WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

уже было отмечено во введении, природа этих полос При этих же температурах наиболее эффективным долостается невыясненной. В наших экспериментах ионная жен быть процесс образования связей Si-Si [16] бомбардировка как ионами Ar+, так и ионами Ge+ и соответствующее увеличение интенсивности зеленой гасила эти полосы ФЛ, а последующий отжиг приводил и фиолетовой ФЛ. Однако в наших экспериментах к восстановлению или даже усилению их интенсивности. после имплантации ионов Ar+, когда в матрице нитрида Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Фотолюминесценция пленок Si3N4, имплантированных ионами Ge+ и Ar+ Рис. 4. Спектры возбуждения фиолетового (1, 2) и зеленого (3, 4) пиков ФЛ пленок Si3N4 до (1, 3) и после (2, 4) имплантации ионов Ge+, 150 кэВ, дозой 0.5·1016 см-2 (LD) и отжига при Ta = 1000C в течение 30 мин в атмосфере N2. Длина волны ФЛ, нм:

1 — 380, 2 — 368, 3 — 520, 4 — 510.

кремния отсутствуют избыточные связеобразующие ато- формированию в большей степени излучательных ремы, мы наблюдали восстановление лишь зеленой ФЛ в комбинационных центров. Интересно отметить, что в процессе отжига дефектов, фиолетовая ФЛ при этом не неимплантированных пленках нитрида кремния отжиг уже при Ta = 900C в течение 30 мин приводил к уменьвосстанавливалась. Этот факт можно было бы трактовать шению интенсивности зеленого пика ФЛ ( 520 нм) в пользу различной природы зеленой и фиолетовой ФЛ, в 2 раза [17]. Процесс образования светоизлучающих однако возможно и другое объяснение наблюдаемого центров с участием избыточных атомов Ge оказывается эффекта. Присутствующие в нитриде кремния атомы или сдвинутым в сторону более высоких температур отжига комплексы атомов, не связанные с атомами матрицы, и может идти по схеме такие как атомы и пузырьки Ar, могут вносить дополнительные уровни безызлучательной рекомбинации, что Si-N = Si • + • N =, (1) снижает в первую очередь вероятность излучательных Si • + • Ge Si-Ge. (2) переходов, приводящих к ФЛ в фиолетовой области спектра. Вместе с тем присутствие связеобразующих Аналогичным образом может происходить и формироваатомов Ge в матрице Si3N4 способствует при отжиге ние центров Ge-Ge. Однако удивительным остает4 Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 564 И.Е. Тысченко, В.А. Володин, Л. Реболе, М. Фельсков, В. Скорупа Рис. 5. Профили распределения германия в пленках Si3N4, имплантированных ионами Ge+, 150 кэВ, дозой 4.2 · 1016 см-2 (HD) до (1) и после отжигов при Ta = 600 (2), 800 (3), 1000 (4), 1200 (5) и 1300C (6) в течение 30 мин в атмосфере N2, полученные методом резерфордовского обратного рассеяния ионов He+ с энергией 1.7 МэВ.

ся тот факт, что максимум зеленой ФЛ при внедрении Ta = 1000C. Наиболее вероятное объяснение постоянатомов Ge в сетку нитрида кремния не сдвигается по ства энергетического положения пика зеленой ФЛ при шкале энергий по сравнению с пиком ФЛ от неим- введении в матрицу Si3N4 связеобразующих атомов Ge плантированного нитрида кремния, а также импланти- может состоять в том, что атомы германия, замещая рованного ионами аргона. Это наталкивает на мысль о при отжиге атомы кремния в сетке нитрида кремния возможной связи между локализованными состояниями по схеме (1) и (2), способствуют увеличению числа центров Si-Si, Si-Ge и Ge-Ge с уровня- несвязанных атомов кремния, образующих затем связи ми, обусловленными, например, азотными комплексами. Si-Si, ответственные за наблюдаемые нами полосы Это предположение ранее высказывалось авторами рабо- ФЛ. Однако это предположение требует дополнительных ты [7]. В нашем случае это также могло бы объяснить экспериментальных подтверждений.

не только постоянство энергии зеленого пика ФЛ, но и рост интенсивности этого пика при наличии избыточной Заключение концентрации атомов Ge в сетке Si3N4, которое в процессе образования центров Si-Ge и Ge-Ge ведет Исследованы спектры ФЛ и возбуждения ФЛ при коми к увеличению чисто азотных комплексов. На основе натной температуре пленок Si3N4, имплантированных данных электронного парамагнитного резонанса, свиионами Ge+ и Ar+, в зависимости от дозы ионов и темдетельствующих об отсутствии парамагнитных центров пературы последующего отжига. Наряду с оптическими при отжиге облученного аморфного нитрида кремния, в свойствами, методами RBS и комбинационного рассеяработе [15] высказано предположение о том, что дефекты ния изучены процессы перераспределения внедренных = N• также спариваются друг с другом по реакции атомов и связанные с ними структурные изменения в имплантированных пленках нитрида кремния. Установлено, = N • + • N == N-N =. (3) что ионная имплантация в сочетании с последующим Однако связь N–N в нитриде кремния нестабильна уже отжигом приводит к формированию как излучательных, при температурах 700800C [10], в то время как в так и безызлучательных центров рекомбинации. Имнаших экспериментах максимум ФЛ наблюдался после плантация ионов Ar+ формирует лишь безызлучательФизика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Фотолюминесценция пленок Si3N4, имплантированных ионами Ge+ и Ar+ Рис. 6. Спектры комбинационного рассеяния пленок Si3N4, имплантированных ионами Ge+, 150 кэВ, дозой 4.2 · 1016 см-2 (HD) после отжигов при Ta = 600 (1), 1000 (2) и 1300C (3) в течение 30 мин в атмосфере N2.

ные дефектные центры, отжиг которых происходит при Авторы выражают благодарность В.А. Гриценко за Ta 600C. Формирование центров, излучающих в полезное обсуждение работы, а также Х. Фрёбу за зеленой ( 520 нм) и фиолетовой ( 380 нм) обла- помощь при проведении измерений спектров фотолюстях спектра, стимулируется присутствием в матрице минесценции. И.Е. Тысченко благодарит Министерство Si3N4 связеобразующих атомов Ge. Интенсивность ФЛ науки и искусств Земли Саксония (ФРГ) за финансовую при этом убывает с увеличением дозы Ge+ и растет с поддержку при проведении данных исследований.

температурой отжига вплоть до 1000C. Характер дозовой зависимости, а также отсутствие перераспределения Список литературы атомов Ge и изменений в спектрах комбинационного рассеяния при Ta 1000C указывает на то, что центры [1] T. Shimizu-Iwayama, K. Fujita, S. Nakao, K. Saitoh, T. Fujita, зеленой и фиолетовой ФЛ не связаны с нанокристалN. Itoh. J. Appl. Phys., 75, 7779 (1994).

лами Ge и формируются благодаря перестройке связей [2] H.A. Atwater, K.V. Shcheglow, S.S. Wong, K.J. Vahala, между ближайшими атомами. Наиболее вероятным их R.C. Flagan, M.L. Brongersma, A. Polman. Mater. Res. Soc.

источником являются центры Si-Si, Si-Ge Proc., 321, 363 (1994).

и Ge-Ge. Обсуждаются возможные механизмы [3] W. Skorupa, R.A. Yankov, I.E. Tyschenko, H. Frb, T. Bhme, рекомбинации, благодаря которым происходит наблюK. Leo. Appl. Phys. Lett., 68, 2410 (1996).

даемый рост интенсивности зеленой полосы ФЛ при [4] L.-S. Liao, X.-M. Bao, N.-Sh. Li, X.-Q. Zheng, N.-B. Min. J.

неизменном положении энергетического положения ее Luminecs., 68, 199 (1996).

максимума по сравнению с неимплантированными Ge+ [5] Нитрид кремния в электронике, под ред. А.В. Ржанова пленками Si3N4. (Новосибирск, Наука, 1982) с. 198.

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 566 И.Е. Тысченко, В.А. Володин, Л. Реболе, М. Фельсков, В. Скорупа [6] В.В. Васильев, Д.Г. Есаев, С.П. Синица. ЖТФ, 52, (1982).

[7] П.А. Пундур, Ю.Г. Шевалгин. Изв. АН ЛатвССР, 5, (1985).

[8] V.G. Baru, S. Bayliss, A.P. Chernushich, M.I. Elinson, P. Harris, V.A. Jitov, V.I. Pokalyakin, G.V. Stepanov, L.Yu. Zaharov.

Microelectron. Eng., 36, 111 (1997).

[9] V.V. Vasilev, I.P. Mikhailovskii, K.K. Svitashev. Phys. St. Sol.

(a), 95, K37 (1986).

[10] В.А. Гриценко. Строение и электронная структура аморфных диэлектриков в кремниевых МДП структурах (Новосибирск, Наука, 1993) с. 280.

[11] V.A. Volodin, M.D. Efremov, V.A. Gritsenko. Sol. St.

Phenomena, 57-58, 501 (1997).

[12] L. Rebohle, J. von Borany, R. Grotzschel, A. Markwitz, B. Schmidt, I.E. Tyschenko, W. Skorupa, H. Frb, K. Leo.

Appl. Phys. Lett., 71, 19 (1997).

[13] П.А. Пундур, Ю.Г. Шевалгин. Журн. прикл. спектроскопии, 5, 843 (1986).

[14] H.J. Stein. J. Appl. Phys., 47, 3421 (1976).

[15] В.А. Гриценко, А.В. Ржанов, С.П. Синица, В.И. Федченко, Г.Н. Феофанов. ДАН СССР, 287, 1381 (1986).

[16] В.А. Гриценко, П.А. Пундур. ФТТ, 28, 3239 (1986).

[17] V.V. Vasilev, I.P. Mikhailovskii. Phys. St. Sol. (a), 90, (1985).

Редактор Л.В. Шаронова Photoluminescence from Si3N4 films implanted with Ge+ and Ar+ ions I.E. Tyschenko, V.A. Volodin, L. Rebohle, M. Voelskov, W. Skorupa Institute of Semiconductor Physics, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, 630090 Novosibirsk, Russia Institute of Ion Beam Physics and Materials Research, Research Centre Rossendorf, Inc. POB 510119, D-013014 Dresden, Germany

Abstract

Room temperature emission and excitation photoluminescence spectra from Si3N4 films implanted with Ge+ and Ar+ ions were investigated as a function of the ion dose and annealing temperature. Implantation of Ge+ ions and subsequent annealing up to Ta = 1000C stimulated the formation of green- and violet-light-emitting centres, while Ar+ ion bombardment created the non-radiative defect centres. Comparative analysis of results obtained with photoluminescence measurements, Rutherford backscattering, and Raman spectroscopy shows that the sources of green and violet photoluminescence are associated with Si–Si, Si–Ge and Ge–Ge centers rather than with a quantumconfinement effect in Ge nanocrystals.

Fax: (382-2)332771(Tyschenko) E-mail: tys@isp.nsc.ru(Tyschenko) Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, 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.