ИСТИНА

Основная цель диссертационной работы – изучение фотоэлектронных процессов в наноструктурированном кремнии со спиновыми центрами, и исследование возможности управления его электронными свойствами путем адсорбции различных молекул на его поверхности. В качестве объекта исследования был выбран пористый кремний, формируемый электрохимическим способом, позволяющим варьировать структурные параметры входящих в его состав наноструктур. Методы исследования: комбинационное рассеяние света (КРС), оптическое пропускание в видимой и инфракрасной (ИК) области, электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), фотолюминесценция (ФЛ), импульсное фотонапряжение и контактная разность потенциалов. Аппаратура: спектрометры Jobin Yvon HR800, длина волны излучения l=632.8 нм (КРС); FTIR PERKIN ELMER RX I, диапазон измерений 6000¸400 см-1 (ИК); BRUKER ELEXSYS 580, n= 9.5 ГГц и n= 35 ГГц, импульсная приставка (ЭПР); установка СДЛ-2 (ФЛ); цифровые вольтметры Щ300, Tektronix RTD 710A; селективный усилитель UNIPAN 232; генераторы ГЗ-34, Г5-54; ФЭУ-62 и 136; InGaAs фотодиод; стробоскопический осциллограф С7-12; лазеры: азотный (l=337 нм, =10 нс), на парах меди (l=511 нм, =20 нс), аргоновый (l=488 нм); He-Ne (l=632.8 нм и 3.39 мкм); ртутная лампа BRUKER ELEXSYS ER 202 UV; персональные компьютеры. Научная новизна работы заключается в получении фундаментальной информации о роли спиновых центров в фотоэлектронных процессах в наноструктурированном кремнии и в разработке физических моделей для описания его фотоэлектронных свойств и закономерностей их адсорбционно-индуцированной модификации. Показано, что основным типом спиновых центров в наноструктурированном кремнии являются оборванные связи кремния на границе раздела Si/SiO2 (Pb- центры), концентрация которых зависит от условий формирования и хранения пористого кремния, и составляет порядка 1017 см-3 для свежеприготовленных образцов, увеличиваясь до 51018 см-3 для естественно окисленного в течение месяца пористого кремния. Предложена и экспериментально подтверждена модель рекомбинации и пространственного разделения фотовозбужденных носителей заряда в ансамбле нанокристаллов кремния. Развита модель, описывающая взаимодействие акцепторных молекул с кремниевыми нанокристаллами, в основе которой лежит представление о формировании донорно-акцепторных состояний типа (оборванная связь кремния)+–(адсорбат)–, в результате чего в объем нанокристаллов инжектируются свободные носители заряда (дырки). Показано, что взаимодействие донорных молекул с кремниевыми наноструктурами приводит к формированию положительно заряженных поверхностных центров, вследствие чего концентрация свободных дырок в объеме наноструктур уменьшается. Реализован новый метод ЭПР-диагностики генерации синглетного кислорода, применяемого при фотодинамической терапии онкологических заболеваний, и определения его концентрации при фотовозбуждении кремниевых нанокристаллов слоях пористого кремния. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы для разработки новых устройств на основе пористого кремния и развития новых методов управления концентрацией равновесных свободных носителей заряда в наноструктурах кремния, а также свидетельствуют о перспективности кремниевых нанокристаллов как фотосенсибилизаторов синглетного кислорода для биомедицинских применений.