Long-range Passivation of Phosphorus Impurity Atoms by Pb-centers and the Emergence of Barriers for Electrons in n-type Porous Silicon

В роботі на основі квантовохімічних розрахунків показано, що пасивація домішкових атомів фосфору в поруватому кремнії n-типу (n-PS) поверхневими атомами кремнію з обірваними зв’язками (pb-центрами) може відбуватися на великих відстанях – до 25 Å, тобто через десятки атомних шарів. Негативний заряд pb-центрів, що виникає при цьому, спричинює виникнення областей зниженого потенціалу і кулонівських бар’єрів для вільних електронів у n-PS. Це дозволяє пояснити низьку концентрацію вільних носіїв заряду та низьку провідність n-PS у порівнянні з вихідною кремнієвою підкладкою.DFT calculations showed that the passivation of phosphorus impurity atoms in n-type porous silicon (n-PS) by surface silicon atoms with dangling bonds (pb-centers) can occur at large distances – up to 25 Å, that is, through dozens of atomic layers. The negative charge of the pb-centers, arising in this case, causes the appearance of regions of reduced potential and Coulomb barriers for free electrons in n-PS. This allows one to explain the low concentration of free charge carriers and the low conductivity of n-PS as compared to the original silicon substrate