Optical and Electrical Properties of n-type Porous Silicon Produced by Electrochemical Etching and Study the Influence of y-irradiation

Abstract

Шари пористого кремнію були отримані методом електрохімічного травлення. Нами було проведене дослідження фізичних та структурних властивостей шарів. Растрова електронна мікроскопія (РЕМ) та фрактографія були використані для дослідження впливу гамма-випромінювання на поруватість зразків в залежності від ступеня опромінення. Ріст поруватості у проекції ширини може бути пояснений збільшенням кількості дірок на поверхні шару кремнію при збільшенні дози опромінення. Фрактограми шарів вказують на ріст кристалітів перпендикулярно підкладці з орієнтацією росту <111>. Дослідження спектрів пропускання та відбивання показало, що при збільшенні дози опромінення від 0 до 100 Гр значення пропускання зразка зменшувалося, а відбивання, відповідно, збільшувало своє значення. Дослідження спектрів фотолюмінесценції шарів вказало на те, що утворення суцільних шарів кремнію призводить до зменшення інтенсивності піків фотолюмінесценції при збільшенні інтенсивності гама-випромінювання, що пов’язане зі збільшенням площі поверхні зразка та більшим значенням забороненої зони порівняно з масивним зразком. Був проведений розрахунок таких електрофізичних параметрів, як питомі опори та провідності, висота потенційного бар’єру та фактор ідеальності. Висота потенційного бар’єру у всіх випадка мала невелике значення, що пов’язано з наявністю інтерфейсу між шаром пористого кремнію та кремнієвою підкладкою, що призводить до виникнення дефектної підструктури. При збільшенні дози опромінення з 0 до 100 Гр фактор ідеальності збільшував своє значення з 1,544 до 17,563, відповідно. Спостерігалося зменшення значення питомого опору при збільшенні значення гамма-опромінення.

Porous silicon layers were prepared by electrochemical etching. We study the physical and structural properties of porous silicon. Scanning electron microscopy (SEM) and cross sectional SEM have been used to study the effect of γ-irradiation on the pore size of PSi for various irradiation doses. The growth in pore width can be attributed to an increasing holes number on the Si surface with increasing γ irradiation dose. The cross-section of the PSi layer shows micrographs of the morphology of the PSi layer perpendicular to the Si surface, with side branches in the <111> orientation. The transmittance spectra of the PSi were obtained in the range 320-1200 nm with increasing γ irradiation at 100 Gy, the transmittance of the PSi is decreased and the reflectance of PSi shows the largest reflectance with increasing irradiation. The analysis of photoluminescence spectra has been shown that the formation of fully penetrated porous silicon can lead to a decrease of the photoluminescence intensity with increasing of γ irradiation dose. It may be caused by the increase of the specific surface area and by the bigger band gap value of PSi than for bulk Si. Electrical measurements such as resistivity, conductivity, barrier height, and ideality factor were investigated. The barrier height has small value and the decrease in the barrier height is due to the interface between PSi layer and Si wafer which acts as a defect in the interface and also due to the saturation current has maximum value at 100 Gy dose. The ideality factor increased from 1.544 to 17.563 at dose 100 Gy. The resistivity of the porous silicon was 105-104 Ω.cm which decreased as the irradiation dose of γ-ray increased. The photocurrent spectrum in the range 1.25-3.00 eV shows porous silicon irradiated at dose 100 Gy which contains two peaks at 2.13 and 2.77 eV which lie in the visible region.