Кремний как материал современной электроники. Способы получения пористых полупроводников на примере кремния. Анализ процесса формирования, методов исследования, линейных и нелинейных процессов в неоднородных средах на основе пористых полупроводников.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

(ФГБОУ ВПО "КубГУ")

Физико-технический факультет

Кафедра оптоэлектроники

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Исследование нелинейно-оптических процессов в неоднородных средах на основе пористых полупроводников

Работу выполнил Кучеря Александр Александрович

Специальность 210401 - Физика и техника оптической связи

Научный руководитель

канд. физ. - мат. наук, доцент Л.Р. Григорьян

Нормоконтролер инженер А. Прохорова

Краснодар 2013

Реферат

Дипломная работа: ___ с., 24 рис., 17 используемых источников.

ПОРИСТЫЙ КРЕМНИЙ, ПОРИСТОСТЬ, ФОТОННО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ, НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ.

Объектом рассмотрения данной курсовой работы является многослойные структуры на основе пористого кремния.

Целью работы является исследование линейных и нелинейных процессов в неоднородных средах на основе пористых полупроводников.

В результате выполнения курсовой работы были рассмотрены способы получения пористых полупроводников на примере кремния, процесс формирования, методы исследования, линейные и нелинейные процессы в неоднородных средах на основе пористых полупроводников.

Содержание

• Введение
• 1. Структурные модификации кремния
• 1.1 Кремний как материал современной электроники
• 1.2 Монокристаллический кремний
• 2. Пористый кремний
• 2.1 Формирование слоёв пористого кремния
• 2.2 Свойства и применение пористого кремния
• 3. Пористый фосфид галлия
• 4. Фотонно-кристаллические структуры на основе пористых полупроводников
• 5. Упорядоченные оптически неоднородные среды на основе пористых полупроводников
• 5.1 Одномерные фотонно-кристаллические структуры на основе пористого кремния
• 5.1.1 Спектры отражения
• 5.1.2 Дисперсионные свойства
• 5.2 Одномерные фотонно-кристаллические структуры на основе окисленного пористого кремния
• 6. Модификация нелинейной восприимчивости в пористых проводниках
• 7. Нелинейно-оптические процессы в оптически неоднородных средах на основе пористых полупроводников
• 7.1 Генерация второй гармоники в структурах на основе микропористого кремния
• 7.2 Генерация третьей гармоники в структурах на основе мезопористого кремния
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

Возрастающие потребности в передаче данных требуют создания новых приборов и устройств, позволяющих в широком спектральном диапазоне осуществлять быстрое переключение и изменять частоту сигнала. Дальнейшее развитие таких систем будет в основном определяться возможностью генерировать, переключать и детектировать оптический сигнал, используя нелинейно-оптические процессы. В то же время современные телекоммуникационные технологии требуют миниатюризации устройств для управления распространением изучения. Однако большинство имеющихся на сегодня нелинейно-оптических кристаллов обладают либо сравнительно малой нелинейной восприимчивостью, но при этом в них возможна большая длина нелинейно-оптического взаимодействия, например за счёт фазового согласования процесса, либо, наоборот, при большой нелинейной восприимчивости длина взаимодействия очень мала и зачастую ограничена несколькими длинами волн. В связи с этим встает необходимость в развитии новых подходов, которые приведут к формированию новых искусственных материалов на основе наноструктур, позволяющих сочетать высокую нелинейную восприимчивость с большой длиной взаимодействия.

Получение и исследование новых материалов с требуемыми структурными и оптическими свойствами представляет собой актуальную задачу современной лазерной физики, решаемую методами нанотехнологии. Для этого проводится "сборка" тем или иным способом нанокристаллов или нанокластеров, электронные и оптические свойства которых определяются их размером и формой. Оптические свойства ансамбля наночастиц будут определяться не только взаимодействием между атомами, но и взаимным расположением нанокластеров, а также их объемной долей. Важным примером таких сред являются пористые полупроводниковые и диэлектрические материалы, образующиеся в результате процесса электрохимического травления. Они представляют собой нанокомпозитные среды, образованные пустотами в объеме (порами) и оставшимися после удаления части материала нанокристаллами или нанокластерами полупроводника.

Одним из способов создания новых материалов с заданными структурными, электронными и оптическими свойствами является формирование наноструктурированных сред. Принципиальную роль для создания новых нанокомпозитных сред играет не только материал, используемый для их изготовления, но и их микроструктура этих сред. Свойства таких нанокомпозитов определяются размером, формой и упорядоченностью составляющих их наночастиц, а также факторами заполнения наночастицами.

Среди разнообразных наноструктурированных сред следует особо отметить пористые полупроводники и диэлектрики, образованные путем удаления части материала из объёма. Возникающие при этом поры и остающиеся нанокристаллы имеют размеры от единиц до сотен нанометров. Физические свойства получившихся структур отличаются от свойств исходного материала, зачастую радикально. Можно выделить три основные причины модификации их свойств:

1) квантово-размерные эффекты для нанообъектов, размеры которых не превосходят длины волны де Бройля электрона;

2) поверхностные эффекты, связанные с появлением новых электронных и фононных состояний поверхности, площадь которой заметно (иногда на несколько порядков) увеличилась после образования пор;

3) локальные поля в нанокомпозитной среде, которые определяются размерами, формой и упорядоченностью нанообъектов.

полупроводник кремний электроника пористый

1. Структурные модификации кремния

1.1 Кремний как материал современной электроники

Кремний является основным материалом современной электроники: на его основе изготавливаются 95% интегральных схем и свыше 90% полупроводниковых приборов и устройств. Достоинством материала является то, что он может быть получен в разных структурных модификациях (монокристаллической, аморфной, поликристаллической, микрокристаллической, нанокристаллической, пористой), каждая из которых обладает уникальным набором свойств, совместима друг с другом и с технологическими процессами кремниевой технологии. Пористый кремний (ПК) был открыт во второй половине 50-х годов 20-го века при изучении процессов электрохимической полировки кремниевых пластин. Первые же исследования показали, что наличие в монокристаллическом кремнии развитой сети мелких пор приводит к появлению в материале ряда специфических явлений, таких как высокая удельная поверхность (до 800 м2/см3) и повышенная химическая активность, когда скорости химических реакций увеличиваются в 10-100 раз по сравнению с монокристаллическим кремнием. Эти свойства были использованы в 60-70-е годы в микроэлектронике для формирования толстых диэлектрических слоев по IPOS (Isolation by Porous Oxidized Silicon) и FIPOS (Full Isolation by Porous Oxidized Silicon) технологиям, для создания структур кремний-на - изоляторе. После открытия в 1990 году Кэнхемом явления люминесценции ПК при комнатной температуре в видимой области спектра началось активное всестороннее изучение свойств ПК. Если в период с 1980 по 1990 гг. число публикаций по тематике ПК не превышало 20 журнальных статей в год, то после 1995 года эта цифра стала больше 400. Комплексные исследования показали многообразие свойств ПК, были предложены новые области применения пористых кремниевых слоев [4]. В настоящее время на основе ПК активно разрабатываются функциональные элементы сверхбольших интегральных схем, оптоэлектронные пары излучатель-приемник, устройства ультразвуковой электроники, солнечные элементы, волноводы, датчики влажности и состава газов, приборы для мониторинга окружающей среды, биосенсоры, биоматериалы, антиотражающие покрытия, фотонные кристаллы, интегральные конденсаторы и т.д.

1.2 Монокристаллический кремний

Широкое использование монокристаллов кремния в устройствах электроники стало настолько привычным, что мало кто задается вопросом, почему именно кремнию из всех полупроводников отдается предпочтение при создании электронных приборов. Ведущее положение кремния связано с широким набором положительных свойств, многих из которых нет у других полупроводниковых материалов. Кремний как химический эле...