WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

и температур в следующих случаях: в свежеприготовТам же показаны значения интенсивности максимума ленных образцах ИК-полоса доминирует при всех Eexc, в ИК-полосы для диапазона времен старения, где ИК-полото время как после старения — только при низкоэнерса наблюдается отдельно (рис. 3, кривая 4). Как видно гетическом возбуждении. Действительно, температурное из рисунка, эти зависимости подобны и показывают, что смещение максимума ФЛ в последнем случае подобно интенсивность ИК-полосы сначала уменьшается, затем смещению максимума в свежеприготовленном образце.

значительно возрастает.

Кроме того, ИК-полоса доминирует при низких темпераКак отмечалось, К-полоса доминирует в спектрах ФЛ турах и разных Eexc в образцах, состаренных в течение после длительного старения образцов в диапазоне темне более 2 недель. В случаях, когда К- и ИК-полосы ператур 77–250 K при коротковолновом возбуждении.

сильно перекрываются, характеристики последней могут В отличие от ИК-полосы, положение ее максимума не быть приблизительно оценены на основании анализа зависит от времени старения. Учитывая последнее, для характеристик суммарной полосы.

получения зависимости ее интенсивности от времени Зависимости положения максимума ИК-полосы от старения можно воспользоваться измерениями интенвремени старения при 77 K и двух энергиях возбуждения сивности на коротковолновом крыле суммарной полосы Eexc = 3.68 и 2.48 эВ приведены на рис. 3 (кривые 1, 2).

без введения дополнительной коррекции.

Отметим, что в первом случае для образца после Зависимость интенсивности К-полосы от времени ста3 месяцев старения мы воспользовались значением рения, измеренная при 77 K, энергии детектирования энергии максимума суммарной полосы, учитывая, что 1.8 эВ и Eexc = 3.68 эВ, приведена на рис. 3 (кривая 5).

при повышении температуры он смещается в высокоКак видно, интенсивность К-полосы резко возрастает энергетическую сторону. Это означает, что в спектре с ростом времени старения, так что при длительном ФЛ при 77 K доминирует ИК-компонента. Энергия старении она превышает интенсивность ИК-полосы.

максимума ИК-полосы при времени старения 1 год 4.2. Распределение центров свечения по глубине слоя Анализ спектров ФЛ, измеренных при возбуждении светом с разными Eexc, позволяет получить информацию о распределении центров свечения, обусловливающих К-полосу. Как отмечалось выше, при низкоэнергетическом возбуждении в спектре ФЛ всегда доминирует ИК-полоса. Вклад К-полосы хорошо регистрируется только при высокоэнергетическом возбуждении, что соответствует поверхностно поглощаемому свету. Это позволяет сделать следующие выводы: К-полоса присутствует главным образом в приповерхностной области пористого слоя, и толщина этой области существенно Рис. 3. Зависимости положения максимума ИК-полосы меньше глубины поглощения излучения с Eexc = 2.48 эВ, ФЛ (1, 2), интенсивности ИК-крыла суммарной полосы (3) поскольку при таком возбуждении вклад К-полосы не и интенсивности ИК-полосы (4) от времени старения при заметен. В то же время ИК-полоса присутствует во энергиях возбуждения Eexc = 3.68 (1, 3, 4) и 2.48 эВ (2).

5 — зависимость интенсивности К-полосы от времени старе- всем пористом слое. Однако, как отмечалось выше, ее ния при Eexc = 3.68 эВ. Температура измерений 77 K. параметры на поверхности и в глубине различаются.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 618 Б.М. Булах, Н.Е. Корсунская, Л.Ю. Хоменкова, Т.Р. Старая, М.К. Шейнкман 4.3. Природа полос и модель излучательных Исследование зависимости положения максимума ИКпереходов полосы от энергии возбуждающего излучения и времени старения позволяет получить информацию о пространИК-полоса. Ее характерными особенностями являютственном распределении размеров кристаллитов (или ся высокоэнергетическое смещение максимума и увеливариации диаметра кремниевых столбиков) по глубине чение ширины на полувысоте с ростом времени стареслоя и его изменении при старении. Зависимости макния, а также низкоэнергетическое смещение максимума симума ИК-полосы, измеренные в большем диапазоне с ростом температуры, близкое к изменению ширины времен старения при возбуждении поверхностно- и запрещенной зоны объемного кремния.

объемно-поглощаемым светом, представлены на рис. Высокоэнергетическое смещение в результате старе(кривые 1, 2) и отражают скорость окисления кристалния является типичным признаком полосы, обусловленлитов вблизи поверхности и в глубине слоя.

ной рекомбинацией экситонов в кремниевых кристаллиОценка размеров кристаллитов в исследованных обтах, и объясняется увеличением ширины запрещенной разцах была проведена нами в [27] методом рамазоны при уменьшении их размеров в результате окисновского рассеяния. Оказалось, что полученные нами ления. Как было показано нами ранее [26], старение значения энергии излучательных переходов в кристалисследованных образцов в течение уже 3 дней прилитах значительно меньше, чем приведенные, например, водит к значительному увеличению интенсивности лив [7,8]. Можно думать, что это связано с наложением ний инфракрасного поглощения, обусловленных связями в случае [7,8] коротковолновых полос другой природы.

Si-O, и низкочастотному смещению линии рамановОтметим также, что полученные нами энергии излучаского рассеяния, соответствующей кристаллитам [27].

тельных переходов хорошо согласуются с данными [5,6], Это свидетельствует об уменьшении их размеров, а полученными для квантовых точек.

также подтверждает высокую скорость их окисления.

К-полоса. Что касается К-полосы, то она обладает Уменьшением размеров кристаллитов объясняется и следующими характерными особенностями. Она отсутувеличение ширины полосы. Последнее обусловлено ствует в свежеприготовленных образцах и появляется в тем, что дисперсия кристаллитов по энергиям возраспроцессе их старения. С ростом времени старения ее тает с уменьшением их среднего размера. Приведенные интенсивность возрастает сильнее, чем интенсивность факты позволяют приписать ИК-полосу рекомбинации ИК-полосы, а энергия ее максимума не зависит от экситонов в кремниевых кристаллитах. С этим соглатемпературы и размеров кристаллитов. Кроме того, суется и величина смещения ее максимума с ростом обусловливающие ее центры свечения локализованы температуры. Подобное смещение наблюдалось также в преимущественно в тонкой приповерхностной области системах Si/SiO2, полученных ионной имплантацией Si в пористого слоя.

SiO2 [28], и свидетельствует о том, что температурные Приведенные данные позволяют связать появление зависимости интенсивности свечения нанокристаллитов К-полосы с окислением кристаллитов. При этом локалиразличных размеров, дающих вклад в полосу ФЛ, одиназацию соответствующих центров естественно объяснить ковы.

тем, что при старении преимущественно окисляется Типичной для пористого кремния является и немоноповерхность слоя из-за более затрудненного доступа тонная зависимость интенсивности полосы, обусловленкислорода в глубину. О последнем свидетельствует и ной кристаллитами, от времени старения [29–32]. Это более слабое изменение размеров кристаллитов при связано с протеканием нескольких процессов. Начальное старении в глубине слоя.

уменьшение интенсивности объясняют обычно десорбКак отмечалось выше, с окислением может быть цией водорода или комплексов SiHx [30,31] и образосвязано появление дополнительных каналов рекомбиванием оборванных связей кремния, являющихся ценнации, в частности каналов, связанных с рекомбинатрами безызлучательной рекомбинации. Последующий цией экситонов, локализованных на связях Si=O или рост интенсивности объясняется пассивацией кислоров потенциальной яме на границе Si/SiO2, а также с дом оборванных связей кремния, образовавшихся при рекомбинацией носителей через центры в окисле.

десорбции водорода [32,33]. Однако, как видно из рис. В модели экситонов, локализованных на связях Si=O, (кривая 3), при длительном старении интенсивность предполагается существование в пористом кремнии двух ИК-полосы превышает ее исходное значение. Таким каналов рекомбинации: экситонов в кремниевых криобразом, пассивация оборванных связей, очевидно, не сталлитах и экситонов, локализованных на связях Si=O.

является единственной причиной роста интенсивности ФЛ. Другими причинами могут быть увеличение веро- При этом в случае, если ширина запрещенной зоны ятности оптических переходов при уменьшении разме- кристаллитов меньше энергии локализованного экситона, доминирует рекомбинация внутри кристаллитов, ров кристаллитов [1,2,4], а также увеличение высоты и наоборот. Таким образом, при старении интенсивповерхностного потенциального барьера в результате их окисления [34]. С последним согласуется смещение при ность полосы, обусловленной рекомбинацией экситонов старении начала температурного гашения ИК-полосы в в кремниевых кристаллитах, должна уменьшаться, а инобласть более высоких температур, а также рост его тенсивность полосы, возникающей при окислении, возэнергии активации (от 100 мэВ в свежеприготовленном растать. Однако, как показывают приведенные выше реобразце до 300 мэВ после старения в течение 1 года). зультаты, при старении возрастает интенсивность обеих Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. О влиянии процесса окисления на эффективность и спектр люминесценции пористого кремния полос. Кроме того, поскольку окисление кристаллитов [4] W.L. Wilson, P.F. Szajowski, L.E. Brus. Science, 262, (1993).

происходит не только на поверхности, но и в глубине [5] J. Heitman, R. Scholz, M. Schmidt, M. Zacharias. J. Nonслоя, К-полоса должна была бы наблюдаться при разных Cryst. Sol., 299–302, 1075 (2002).

Eexc, что не подтверждается экспериментом. Это же [6] Y. Kanzawa, T. Kageyama, S. Takeoka, M. Fujii, S. Hayashi, можно сказать и относительно модели, предложенной K. Yamamoto. Sol. St. Commun., 107, 533 (1997).

в [14].

[7] Y. Kanemitsu, H. Uto, Y. Masumoto, T. Matsumoto, T. Futagi, Гораздо лучше согласуется с экспериментом модель H. Mimura. Phys. Rev. B, 48, 2827 (1993).

рекомбинации на дефектах в окисле. Известно, что [8] M.V. Wolkin, J. Jorne, P.M. Fauchet, G. Allan, C. Delerue.

красная полоса ФЛ, подобная рассматриваемой, наблюPhys. Rev. Lett., 82, 197 (1999).

дается в силикатных стеклах [35] и обычно связывается [9] D. Kovalev, H. Heckler, G. Polisski, F. Koch. Phys. Status с внутрицентровыми переходами. Это согласуется с Solidi B, 215, 871 (1999).

установленной нами независимостью положения мак[10] L.T. Canham. Appl. Phys. Lett., 57, 1046 (1990).

симума К-полосы от температуры. Подобная полоса [11] Yu.A. Skryshevskii, V.A. Skryshevskii. J. Appl. Phys., 89, наблюдалась также в естественно и термически окис(2001).

ленном пористом кремнии [17,21] и системах Si/SiO2, [12] Ф.В. Агекян, А.Ю. Степанов. ФТТ, 45 (10), 1800 (2003).

полученных магнетронным распылением [35]. В рабо- [13] P.D.J. Calcott, K.J. Nash, L.T. Canham, M.J. Kane, D. Brunhead. J. Phys.: Condens. Matter, 5, L91 (1993).

те [35] приведены дополнительные аргументы в пользу [14] Y. Kanemitsu, Sh. Okamoto. Phys. Rev. B, 56, R1696 (1997).

связи этой полосы с центрами в окисле, основанные [15] А.Л. Добряков, В.А. Караванский, С.А. Коваленко, на исследовании зависимости интенсивности полосы С.П. Меркулова, Ю.Е. Лозовик. Письма ЖЭТФ, 71 (7–8), от количества и размеров кремниевых кристаллитов 430 (2000).

в системе. Относительно природы центров свечения [16] R. Merlin. Sol. St. Commun., 102, 207 (1997).

на основании полученных данных можно высказать [17] M. Chang, Y.F. Chen. J. Appl. Phys., 82, 3514(1997).

лишь некоторые предположения. Поскольку окисление [18] J. Wang, L. Song, B. Zon, M.A. El-Sayed. Phys. Rev. B, 59, кристаллитов происходит как на поверхности, так и в 5026 (1999).

глубине слоя, а К-полоса наблюдается только в тонкой [19] J.C. Fan, C.H. Chen, Y.F. Chen. Appl. Phys. Lett., 72, поверхностной области, можно предположить, что соот(1998).

ветствующие центры свечения обусловлены или опреде[20] G.G. Qin, H.Z. Song, B.R. Zhang, J. Lin, J.Q. Duan, G.Q. Yao.

ленными нарушениями состава окисла (отличающегося Phys. Rev. B, 54, 2548 (1996).

в глубине и на поверхности), или адсорбцией каких-то [21] S.M. Prokes, O.J. Glembocki. Phys. Rev. B, 49, 2238 (1994).

[22] G.G. Qin, Y.Q. Jia. Sol. St. Commun., 86, 559 (1993).

примесей из атмосферы.

[23] X.L. Wu, S.J. Xiong, D.L. Fan, Y. Gu, X.M. Bao, G.G. Siu, M.J. Stokes. Phys. Rev. B, 62, R7759 (2000).

5. Заключение [24] L. Khomenkova, N. Korsunska, T. Torchynska, V. Yukhimchuk, B. Jumayev, A.Many, Y. Goldstein, E. Savir, Таким образом, в пористом кремнии существенный J. Jedrzejewski. J. Phys.: Condens. Matter, 14, 13 217 (2002).

вклад в спектр ФЛ кроме рекомбинации в кристаллитах [25] Y.P. Varshni. Physica, 34, 149 (1967).

дает канал рекомбинации, связанный с присутствием [26] N.E. Korsunskaya, E.B. Kaganovich, L.Yu. Khomenkova, окисла на их поверхности. Этот вклад зависит от време- B.M. Bulakh, B.R. Dzhumaev, G.V. Beketov, E.G.Manoilov.

Appl. Surf. Sci., 166, 349 (2000).

ни старения, а также от температуры измерения и глу[27] N.E. Korsunskaya, L.Yu. Khomenkova, V.A. Yuchimchuk, бины проникновения возбуждающего излучения. В частB.M. Bulakh, T.V. Torchinskaya. Appl. Surf. Sci., 243, ности, после длительного старения при поверхностном (2005).

возбуждении канал рекомбинации, обусловленный при[28] M.L. Brongersma, P.G. Kik, A. Polman, K.S. Min, сутствием окисла, может доминировать. В этом случае H.A. Atwater. Appl. Phys. Lett., 76, 351 (2000).

характеристики полосы, обусловленной рекомбинацией [29] Н.Е. Корсунская, Т.В. Торчинская, Б.Р. Джумаев, Л.Ю. Хоэкситонов в кристаллитах, могут быть получены из анаменкова, Б.М. Булах. ФТП, 31 (8), 908 (1997).

лиза зависимости спектров ФЛ от температуры и длины [30] C. Tsai, K.-H. Li, R.-Z. Qian, T.-C. Hsu, D.S. Kinosky, J.T. Irby, волны возбуждающего света. Такой анализ показал, что S.K. Banerjee, A.F. Tasch, Joe C. Campbell, B.K. Hance, старение приводит не только к появлению полосы, J.M. White. Appl. Phys. Lett., 60, 1700 (1992).

связанной с окислом, но и к увеличению интенсивности [31] N.H. Zoubir, M. Vergnat, T. Delatour, A. Burneau, Ph. De Doполосы, обусловленной кристаллитами. Положение ее nato. Appl. Phys. Lett., 65, 82 (1994).

максимума оказалось более низкоэнергетическим, чем в [32] Y. Xiao, M.J. Heben, J.M. McCullough, Y.S. Tsuo, J.I. Pankoряде экспериментальных и теоретических работ. ve, S.K. Deb. Appl. Phys. Lett., 62, 1152 (1993).

[33] B. Huy, P.H. Binh, B.Q. Diep, P.V. Luong. Physica E, 17, (2003).

Список литературы [34] Yu.V. Kryuchenko, A.V. Sachenko. Physica E, 14, 299 (2002).

[35] L. Khomenkova, N. Korsunska, V. Yukhimchuk, B. Jumayev, [1] M.S. Hybersen. Phys. Rev. Lett., 72, 1514 (1994).

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.