"Физика и техника полупроводников"
Издателям
Вышедшие номера
Диэлектрические и транспортные свойства тонких пленок, осажденных из золей, содержащих наночастицы кремния
Кононов Н.Н.1, Дорофеев С.Г.2, Ищенко А.А.3, Миронов Р.А.4, Плотниченко В.Г.4, Дианов Е.М.4
1Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия
2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (химический факультет), Москва, Россия
3Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
4Научный центр волоконной оптики Российской академии наук, Москва, Россия
Поступила в редакцию: 12 января 2011 г.
Выставление онлайн: 20 июля 2011 г.

Диэлектрические свойства тонких пленок, осажденных на твердые подложки из коллоидных растворов, содержащих наночастицы кремния (средний диаметр 10 нм), исследованы посредством оптической эллипсометрии и импеданс-спектроскопии. В оптическом диапазоне величины действительной varepsilon' и мнимой varepsilon'' компонент комплексной диэлектрической проницаемости varepsilon изменяются в пределах 2.1-1.1 и 0.25-0.75 соответственно. Эти величины значительно меньше, чем аналогичные значения кристаллического кремния. Посредством численного моделирования в рамках приближения эффективной среды Бруггемана мы показали, что экспериментальные спектры varepsilon' и varepsilon'' могут быть объяснены с хорошей точностью, если предположить, что кремниевые пленки являются пористой средой, состоящей из моноокиси кремния (SiO) и воздушных полостей, при коэффициенте пористости 0.5. Главная причина такого поведения пленок определяется влиянием на диэлектрические свойства кремниевых наночастиц их внешних оболочек, взаимодействующих с атмосферным кислородом. В диапазоне частот 10-106 Гц экспериментально зарегистрированные спектры varepsilon' и varepsilon'' тонких пленок наноразмерного кремния хорошо аппроксимируются полуэмпирическим законом диэлектрической дисперсии Коула-Коула вместе с членом, связанным со свободными электрическими зарядами. Экспериментально зарегистрированная степенная частотная зависимость проводимости на переменном токе означает, что электрический транспорт в пленках определяется прыжками электрических зарядов через локализованные состояния, находящиеся в неупорядоченной среде внешних оболочек наночастиц кремния, составляющих пленки. Обнаружено, что при частотах =<q2·102 Гц проводимость в пленках определяется транспортом протонов через группы Si-OH, находящиеся на поверхности наночастиц кремния.
  1. D. Jurbergs, E. Rogojina, L. Mongolini, U. Kortshagen. Appl. Phys. Lett., 88, 233 116 (1-3) (2006)
  2. A. Anopchenko, A. Marconi, E. Moser, S. Prezioso, M. Wang, L. Pavesi, G. Pucker, P. Bellutti. J. Appl. Phys., 106, 033 104 (2009)
  3. J. De la Torre, G. Bremond, M. Lemiti, G. Guillot, P. Mur, N. Buffet. Mater. Sci. Eng. C, 26, 427 (2006)
  4. R.B. Min, S. Wagner. Appl. Phys. A, 74, 541 (2002)
  5. R. Tsu. Appl. Phys. A, 71, 391 (2000)
  6. G. Conte, M.C. Feliciangeli, M.C. Rossi. Appl. Phys. Lett., 89, 022 118 (2006)
  7. K. Wang, H. Chen, W.Z. Shen. Physica B, 336, 369 (2003)
  8. O. Saadame, S. Lebib, A.V. Kharchenko, C. Longeaud, R. Roca I Cabarrocas. J. Appl. Phys., 93, 9371 (2003)
  9. С.Г. Дорофеев, Н.Н. Кононов, А.А. Ищенко, Р.Б. Васильев, М.А. Гольдштрах, К.В. Зайцева, В.В. Колташев, В.Г. Плотниченко, О.В. Тихоневич. ФТП, 43, 1460 (2009)
  10. D. Kovalev, G. Polisski, M. Ben-Chorin, J. Diener, F. Koch. J. Appl. Phys., 80 (10), 5978 (1996)
  11. L.E. Brus, P.F. Szajowski, W.L. Wilson, T.D. Harris, S. Schuppler, P.H. Citrin. J. Am. Chem. Soc., 117, 2915 (1995)
  12. M. Ben-Chorin, F. Moller, F. Koch, W. Schirmacher, M. Eberhard. Phys. Rev. B, 51, 2199 (1995)
  13. E. Axelrod, A. Givant, J. Shappir, Y. Feldman, A. Sa'ar. Phys. Rev. B, 65, 165 429 (2002)
  14. B. Urbach, E. Axelrod, A. Sa'ar. Phys. Rev. B, 75, 205 330 (2007)
  15. D.A.G. Bruggeman. Ann. Phys. (Leipzig), 24, 636 (1935)
  16. K.S. Cole, R.H. Cole. J. Chem. Phys., 9, 341 (1941)
  17. J.C. Dyre, T.B. Schr der. Rev. Mod. Phys., 72 (3), 873 (2000)
  18. T.B. Schr der, J.C. Dyre. Phys. Chem. Chem. Phys., 4, 3173 (2002)
  19. T.B. Schr der, J.C. Dyre. Phys. Rev. lett., 101, 025 901 (2008)
  20. Р. Аззам, Н. Башара. Эллипсометрия и поляризованный свет (М., Мир, 1981) с. 316 [Пер. с англ.: R.M.A. Azzam, N.M. Bashara. Ellipsometry and polarized light (Amsterdam--N.Y.--Oxford, North--Holland publishing company, 1977)]
  21. Handbook of ellipsometry, ed. by G.H. Tompkins, E.A. Irene (N.Y., Heidelberg, William Andrew publishing, Springer, 2005)
  22. C. Pickering, M.I.J. Beale, D.J. Robbins, P.J. Pearson, R. Greef. J. Phys. C: Sol. St. Phys., 17, 6535 (1984)
  23. D.E. Aspens. In: Properties of Silicon (London, UK, INSPEC, IEE 1988) chap. 2, p. 59; D.E. Aspens, A.A. Studna. Phys. Rev. B, 27, 985 (1983)
  24. S. Schuppler, S.L. Friedman, M.A. Marcus, D.L. Adler, Y.H. Xie, F.M. Ross, Y.J. Chabal, T.D. Harris, L.E. Brus, W.L. Brown, E.E. Chaban, P.E. Szajowski, S.B. Christman, P.H. Cirtin. Phys. Rev. B, 52, 4910 (1995)
  25. G. Zuter. Phys. Status Solidi A, 59, K109 (1980)
  26. K. Hubner. Phys. Status. Solidi A, 61, 665 (1980)
  27. A. Goswami, A.P. Goswami. Thin. Sol. Films, 16, 175 (1973)
  28. A. Moliton. Applied Electromagnetism and Materials (Springer Science and Business Media 2007) chap. 1, p. 8
  29. R. Tsu, D. Babic, L. Ioriatti, jr. J. Appl. Phys., 82 (3), 1327 (1997)
  30. J.L. Barton. Berres Refract., 20, 328 (1966)
  31. T. Nakajima, 1971 Annual Report, Conference on Electric Insulation and Dielectric Phenomena (Washington, D.C., National Academy of Sciences, 1972) p. 168
  32. H. Namikawa. J. Non-Cryst. Sol., 18, 173 (1975)
  33. I.G. Austin, N.F. Mott. Adv. Phys., 18, 41 (1969)
  34. A. Hunt. Phil. Mag. B, 64, 579 (1991)
  35. M.B. Isichenko. Rev. Mod. Phys., 64 (4), 961 (1992)
  36. Masakyuki Nogami, Yoshihiro Abe. Phys. Rev. B, 55 (18), 12 108 (1997)
  37. Masayuki Nogami, Ritsuko Nagao, Cong Wong. J. Phys. Chem. B, 102, 5772 (1998)
  38. Mao-Hua Du, A. Kolchin, Hai-Ping Chenga. J. Chem. Phys., 119 (131), 6418 (2003)
  39. Chao Cao, Yao He, J. Torras, E. Deumens, S.B. Trickey, Hai-Ping Cheng. J. Chem. Phys., 126, 211 101 (2007)
  40. L. Glasser. Chem. Rev., 75 (1), 21 (1975)
  41. V.B.P. Leite, A. Cavalli, O.N. Oliveira, jr. Phys. Rev. E, 57 (6), 6835 (1998)
  42. Н.Н. Кононов, Г.П. Кузьмин, А.Н. Орлов, О.В. Тихоневич. ФТП, 39 (7), 868 (2005)
  43. E.A. Wovchko, J.C. Camp, J.A. Glass, jr., J.T. Yates, jr. Langmuir, 11, 2592 (1995)
  44. B. Stuart. Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications (John Wiley \& Sons, Ltd, 2004) p. 83

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.