985, с.266-282.

102. Rayleihg. On the equilibrium of liquid conducting musses charged with electricity. Phil. Mag., 1882, v. 14, pp. 184-186.

103. Кириченко B.H., Михайлова А.Д., Полевов B.H., Петрянов-Соколов И.В. Поперечное расщепление жидкой струи в сильном электрическом поле. ДАН, 1988, т.302, No.2, с.284-287.

104. Милне А., Фойхт Д. Гетеропереходы и переходы металл-полупроводник. М., «Мир», 1973? , s , с >

105. Бродски М. Аморфные полупроводники. М., «Мир», 1982.

106. Chen J.-H., Sah W.-J., Lee S.-C. Identification of infrared absorption peak of amorphous silicon carbon hydrogen alloy prepared using ethylene. J. Appl. Phys., 1991, v.70, pp. 125-131.

107. Averkiev N.S., Asnin V.M., Churilov A.B., et al. Fine structure of the red photoluminescence band of porous silicon. Письма в ЖЭТФ, 1992, т.55, No. ll,c.631-634.

108. Бреслер M.C., Яссиевич И.Н. Физические свойства и фотолюминесценция пористого кремния. ФТП, 1993, т.27, вып.5, с.871-883.

109. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. М., «Наука», 1978* х

110. Авакянц Л.П., Авдюхина В.М., Демидович С.Б., и др. Исследование структур и спектров комбинационного рассеяния пористого кремния. Поверхность, 1989, No.5, с.94-99.

111. Перевощиков В.А., Скупов В.Д., Шенгуров В.Г. Механические и геттерирующие свойства структур пористый-монокристаллический кремний. Электронная техника, серия 7 (Технология), 1994, вып.1 (182), с.10-13.122

112. Bai G., Kim K.H., Nicolet M.-A. Strain in porous silicon formed on a Si (100) substrate. Appl. Phys. Lett., 1990, v.57, No.23, pp.2247-2249.