Птащенко Ф. О. Вплив віддаленої взаємодії між домішковими атомами та поверхневими дефектами на процес формування, провідність та сенсорну чутливість до молекул NO2 і NH3 поруватого кремнію та інших кремнієвих структур.

Дисертація присвячена дослідженню механізму і проявів віддаленої взаємодії між домішковими атомами та поверхневими дефектами типу pb-центр, та впливу цієї взаємодії на процес електрохімічного травлення, провідність та сенсорну чутливість до активних молекул NO2 і NH3 поруватого кремнію та інших кремнієвих структур. Показано, що в кремнієвих структурах домішкові атоми фосфору та бору можуть віддалено взаємодіяти з pb-центрами, якщо відстань між ними не перевищує ~ 25 Å. При такій взаємодії відбувається зарядження pb-центрів та домішкових атомів, що супроводжується пасивацією домішки та виникненням області підвищеного або зниженого потенціалу навколо pb-центрів. Показано, що утворення PS при електрохімічному травленні кремнію у водних розчинах HF відбувається шляхом прямого фторування поверхневих атомів кремнію. Пряме фторування найлегше проходять на гранях (110), (100) та на їх перетині, під дією «важких» іонних комплексів фтору і за участі вільних дірок. Поблизу домішкових атомів бору процес електрохімічного травлення кремнію уповільнюється або гальмується, що пояснює утворення характерної структури PS у вигляді «скелета» із нанокристалітів, всередині яких знаходяться атоми бору. Продемонстровано, що активаційний характер провідності PS пояснюється наявністю бар’єрів для вільних носіїв, які існують навколо заряджених pb-центрів у найтонших ділянках нанодротів в мережі PS. Це також пояснює розбіг значень енергії термічної активації провідності для різних зразків PS, наявність двох лінійних ділянок у температурній залежності провідності PS в арреніусівських координатах та існування двох типів залежності провідності PS від зовнішнього поля. Показано, що при адсорбції молекул NO2 на гідроксиловану поверхню кремнію або оксиду кремнію можуть утворюватися вільні стани в забороненій зоні кремнію. Виникнення мілких акцепторних станів у p-PS спостерігається також, коли молекули NO2 адсорбуються на ОН-групах поблизу позитивно заряджених pb-центрів, які пасивують підповерхневі атоми бору. Це пояснює зростання концентрації вільних дірок у PS р-типу в атмосфері NO2. Показано, що на гідрованій та окисленій поверхні кремнію може відбуватися процес протонування молекул аміаку. Протонуванню молекул NH3 сприяють наявність поверхневих ОН-груп, адсорбованих молекул води та підповерхневих атомів бору. Процес протонування молекул аміаку супроводжується віддаленою пасивацією домішки бора іонами NH4+ і виникненням донорних станів, та пояснює зростання концентрації вільних електронів (або зменшення концентрації вільних дірок) в кремнії. Протонування аміносполук на поверхні PS або аморфного кремнію обумовлює експериментально встановлені закономірності процесів SALDI.