WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

жизни фононов. Возвращаясь к рис. 8, отметим, что Возможно, что в нашем случае по мере роста сос ростом содержания избыточного кремния в спектрах держания кремния (начиная с d = 110 мм, [Si] 46%) КРС растет пик от нанокристаллов (спектр 3), а также имеет место формирование крупных включений крипоявляется заметное низкочастотное плечо. Положение сталлического Si, которые способны захватить отнопика КРС от включений аморфного кремния составляет сительно большое количество носителей, но не обес480 см-1 [9]. По-видимому, в областях, где много избы- печивают сквозную проводимость окисла. Формироваточного кремния, он содержится в виде как нанокристал- ние относительно крупных включений кремния следует лических, так и аморфных включений. Отметим также, также из роста при приближении к концу образца что при размерах нанокристаллов 10 нм и выше пик от с высоким содержанием кремния амплитуды пика в них в спектрах КРС практически совпадает с пиком от спектрах КРС при 520 см-1, связанного с кремниподложки (разница составляет менее 1 см-1, см. рис. 9), ем. Если воспользоваться выражением из работы [15] и, следовательно, эти пики неразрешимы. Видно, что Ne = C V /qS, где U — интервал напряжений, в коинтенсивность сигнала КРС в районе 520 см-1 в спектором емкость сохраняет постоянное значение, q — тре 4 более чем в 2 раза больше по сравнению со заряд электрона, S — площадь контакта, можно оценить спектром 1 (рис. 8). Так как при увеличении содержания число захваченных или выброшенных носителей Ne.

избыточного кремния пленки SiOx становятся менее Для d = 100-120 мм (46-60% избыточного кремния прозрачными и сигнал от подложки должен только в SiO2) получаем значение Ne (2-3) · 1011 см-2, а для уменьшаться, единственным объяснением наблюдаемого d 140 мм ( 70% [Si]) Ne возрастает до 1.3 · 1012 см-2.

роста интенивности в спектре 4 может быть то, что В рамках высказанного выше предположения можно в данном случае в пленках присутствуют включения считать, что заряд захватывается на относительно крупкристаллического кремния с размерами 10 нм и больше.

ные включения кристаллического кремния, формируемые при высоких концентрациях избыточного кремния в окисле. Нужно также отметить, что, согласно данным 4. Обсуждение КРС для d > 100 мм, крупные включения кристаллического кремния сосуществуют с более мелкими нанокриБолее низкие значения для напыленного образсталлами и включениями аморфного кремния.

ца SiOx вблизи края с низким содержанием nc-Si по Резкое уменьшение удельного сопротивления слоя сравнению с ox (для термически выращенного SiO2) связаны, скорее всего, с относительно рыхлой струк- SiO2-nc-Si для d 70 мм (рис. 7) обусловлено, скорее турой диэлектрического слоя. Известно, что пористый всего, перколяционным переходом, т. е. возникновением материал имеет более низкое значение диэлектрической путей протекания в слое SiOx. Значение d 65 мм соотпроницаемости [12]. Последующий рост обусловлен ветствует 34% избыточного Si в SiO2, что совпадает вкладом nc-Si по мере увеличения доли занимаемого ими с представлениями теории протекания для трехмерного 6 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1234 И.В. Антонова, М.Б. Гуляев, З.Ш. Яновицкая, В.А. Володин, Д.В. Марин, М.Д. Ефремов, Y. Goldstein...

случая (33%) [16]. Температурные зависимости тока примерно содержанию избыточного кремния в SiOтакже резко меняются для d > 65 мм. 26%; уменьшение заряда на нанокристаллах кремния Видно, что положение пика заряда в слое SiOx (рис. 4) при дальнейшем повышении содержания избыточного коррелирует с положением максимума фотолюминес- кремния в окисле связано с возникновением перколяценции (рис. 6). Если сравнить рис. 4 и 7, b, становится ционной проводимости.

понятным наличие максимума на зависимости заряда Работа выполнена при частичной поддержке гранта на нанокристаллах в окисле от состава. Рост конценРФФИ № 05-02-16455.

трации Si в SiOx сопровождается ростом концентрации nc-Si, формируемых при отжиге. Соответственно возрастает и величина заряда, захватываемого на на- Список литературы нокристаллы. Начиная с некоторого состава возникают [1] L. Pavesi. J. Phys.: Condens. Matter, 15, R1169 (2003).

пути сквозного протекания тока между нанокристаллами [2] A.T. Fiory, N.M. Ravindra. J. Electron. Mater., 32, (возможно, с участием дефектов), приводящие к уходу (2003).

заряда с nc-Si. Уменьшение удельного сопротивления [3] T.N. Theis. IBM J. Res. Dev., 44, 379 (2000).

слоя SiOx соответствует уже выходу на минимальные [4] S.K. Moore. Spectrum IEEE, 39, 25 (2002).

значения заряда благодаря возникновению сквозных пу[5] T.S. Iwayama, S. Nakao, K. Saitoh. Appl. Phys. Lett., 65, тей его стекания. Таким образом, максимальный заряд (1994).

на нанокристаллах и максимальная фотолюминесцен[6] T. Roschac, J. Wojdcik, D. Comedi, M.J. Flynn, E.A. Irving, ция наблюдаются до возникновения перколяционной O.H.Y. Zalloum, P. Mascher. PV 2005 Silicon Nitride and проводимости в окисле с nc-Si. Спектры КРС покаSilicon Dioxide Thin Insulating Films and Other Emerging зывают наличие большого количества нанокристаллов Dielectrics VIII, ed. by R.E. Sah, M.J. Deen, J. Zhang, J. Yota кремния (наряду с включением аморфного кремния) и and Y. Kamakura (2005) p. 136.

[7] L. Khomenkova, N. Korsunska, V. Yukhimchuk, B. Jumayev, при d > 65 мм, когда фотолюминесценция отсутствует.

T. Torchynska, A.V. Hemandez, A. Many, Y. Goldstein, Неясным остается факт постоянства размеров нанокриE. Savir, J. Jedzejewski. J. Luminesc., 102–103, 705 (2003).

сталлов кремния, которое следует из положения пиков, [8] М.Д. Ефремов, В.В. Болотов, В.А. Володин, С.А. Кочубей, связанных с нанокристаллами, в спектрах КРС и отсутА.В. Кретинин. ФТП, 36, 109 (2002).

ствия существенного изменения энергии максимума фо[9] Х. Фрицше. Аморфный кремний и родственные матетолюминесценции для разных d. Можно предположить, риалы (М., Мир, 1991).

что протекание тока между nc-Si может быть причиной [10] V. Pailard, P. Puech. J. Appl. Phys., 86, 1921 (1999).

исчезновения (или подавления) фотолюминесценции.

[11] M.D. Efremov, V.A. Volodin, V.V. Bolotov. Sol. St. PhenomeОтносительное резкое возрастание тока в интервале na, 82, 681 (2002).

10-9-10-8 А, наблюдаемое на вольт-амперных характе[12] H. Assaf, E. Ntsoenzok, M.O. Ruault, O. Kaitasov. Sol.

ристиках при напряжениях, уменьшающихся с ростом St. Phenomena, 108–109, 291 (2005).

содержания избыточного кремния, может быть вызва- [13] L. Wu, M. Dai, X. Huang, W. Li, K. Chen. J. Vac. Sci. Technol.

B, 22, 678 (2004).

но активацией ловушек (дефектов), присутствующих [14] A.L. Yakimov, A.V. Dvurechenskii, A.I. Nikiforov, O.P. Pcheв большой концентрации в окисле, созданном распыlyakov. Thin Sol. Films, 336, 332 (1998).

лением. Эти ловушки, по-видимому, не определяют [15] K. Kreher. Phys. Status Solidi A, 135, 597 (1993).

ни заряд в окисле, ни фотолюминесценцию, так как [16] В.И. Шкловский, А.Л. Эфрос. Электронные свойства резкое возрастание тока имеет место и для относительно легированных полупроводников (М., Наука, 1979).

больших значений d, когда фотолюминесценция уже не Редактор Л.В. Шаронова наблюдается и заряд имеет небольшие значения.

5. Заключение Исследован заряд в окисле и электронный транспорт через слой окисла, содержащий нанокристаллы кремния и созданный совместным распылением SiO2 и Si из двух источников, находящихся на расстоянии, с последующим высокотемпературным отжигом.

Сравнение фотолюминесценции, связанной с нанокристаллами кремния в слое окисла, с электрофизическими свойствами данных слоев в зависимости от содержания избыточного кремния показало, что заряд, определенный по напряжению плоских зон вольт-фарадных характеристик в зависимости от количества избыточного кремния в окисле, имеет максимум при том же составе SiOx, что и максимум фотолюминесценции, и соответствует Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Сопоставление электрических свойств и фотолюминесценции в зависимости от состава слоев SiOx... Comparison of electrical properties and photoluminescence from oxide layer with Si nanocrystals as a function of Si content I.V. Antonova, M.B. Gulyaev, Z.S. Yanovitskaya, V.A. Volodin, D.V. Marin, M.D. Efremov, Y. Goldstein, J. Jedrzejewski Institute of Semiconductor Physics, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, 630090 Novosibirsk, Russia Racah Institute of Physics, Hebrew University, Satra, Givant Ram, 91904 Jerusalem, Israel

Abstract

Electrical properties of an oxide with silicon nanocrystals, SiO2–nc-Si, were studied as a function of silicon content in the oxide, and then compared with the layer photoluminescence. Structures were fabricated by the deposition of oxide and silicon on the silicon substrate from two sources placed at different positons with subsequent annealing for silicon nanocrystal formation. The Si content in SiO2 layer varied from 6 to 74%.

It was found that for Si content about 26% the charge in oxide extracted from capacitance–voltage characteristics has the maximum. The maximum of the charge is found to be correlated with maximal photoluminescence. Further decrease in the charge and photoluminescence with increase of Si content in SiO2 layer correlates with the appearance of the percolation conductivity at the Si content about 34%.

6 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, 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.