WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

ассоциат [Er–O–Si–O], образуясь в плазме, при опреТакое утверждение основано на сопоставлении рис. 3 с деленных условиях, по-видимому, оказывается более рис. 1, b [4]. В последнем случае указанный разрыв при подготовленным к формированию „равновесно“ заполCO 6.5 мол% впервые изображен для двух различных ненных первой и третьей кислородных координационных давлений газовой смеси Ptot. Точка излома зависимости B сфер эрбия, как, например, в Er2SiO5, т. е. сфер с NEr = f (CO ) для всех SEr > 0, как и в [4], по-видимому, и 18 атомами кислорода соответственно. Как только соответствует минимальному содержанию эрбия в пленпроисходит объединение в газовой фазе плазмы таких ках a-SiOx : H Er,O, NEr 0.01 ат% ( 5 · 1018 см-3). Из ассоциатов [Er–O–Si–O] (с участием в этом процессе рис. 3 видно, что зависимость NEr = f (CO, SEr) отобеще не связанных ионов кислорода) до нанометровых ражается по разные стороны от точки излома двумя размеров, в пленке a-SiOx : H Er,O появляются включенеодинаковыми криволинейными поверхностями. Криния, например, Er2SiO5 [12]. Следует при этом учесть, вые NEr = f (CO ) для всех SEr > 0 имеют более крутой что появление таких эрбиевых включений может быть характер для CO < 5мол%, чем для CO > 5мол%, что 2 вызвано не фактом выхода состава пленки из области хорошо коррелирует с аналогичной зависимостью для гомогенности системы a-SiOx : H-O–Er относительно SEr 3мм2 (рис. 1, b работы [4]). Несовпадение коордиэрбиевого ассоциата за счет пересыщения, а формиронат точки излома на рис. 3 (CO 5мол%) и на рис. 1, b ванием соответствующих ассоциатов в плазме.

работы [4] (CO 6.5мол%) не исключает факта его 4) Зависимость NEr = f (SEr) при CO = const существования и может быть обусловлено некоторой (рис. 1, b), в отличие от зависимости NEr = f (CO ) невоспроизводимостью результатов экспериментов, но (рис. 1, b [4] и рис. 3), для различных фиксированных не большой.

значений SEr монотонно возрастает, констатируя прямую Перечисленные выше факты можно объяснить уменьсвязь NEr и SEr. Темп роста NEr с увеличениемSEr обратшением коэффициента распыления Er-мишени из-за но пропорционален CO. Наибольший темп роста кривой окисления кислородом, частичной компенсацией этих NEr = f (SEr) наблюдается при CO = 0.15 мол%, что указывает на возрастающее влияние величины SEr на NEr „потерь“ эрбия за счет увеличения SEr, а также сменой в точке излома зависимости NEr = f (CO ) различных по по сравнению с влиянием окисления Er-мишени. При составу эрбиевых ассоциатов ([Er–O] и [Er–O–Si–O]) в фиксированных в диапазоне (6.5-12) мол% значениях плазме и в пленке.

CO темп изменения NEr с увеличением SEr различается Сильно упрощенную схему образования в плазме мало: процесс окисления Er-мишени, достигнув своей максимальной эффективности, выходит на насыщение, ассоциатов [Er–O] и [Er–O–Si–O] можно описать так:

сильно ослабив тем самым влияние увеличения присутствие в газовой фазе кислорода, активированного SEr на NEr. Слабая, но возрастающая зависимость NEr плазмой, обусловливает окисление поверхности Si- и от CO при увеличении SEr в области SEr 8мм2 (рис. 3) Er-мишеней до составов SiOx и ErOy соответственно, Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Влияние эрбия и кислорода на интенсивность фотолюминесценции эрбия и состав пленок... где x < 2, y < 1.5. Ионы аргона выбивают из этих участкам кривых IEr = f (SEr) для SEr 2мм2, выполPL мишеней ассоциаты [Er–O] и [Si–O]. При относитель- няется соотношение N[Er–O] > N[Er–Si] > N[Er–O–Si–O], где но небольшом содержании кислорода в газовой фазе, N[Er–O], N[Er–Si] и N[Er–O–Si–O] — концентрации класте0.15 CO < 0.5 мол%, он в основном идет на окис- ров [Er–O], [Er–Si] и [Er–O–Si–O]. Аналогичное поление Si- и Er-мишеней, а также на взаимодействие давление распыления Er-мишени небольшой площас силановыми радикалами. В этих условиях в газовой ди, SEr 2мм2, происходит при увеличении CO до фазе существуют преимущественно ассоциаты [Er–O] 12 мол% (кривые 3–5). Такая ситуация дает сравнии [Si–O]. При достижении определенной концентрации тельно небольшие интенсивности ФЛ IEr < 0.3отн. ед., PL кислорода, CO (5-6.5) мол%, влияние конкурируюмало чем отличающиеся от таковых для CO = 0.щих процессов окисления и распыления Er-мишени и 3.5 мол%.

на величину NEr приводит к падению последней до Второй вид зависимости IEr = f (SEr) при PL минимума, NEr 0.01 ат% ( 5 · 1018 см-3) (рис. 3), и CO > 6.5 мол% характеризуется монотонным возEr–O при относительно большой NO (рис. 2) —к незнарастанием IEr с увеличениемSEr при 0 < SEr < 14 мм2 и PL чительному возрастанию IEr (рис. 1, d работы [4] и PL последующим ее падением в области 14 < SEr 18 ммрис. 1, c). Нужно заметить, что авторы [6] также на(кривые 3–5 на рис. 1, c). Увеличение CO в области блюдали максимальную IEr при самом низком значеPL > 5мол% при 2 < SEr 14 мм2 приводит к взаимодейнии концентрации эрбия NEr 0.04 ат% и связывали ствию в плазме ассоциатов [Er–O] и [Si–O] друг с другом уменьшение IEr исключительно с появлением дефектов PL и с кислородом, в результате чего образуются кластеры в пленке при увеличении концентрации эрбия. В нашем [Er–O–Si–O], а соотношение эрбиевых кластеров случае увеличение концентрации кислорода в газовой кардинально изменяется и определяется неравенствами фазе до значений CO > (5-6.5) мол% и площади ErN[Er–Si] N[Er–O] < N[Er–O–Si–O]. При этом поток эрбиевых мишени SEr 8мм2 создает условия, при которых сочекластеров [Er–O–Si–O], содержащих больше кислорода Er–O тание больших значений NO (рис. 2) и сравнительно по сравнению с [Er–O], возрастает. Об этом можно небольших NEr 0.1ат% (рис. 1, b, рис. 3) приводит tot Er–O судить по увеличению NO и NO (рис. 1, a, рис. 2).

к возрастанию IEr (рис. 1, c). Согласно [4], начиная с PL Максимальное значение IEr наступает при SEr 14 мм2, PL CO > 5 мол% в газовой фазе плазмы и в пленке преваEr–O когда NEr 0.1 ат%, а концентрации NO и N[Er–O–Si–O] лируют другие ассоциаты, [Er–O–Si–O], о чем свидетельдостигают своего наибольшего значения. Падение IEr, Er–O PL ствует разрыв зависимостей NO, NEr = f (CO, SEr) в когда SEr > 14 мм2, CO > 6.5мол% и NEr 0.1ат%, области CO 5мол% (рис. 2, 3).

вызвано не изменениями состава (и структуры) 5) Из общих соображений можно было бы допуматрицы, если CO = const (рис. 1), а уменьшением стить существование для пленок a-SiOx : H Er,O пряN[Er–O–Si–O]. Последнее обусловлено, судя по кривым 4, мой связи NEr и IEr. Однако, несмотря на монотонPL tot на рис. 1, a, рис. 2 для SEr > 14 мм2, уменьшением NO и ный ход кривых NEr = f (SEr) (рис. 1, b), для всех исEr–O NO при слабом изменении NEr с ростом SEr (кривая пользуемых значений CO, если исходить из рис. 1, c, tot Er–O на рис. 1, b). Снижение кривых NO, NO = f (SEr) можно выделить два вида зависимости IEr = f (SEr):

PL на участках, соответствующих падению IEr, связано, PL один вид кривых соответствует CO 3.5мол% (крипо нашему мнению, с ослаблением потока наиболее вые 1, 2), другой —CO 6.5мол% (кривые 3–5). ХаEr–O обогащенных кислородом ассоциатов [Er–O–Si–O].

рактер поверхностей NO и NEr = f (CO, SEr) (рис. 2, 3) К этому следует добавить, что при CO = 12 мол% и дает основание считать, что точка раздела этих SEr 25 мм2, когда состав пленки характеризуется двух видов зависимостей IEr = f (SEr) соответствуPL tot параметрами NO 35.3ат%, NEr 0.17 ат% и ет CO (5-6.5) мол%. Итак, первый вид зависимоEr–O NO 4.3 ат%, получено IEr 0.4отн. ед., а при PL сти IEr = f (SEr) при CO 3.5 мол% вначале, когда PL CO = 16 мол% (PO 1.3 · 10-3 Торр) и SEr 13 мм2 0 < SEr < 2мм2, характеризуется небольшим подъемом получено IEr 0.9 отн. ед. Параметры этих образцов не IEr, а затем его падением до очень малых величин и PL PL последующим сохранением таких низких значений IEr отражены на рис. 1. Приведены они для того, чтобы подPL tot Er–O твердить факт снижения кривых NO, NO, IEr = f (SEr) даже при существенном увеличении SEr (до 18 мм2). PL (рис. 1, a, c, рис. 2) и слабого роста кривой NEr = f (SEr) Падение IEr (кривые 1, 2 на рис. 1, c) можно объPL (рис. 1, b) при SEr > 14 мм2 и CO 8мол%.

яснить тем, что часть эрбия, „добавленного“ в газо- Из рис. 4 известно, что пленки составов, располовую фазу за счет увеличения SEr > 2мм2, вероятно, в условиях дефицита кислорода (CO < 5мол%) связы- женных на прилегающем к оси a-Si : H-O участке гипотетической области гомогенности a-SiOx : H Er,O [4], вается с кремнием, образуя безызлучательные центры обладают относительно большой IEr. Для сравнения там [Er–Si]. „Дополнительное“ уменьшение и так достаточно PL небольшого количества эрбия в плазме происходит из- же изображены составы двух образцов (точки 6), изученза окисления Er-мишени в большей степени, чем его ных в [4], для которых определена IEr с использованием PL приращение за счет увеличения SEr от 0 до 2мм2. того же образца сравнения, что и в данной работе. Как В этом случае общая концентрация эрбиевых класте- известно, упомянутый выше участок области гомогенноров (Nc N[Er–O] + N[Er–O–Si–O] + N[Er–Si]) мала и, судя по сти a-SiOx : H Er,O содержит более богатые кислородом Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 984 Ю.К. Ундалов, Е.И. Теруков, О.Б. Гусев, В.Х. Кудоярова tot Er–O эрбиевые кластеры, чем другой ее участок (прилегаю- 2) Характер зависимостей NO, NO и IEr от SEr PL щий к оси a-Si : H-Er) [4]. Предполагается, что граница для CO > 5 мол% во всем диапазоне изменения SEr области гомогенности a-SiOx : H Er,O, изображеннная указывая на тесную связь этих характеристик пленок и тонкой линией в плоскости a-Si : H-Er–Oна рис. 4, фор- состава эрбиевых кластеров.

мально определяет очень сильное ослабление ФЛ Er3+ 3) Монотонный рост NEr с увеличением SEr и смещетолько из-за пересыщения аморфной матрицы относи- ние кривых NEr = f (SEr) в сторону меньших значений тельно эрбия, кислорода или их химических ассоциатов. NEr при увеличении величины CO свидетельствуют о Реальная, на наш взгляд, возможность провоцирования существовании конкурирующих друг с другом процессов появления нанокристаллов кремния и силикатов эрбия окисления и распыления Er-мишени.

при пересыщении аморфной матрицы эрбием, а также 4) Сравнительно высокие значения IEr, полученные PL вероятность напыления на растущую поверхность плен- при CO > 8мол% и SEr (8-14) мм2, обеспечиваются ки каких-либо крупных частиц (например, ассоциатов кластерами [Er–O–Si–O].

[Er–O–Si–O] нанометровых размеров), образованных в 5) Наибольшие значения IEr получены при PL газовой фазе плазмы, для простоты на рис. 4 не учиты- CO = 12 мол% и SEr (8-14) мм2. Однако испольваются.

зование CO = 8 мол% с практической точки зрения, по Подводя итог, следует обратить внимание на то, что нашему мнению, оказывается предпочтительным, так tot связь отношения NO /NEr с IEr, используемая в [1], как обеспечивает более стабильное горение плазмы.

PL согласно данным настоящей работы и [4] не являетРабота выполнена при поддержке грантов INTAS ся очевидной и не дает понимания влияния состава (№ 03-51-6486), РФФИ и Программы РАН „Новые пленок a-SiOx : H Er,O на ФЛ Er3+. Такой вывод наматериалы“.

ходит подтверждение при рассмотрении зависимости tot IEr = f (NO /NEr) для разных условий получения плеPL нок dc-магнетронным методом: во-первых, наибольшее Список литературы значение IEr, полученное нами при CO = 12 мол% PL tot и SEr 14 мм2, соответствует NO /NEr = 480, что су[1] В.Х.Кудоярова, А.Н. Кузнецов, Е.И. Теруков, О.Б. Гусев, tot щественно отличается от NO /NEr = 10, опубликован- Ю.А. Кудрявцев, Б.Я. Бер, Г.М. Гусинский, W. Fuhs, G. Weiser, H. Kuehne. ФТП, 32, 1384 (1998).

ного в [1]. По-видимому, в настоящей работе и [2] C. Piamonteze, A.C. Iniguez, L.R. Tessler, M.C. Marв [1] получены разные сечения гипотетической фигуры tot tins Alves, H. Tolentino. Phys. Rev. Lett., 81, 4652 (1998).

IEr = f (NO /NEr), не проходящие через (IEr )max и не PL PL отвечающие оптимальному сочетанию значений CO [3] L.R. Tessler, A.C. Iniguez. J. Non-Cryst. Sol., 266–269, (2000).

и SEr. Во-вторых, наши данные указывают на то, что [4] Ю.К. Ундалов, Е.И. Теруков, О.Б. Гусев, В.Х. Кудоярова.

при анализе влияния состава пленок a-SiOx : H Er,O ФТП, 37, 853 (2003).

на ФЛ Er3+ необходимо учитывать влияние техно[5] J. Michel, F.Y.G. Ren, B. Zheng et al. Mater. Sci. Forum, 143– логических условий эксперимента, в частности, CO 147, 707 (1994).

и SEr. Другими словами, нужно принимать во вни- [6] Mun-Jun Kim, G.K. Mebratu, Joo-Yeon Sung, Jung H. Shin.

J. Non-Cryst. Sol., 315, 312 (2003).

мание смену состава эрбиевых ассоциатов, наблюда[7] D.L. Adler, D.C. Jacobson, D.J. Eagleshum, M.A. Marcus, емую нами при CO (5-6.5) мол%. Существенные J.L. Benton, J.M. Poate, P.H. Citrin. Appl. Phys. Lett., 61, отклонения условий эксперимента от используемых 218 (1992).

нами, возможно, изменят положение излома зависи[8] L.R. Tessler, J.L. Coffer, J. Ji, R.A. Senter. J. Non-Cryst. Sol., Er–O мостей NO, NEr = f (CO, SEr), что окажет влияние 299–302, 673 (2002).

и на все остальные параметры получаемых пленок [9] J. Felsche. Rare earths (Berlin, 1973) v. 13, p. 99.

a-SiOx : H Er,O.

[10] J. Michel, L.V.C. Assali, M.T. Morse, L.C. Kimerling. In:

Semiconductors and semimetals. Lightemission in silicon:

from physics to devices, ed. by D.J. Lockwood (San Diego, 4. Заключение Academic Press, 1998) v. 49, pt. 4, p. 111.

[11] П.Л. Дубов, Д.В. Корольков, В.П. Петрановский. Кластеры и матрично-изолированные кластерные сверхЭксперименты по получению dc-магнетронным меструктуры (СПб., Изд-во СПб. ун-та, 1995).

тодом пленок a-SiOx : H Er,O при увеличении SEr в [12] E.I. Terukov, Yu.K. Undalov, V.Kh. Kudoyarova, K.V. Kougia, пределах от 0 до 18 мм2 и фиксированных значениях J.P. Kleider, M.E. Gueunier, R. Meaudre. J. Non-Cryst. Sol., CO в диапазоне 0.15-12 мол% показали следующее.

299–302, 699 (2002).

1) Содержание кислорода, связанного с эрбием, и концентрации эрбия в пленке зависят от CO и SEr. За- Редактор Л.В. Шаронова Er–O висимости NO, NEr = f (CO, SEr) претерпевают излом при CO (5-6.5) мол% и SEr < 11 мм2, подтверждая существование в пленках разных по составу эрбиевых кластеров, [Er–O] и [Er–O–Si–O].

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Влияние эрбия и кислорода на интенсивность фотолюминесценции эрбия и состав пленок... Effect of erbium and oxygen on the erbium photoluminescence intensity and a-SiOx : H Er,O films composition fabricated by the dc-magnetron method Yu.K. Undalov, E.I. Terukov, O.B. Gusev, V.Kh. Kudoyarova Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia

Abstract

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.