6. Різні структурні форми нанокремнію. Перспективні напрямки використання нанокремнію в приладах різного призначення.

Нанокристалічний кремній являє собою аморфну плівку, в яку впроваджено нанокристаліти, розміром 1-100 нм. Наявність цих нанозерен підвищує величину забороненої зони матеріалу, а також покращує його електричні і оптичні характеристики. Розрізняють два типи нанокремнію: високоомний (nc-SiOx) та низькоомний (nc-Si). Однією з переваг нанокремнію є його стабільність до дії інтенсивної засвітки, тобто усувається один з найважливіших недоліків аморфного кремнію – ефект Стеблера-Вронського. Тому, на сьогоднішній день нанокремній використовується для синтезу різних напівпровідникових плівкових структур (фотоприймачів, сонячних елементів – низькоомний, фотоварікапів – високоомний) замість аморфного

нанокремній, що володіє наступними перевагами: висока поширеність у природі, відносно низька вартість виготовлення, відсутність радіоактивних і токсичних елементів у технологічному процесі а також сумісність з інтегральною технологією виготовлення мікросхем.

-----------------------------------------------

Структура кристаллического кремния обусловлена sp3-гибридизацией внешней электронной оболочки при образовании связи (Si−Si) 2). В результате в кристаллическом состоянии вокруг каждого атома кремния образуется тетраэдр из четырех соседних атомов с углом между связями центрального атома 109,47◦. Атомную структуру кристалла кремния (c-Si) можно изобразить элементарной ячейкой в виде куба, заполненного связанными между собой четырьмя центрированными тетраэдрами, как показано на рис. 2.1 а, б (цветная вклейка). Эта схема хорошо отражает координационное окружение и химические связи в кристалле, но не делает очевидной отнесение данной структуры к гранецентрированной ячейке Бравэ. На самом деле такая структура, называемая структурой алмаза, действительно является гранецентрированной кубической (ГЦК) и в международных кристаллографических обозначениях относится к пространственной группе F d3m (№ 227) — см. Int. Tables for Crystallography. 2006. V. A1. Примитивный базис элементарной ГЦК ячейки кремния состоит из двух идентичных атомов, занимающих позиции (0, 0, 0) и (1/4, 1/4, 1/4)a, где a — период элементарной ячейки 3). Это означает, что каждому узлу кристаллической решетки в элементарной ячейке F соответствуют два атома Si с таким расположением относительно друг друга. То есть, структуру элементарной ячейки кремния можно получить, поместив указанный выше примитивный двухатомный базис в каждый узел ГЦК ячейки, совмещая при этом начальный (0,0,0) атом базиса с узлом, что подтверждает справедливость отнесения структуры кремния к ГЦК ячейке Бравэ. Структуру кремния можно описать и другими словами, как ГЦК ячейку, в которой из восьми имеющихся тетраэдрических пустот, центры которых расположены на расстоянии 1/4 длины диагонали куба от вершинных атомов, четыре заняты внедренными атомами самого Si, а остальные 4 незаняты. На рис. 2.1 в эти «внедренные» атомы изображены зелеными шарами, а синими шарами изображены атомы Si, образующие классическую ячейку ГЦК. Из-за «внедрения» в пустоты ГЦК ячейки четырех дополнительных атомов, алмазоподобная элементарная ячейка кремния имеет 8 атомов Si, в отличие от классической ГЦК ячейки с одноатомным базисом, на которую приходится лишь 4 атома.