WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

На рис. 5 представлены спектры ФЛ образцов, содержащих 0.67 и 3 ат % Ge и отожженных при Ta = Рис. 5. Спектры фотолюминесценции пленок SiO2, содержаи 1130C под давлениями 1 бар и 12 кбар. В случае щих 0.67 ат % (3) и 3 ат % (1, 2, 4) германия и отожженных обычного отжига в спектре ФЛ доминирует пик с максипри Ta = 600 (1) и 1130C (2, 3, 4) под давлениями 1 бар (2) мумом 396 нм. Второй, менее интенсивный пик, имеет и 12 кбар (1, 3, 4). Длина волны возбуждающего излучемаксимум вблизи 460 нм. В литературе [18] природа ния 337 нм.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Свойства нанокристаллов Ge, сформированных имплантацией ионов Ge+ в пленки SiO2... при обычном отжиге аморфная компонента Ge в спект- Введении, происхождение этой полосы ФЛ до сих пор ре КРС практически отсутствует, а наблюдается лишь вызывает противоположные мнения исследователей. Ее интенсивный пик, соответствующий кристаллическому происхождение часто связывают с излучательной ресостоянию Ge. Это говорит о том, что в данном случае комбинацией электронов и дырок в квантово-размерном формирование nc-Ge происходит за счет стягивания nc-Ge [2,5,6]. Однако четкой корреляции между разатомов германия в нанокластеры и последующего их мерами нанокристаллов и положением максимума ФЛ перехода в кристаллическое состояние. При высокотем- в имеющихся данных не наблюдается. Это явилось пературном отжиге под давлением наряду со спектром основной причиной для поиска альтернативных источнапряженной кристаллической фазы Ge сохраняется ников зеленой полосы ФЛ. Например, рекомбинация также и спектр аморфной компоненты германия. Это электронов и дырок в квантово-размерных нанокластеможет быть связано, во-первых, с переходной областью рах Ge с размерами менее или порядка 2 нм, не имемежду nc-Ge и окружающей матрицей диоксида кремния.

ющих кристаллической структуры [7]. Граница раздела Однако уменьшение интенсивности пика 300 см-1 с уве- „nc-Ge-матрица SiO2“ также указывается в качестве личением концентрации нанокристаллов противоречит источника полосы ФЛ при 520 нм [8]. Хотя другая этому предположению. Вторая причина может быть свя- группа авторов [2,9] рассматривает границу раздела как зана с наличием некристаллических кластеров Ge. Это канал безызлучательной рекомбинации электронов и означает, что под давлением переход Ge из аморфной дырок, генерируемых в nc-Ge. В наших экспериментах фазы в кристаллическую замедлен. Сравнение данных никакой ФЛ не наблюдалось от пленок SiO2, содержаHRTEM, RBS и КРС может свидетельствовать о замедщих нанокластеры с размерами 2 нм, не имеющие лении процесса зародышеобразования кристаллической кристаллической структуры. Появление этой полосы фазы Ge в условиях отжига под давлением. Это прикоррелировало с формированием напряженных nc-Ge.

водит к широкому распределению nc-Ge по размерам.

Поэтому правомерно предположить, что напряженные Кроме того, разница модулей упругости Ge и SiO2 nc-Ge являются наиболее вероятным источником наспособствует быстрому восстановлению (с меньшими блюдаемой ФЛ. Однако в наших экспериментах также энергиями активации) матрицы диоксида кремния в отсутствует корреляция между размерами nc-Ge и полоусловиях сжатия. Избыточные атомы германия при этом жением максимума ФЛ, ожидаемая при увеличении совыталкиваются из матрицы и могут ускоренно сегрегидержания Ge от 0.67 до 3 ат %. Это может быть вызвано ровать на зародышах фазы кристаллического Ge. Таким двумя причинами. Во-первых, с рекомбинацией генериобразом, процесс роста nc-Ge под давлением может руемых в квантово-размерном nc-Ge электронов и дырок быть ускоренным по сравнению с обычным отжигом.

не в объеме нанокристалла, а в переходной области Интересно, что свойства сформированных нами наномежду nc-Ge и матрицей SiO2, как это было предлокристаллов Ge с напряженными связями Ge-Ge досжено авторами работ [8]. Во-вторых, нельзя полностью таточно удовлетворительно описываются с использоваисключать рекомбинацию электронов и дырок в объеме нием параметров объемного Ge: постоянной Грюнайзена квантово-размерного нанокристалла лишь на основании и объемного модуля упругости. Ранее было найдено, что отсутствия сдвига максимума ФЛ с увеличением разквантовые точки Ge, сформированные методом молекумеров nc-Ge. Надо иметь в виду, что эффективность лярно-лучевой эпитаксии в кремнии, описываются меньизлучательной рекомбинации пропорциональна обратшими значениями указанных параметров по сравнению ной степенной функции размера нанокристалла [19].

с объемным германием [13]. Различия величин и B, Это означает, что основной вклад в интенсивность ФЛ полученных в наших экспериментах и в работе [13], дают нанокристаллы с малыми радиусами. Механизм связаны скорее всего с различием упругих свойств матнаблюдаемой нами зеленой ФЛ требует более детальных риц, окружающих nc-Ge. Так, Si имеет большие значения исследований.

объемного модуля (970 кбар), чем Ge (750 кбар). Это означает, что значения и B, полученные авторами работы [13], являются характеристикой не nc-Ge, а лишь 4. Заключение эффективными значениями, характеризующими систему Изучено влияние гидростатического сжатия на „nc-Ge-кремний“. В наших экспериментах окружающая процессы ионного синтеза нанокристаллов германия nc-Ge матрица SiO2 имеет объемный модуль, более (nc-Ge) в SiO2. Обнаружено замедление диффузии аточем в 2 раза меньший (370 кбар), чем Ge. Таким образом, матрица не оказывает сжимающего влияния на мов Ge в SiO2 при высокотемпературном отжиге под формирующиеся под давлением nc-Ge. Следовательно, давлением. Показано, что при обычном отжиге форполученные в наших экспериментах константы и B яв- мируются ненапряженные nc-Ge. Отжиг под давлением ляются именно характеристикой nc-Ge и не отличаются сопровождается формированием гидростатически напряот параметров объемного материала. женных nc-Ge. По сдвигу частоты оптических фононов в Наблюдаемая нами ФЛ вблизи 520 нм регистрирова- спектрах комбинационного рассеяния света определена лась и ранее в пленках SiO2 с большим содержанием Ge величина деформации нанокристаллов Ge. Наблюдае(от 5 [8] до 46 ат % [2]). Как уже было сказано во мый в nc-Ge сдвиг энергии резонанса комбинационного 7 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 484 И.Е. Тысченко, А.Б. Талочкин, А.Г. Черков, К.С. Журавлев, А. Мисюк, М. Фельсков...

рассеяния света E1, E1 + соответствует квантованию The properties of Ge nanocrystals formed энергии основного состояния двумерного экситона криby ion implantation of Ge+ ions into SiOтической точки M1 германия. Установлено, что полоса films and subsequent annealing under фотолюминесценции 520 нм формируется лишь в спектhydrostatic pressure рах пленок, содержащих напряженные nc-Ge.

I.E. Tyschenko, A.B. Talochkin, A.G. Cherkov, Авторы благодарны L. Rebohle за помощь при провеK.S. Zhuravlev, A. Misiuk, M. Voelskow+, W. Skorupa+ дении имплантации ионов Ge, Б.А. Колесову за помощь Institute of Semiconductor Physics, при исследовании резонансных спектров КРС, А.К. ГутаSiberian Branch of RAS, ковскому за полезные обсуждения результатов HRTEM.

630090 Novosibirsk, Russia Institute of Electron Technology, 02-668 Warsaw, Poland Список литературы + Institute of Ion Beam Physics and Materials Research, [1] T. Takagahara, K. Takeda. Phys. Rev. B, 46, 15 578 (1992).

Research Center Rossendorf, [2] Y. Maeda. Phys. Rev. B, 51, 1658 (1995).

[3] Y-W. Mo, D.E. Savage, B.S. Swartzentruber, M.G. Lagally. D-01314 Dresden, Germany Phys. Rev. Lett., 65, 1020 (1990).

[4] M. Grundman, O. Stier, D. Bimberg. Phys. Rev. B, 52, 11

Abstract

The influence of hydrostatic pressure on ion synthesis (1995).

of Ge nanocrystals in SiO2 matrix was studied. A retardation [5] L. Yue, Y. He. J. Appl. Phys., 81, 2910 (1997).

of Ge atom diffusion under conditions of high-pressure annealing [6] H.A. Atwater, K.V. Shcheglov, S.S. Wong, K.J. Vahala, was observed. It has been shown, that annealing at atmospheric R.C. Flagan, M.L. Brongersma, A. Polman. Mater. Res. Soc.

pressure produces the unstressed Ge nanocrystals. In the case of Symp. Proc., 321, 363 (1994).

high-pressure annealing, the hydrostatically stressed Ge nanocrys[7] S. Hayashi, J. Kanazawa, M. Takaoka, T. Nagareda, K. Yamatals have been formed. From the shift of the optical phonon moto. Z. Phys. D, 26, 144 (1993).

[8] S.Y. Ma, Z.C. Ma, W.H. Zong, H.X. Han, Z.P. Wang, G.H. Li, frequency in Raman spectra the deformation of Ge nanocrystals is G. Qin, G.G. Qin. J. Appl. Phys., 84, 559 (1998).

obtained. The E1, E1 + Raman resonance shift observed from [9] Г.А. Качурин, Л. Ребол, И.Е. Тысченко, В.А. Володин, the nanocrystals corresponds to the basic state quantization energy М. Фельсков, В. Скорупа, Х. Фроб. ФТП, 34, 30 (2000);

of two-dimension exciton in M1 critical point of Ge band. It is G.A. Kachurin, L. Rebohle, I.E. Tyschenko, V.A. Volodin, shown that photoluminescence band of 520 nm was excited from M. Voelskow, W. Skorupa, H. Frb. Semiconductors, 34, the films containing the stressed Ge nanocrystals only.

(2000).

[10] I.V. Antonova, A. Misiuk, V.P. Popov, L.I. Fedina, S.S. Shaimeev. Physica B, 255, 251 (1996).

[11] I.E. Tyschenko, L. Rebohle, R.A. Yankov, W. Skorupa, A. Misiuk. Appl. Phys. Lett., 73, 1418 (1998).

[12] I.E. Tyschenko, K.S. Zhuravlev, E.N. Vandyshev, A. Misiuk, L. Rebohle, W. Skorupa, R.A. Yankov, V.P. Popov. Optical Materials, 17, 99 (2001).

[13] L. Quin, K.L. Teo, Z.X. Shen, C.S. Peng, J.M. Zhou. Phys.

Rev. B, 64, 075312-1 (2001).

[14] F. Cerdeira, C.J. Buchenauer, F.H. Pollak, M. Cardona. Phys.

Rev. B, 5, 580 (1972).

[15] M.A. Renucci, J.B. Renucci, R. Zeyher, M. Cardona. Phys.

Rev. B, 10, 4309 (1974).

[16] K.L. Teo, S.N. Kwok, P.Y. Yu, S. Guha. Phys. Rev. B, 62, (2000).

[17] R. Zallen, W. Paul. Phys. Rev., 155, 703 (1967).

[18] L. Rebohle. J. von Borany, R.A. Yankov, W. Skorupa, I.E. Tyschenko, H. Frb, K. Leo. Appl. Phys. Lett., 71, 2809 (1997).

[19] G.C. John, V.A. Singh. Phys. Rev. B, 50, 5329 (1994).

Редактор Т.А. Полянская Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.