Вплив далекодіючої пасивації домішкових атомів поверхневими обірваними зв’язками на провідність поруватого кремнію

У вступній частині роботи проаналізовані експериментальні данні про вплив на провідність поруватого кремнію (PS) різних чинників, зокрема, структури поверхні, рівня легування, температури, електричного поля, атмосфери активних молекул. Аналіз теоретичних моделей провідності PS, які запропоновані на даний час, показує, що жодна модель не може одночасно пояснити всі експериментально встановлені закономірності поведінки провідності. Зокрема, не поясненими є розбіг значень енергії термічної активації провідності Ea, наявність двох значень Ea в різних температурних діапазонах, залежність Ea від розмірів нанокристалітів PS, механізм впливу на провідність молекул NO2.В роботі запропонована модель провідності PS, згідно з якою, основним чинником, що обумовлює низьку провідність PS, є наявність заряджених pb-центрів (атомів кремнію з обірваними зв’язками), які віддалено пасивують домішкові атоми бору або фосфору. Навколо заряджених pb-центрів виникають бар’єри для вільних носіїв, які перешкоджають їх руху через тонкі ділянки нанодротів у PS. Для перевірки цієї гіпотези було проведено 3D-моделювання проходження вільного носія через ділянку тонкого (2-5 нм) циліндричного нанодрота з поверхневим бар’єром. Для цього методом кінцевих елементів розв’язувалося одночастинкове рівняння Шредінгера з «прозорими граничними умовами» на основах циліндру. Потенціал на бар’єрі був узятий із попередніх робіт, присвячених DFT-моделюванню далекодіючої пасивації. Розраховувалася прозорість Tr такої бар’єрної структури в залежності від енергії Е вільного носія. По отриманим залежностям Tr(Е) були знайдені значення енергії Eth долання вказаних бар’єрів у нанодротах різного діаметру. Отримані значення Eth ( 0.1-1 еВ добре узгоджуються з енергіями термічної активації провідності PS. Енергія Eth зростає при зменшенні діаметрів кремнієвих нанодротів, що також відповідає експериментальним результатам. Наявність двох значень енергії активації провідності можна пояснити домінуванням процесів депасивації домішки при низьких температурах та термічного долання бар’єрів поблизу рb-центрів при високих температурах.