WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

до Ta = 700C в отсутствие прадварительных импульсРост размеров преципитатов при Ta = 1000 1150C ных нагревов — представляется очевидной. С ростом происходит за счет диффузионного стока одиночных Ta усиливается сегрегация избыточного Si из SiO2 с атомов Si и вследствие коалесценции [18].

образованием перколяционных кластеров. На этой стаПроцессы промежуточной стадии дии диффузия атомов Si на стоки крайне ограничена, 700C < Ta < 1000C могут быть поняты из поэтому количество, размеры и формы центров ФЛ будут рассмотрения экспериментов с доотжигом при определяться быстропротекающей перколяцией. То, что Ta = 800C образцов, где нанокристаллы были происходит при Ta = 1000 1159C, в свете данных уже сформированы импульсными нагревами при ФЛ, HREM и комбинационного рассеяния также легко 1200 или 1350C. Здесь, по-видимому, имела место объяснимо. В слоях SiO2 формируются нанокристаллы Si, способные благодаря квантовым ограничениям ин- аморфизация (плавление) нанокристаллов. Известно, что стабильность мелких кристаллов определяется тенсивно люминесцировать в красном–ИК диапазоне.

При Ta = 1150C кремний в SiO2 обладает уже до- балансом объемной и поверхностной свободных энергий.

статочно большим коэффициентом диффузии, равным Из-за дестабилизирующего влияния поверхности 2 · 10-16 см2/c. Тем не менее после малой дозы, когда температура плавления подобных кристаллитов концентрация избыточного Si достигает 1ат%, рост существенно понижается [19–22].С ростом нанокристаллов Si не наблюдается совсем. Следователь- температуры баланс смещается в пользу объемной но для их формирования помимо достаточной подвижно- энергии и кристаллическое состояние становится Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1376 Г.А. Качурин, А.Ф. Лейер, К.С. Журавлев, И.Е. Тысченко, А.К. Гутаковский, В.А. Володин...

более выгодным. В случае импульсных нагревов оно Заключение и фиксируется благодаря закалке. Напомним, что в отличие от кристаллического пористого Si аморфный Дозовая зависимость формирования центров ФЛ носит кремний не дает интенсивной красной ФЛ [21,23,24].

пороговый характер, который проявляется в интервале Скорее всего это обусловлено наличием оборванных доз между 1.6 · 1016 и 1.6 · 1017 см-2, когда средсвязей и иных центров безызлучательной рекомбинации.

нее расстояние r между атомами имплантированного Попутно при Ta = 800C продолжается сегрегация Si Si изменяется от 1.4 до 0.7 нм. При снижении из SiO2, чем и объясняется рост сигнала в области дозы в указанном интервале (или увеличении r от 480 см-1 (рис. 5). В свете изложенного гашение ФЛ во 0.7 до 1.4нм) теряется возможность формировсем исследованном спектральном диапазоне в процессе вания широкого набора центров слабой ФЛ во всем только печного отжига при достижении Ta 800-900C = видимом диапазоне, а также возможность сформировать естественно связать с трансформацией перколяционных затем высокотемпературным отжигом нанокристаллы Si кластеров и цепочек в нанопреципитаты фазы и получить интенсивную полосу ФЛ в красной–ИК аморфного Si (рис. 3). Стягивание рыхлых нефазовых области. Если же доза была достаточной, то отжиг выделений в фазовые имеет диффузионную природу, протекает в несколько стадий. До Ta 700C, ко= требует большего времени, чем перколяция. С гда диффузией Si в SiO2 можно принебречь, образуютдальнейшим ростом Ta при достаточном диффузионном ся центры, дающие слабую эмиссию во всем изученстоке Si нанопреципитаты достигают размеров ном спектральном диапазоне. При Ta = 800 900C устойчивости кристаллитов, которые можно оценить на всех длинах длинах волн интенсивность ФЛ падакак 2 нм. Частицы меньших размеров не могут ет до уровня фона. После Ta = 1000 1150 возбыть нанокристаллами. С ними, видимо, связана никает очень сильная полоса в ближней ИК обланаблюдавшаяся нами после Ta = 1000C слабая ФЛ сти, причем одновременно комбинационное рассеяние в оранжево-желтой области, а также замеченное во и HREM свидетельствуют об образовании нанокристалмногих работах свечение в диапазоне 500 < <700 нм лов Si.

после высокотемпературных отжигов SiO2 с избыточным Полученные зависимости формирования центров ФЛ кремнием [4,15,25]. Следует отметить, что в обычном от дозы и отжигов интерпретируются следующим обрааморфном Si концентрация оборванных связей не зом. Все наблюдавшиеся виды ФЛ связаны с избыточным превышает 1020 cм-3 и в принципе малые объемы могут Si в SiO2. Для формирования центров ФЛ необходимо быть от них свободны, особенно после отжигов.

уменьшение r до 1 нм, чтобы обеспечить прямое взаимоИзложенный подход позволяет объяснить и обнару- действие близких кремниевых атомов. Такой процесс буженное в данной работе влияние высокотемпературных дет носить характер перколяции, он не требует нагревов импульсных нагревов на последующие отжиги в печи.

до температур заметной диффузии Si, хотя повышение Высокие температуры облегчают смещения в атомных температуры способствует атомарным смещениям и размасштабах и способствуют увеличению перколяционных витию перколяционных кластеров. Вытеснение избыточкластеров. В случае больших доз плотные кластеры ного Si из SiO2 доминирует до Ta 700C с появлением = успевают затем трансформироваться в нанокристаллы.

кластеров различных размеров и форм, дающих широкий Так как перколяция не требует длительных времен, спектр слабой ФЛ. Последующее гашение ФЛ при после средних доз размеры перколяционных кластеров Ta 800 900C есть следствие более медленного про= при импульсном нагреве тоже увеличиваются, но они цесса — превращения нефазовых выделений Si (перкооказываются менее плотными. Трансформация рыхлого ляционных кластеров, цепочек и пр.) в нанопреципитаты кластера (с малой фрактальной размерностью) в еди- аморфной фазы Si, содержащие центры безызлучательный нанокристалл будет затруднена. Предварительное ной рекомбинации. При Ta = 1000 1150C благодаря моделирование на компьютере показывает, что он может диффузионному стоку атомов Si и коалесценции нанодаже распасться на несколько частей. Мы полагаем, преципитаты Si достигают размеров стабильности кричто появление темных областей (рис. 4) после средних сталлов. Вследствие квантово-размерного эффекта нанодоз есть следствие формирования крупных, но рыхлых кристаллы дают сильную эмиссию в видимой ИК области некристаллических преципитатов. Наконец, для малых (max 820 нм). Выделения Si, не достигшие после доз массовое образование крупных перколяционных кла- высокотемпературных отжигов размеров стабильности стеров становится невозможным даже под действием ( 2нм), по-видимому ответственны за наблюдавшееся высокотемпературного импульса. Тем не менее форми- слабое и более коротковолновое излучение. Конкуренция рование небольшого числа мелких все же стимулиру- между быстрым перколяционным процессом и относиется. При последующих отжигах они не дорастают до тельно медленным стягиванием кластеров в фазовые размеров устойчивого нанокристалла и превращаются в нанопреципитаты позволяет управлять формированием центры слабой оранжево-желтой ФЛ. Повышение Ta до кремниевых выделений используя комбинированные от1150C приводит к их растворению. жиги.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Влияние дозы и режима отжигов на формирование центров люминесценции в SiO2... Работа выполнена при частичной поддержке грантом Effect of the ion dose and annealing mode Министерства науки по программе ”Физика твердотельon the photoluminescence from SiO2, ных наноструктур” № 3-011/4.

implanted with Si ions G.A. Kachurin, A.F. Leier, K.S. Zhuravlev, Список литературы I.E. Tyschenko, A.K. Gutakovsky, V.A. Volodin, W. Skorupa, R.A. Yankov [1] T. Shimizu-Iwayama, S. Nakao, K. Saitoh. Appl. Phys. Lett., Institute of Semiconductor Physics, 65, 1814 (1994).

[2] H.A. Atwater, K.V. Shcheglov, S.S. Wong, K.J. Vahala, R.S. Rla- 630090 Novosibirsk, Russia gan, M.I. Brongersma, A. Polman. Mater. Res. Soc. Symp.

Research Center Rossendorf, Proc., 321, 363 (1994).

D-01314 Dresden, Germany [3] T. Shimizu-Iwayama, K. Fujita, S. Nakao, K. Saitoh, R. Fujita, N. Itoh. J. Appl. Phys., 75, 7779 (1994).

Abstract

500 nm — thick SiO2 layers have been implanted with [4] P. Mutti, G. Ghislotti, S. Bertoni, L. Bonoldi, G.F. Cerofolini, Si+ ions within the dose range of 1.6 · 1016 1.6 · 1017 cm-L. Meda, E. Grilli, M. Guzzi. Appl. Phys. Lett., 66, 851 (1995).

and annealed at 400 1150C for 30 min with or without high [5] 12.W. Skorupa, R.A. Yankov, I.E. Tyschenko, H. Frob, temperature transient (1s and 20ms) preheating. The ion doses T. Bohme, K. Leo. Appl. Phys. Lett., 68, 2410 (1996).

over 4 · 1016 cm-2 are found to be required to form the [6] G.A. Kachurin, I.E. Tyschenko, K.S. Zhuravlev, N.A. Pazdnikov, V.A. Volodin, A.K. Gutakovsky, A.F. Leiser, W. Sko- luminescence centers. Their formation during annealing proceeds rupa, R.A. Yankov. Nucl. Instr. Meth. B, 122, 571 (1997). into three stages ascribed to segregation of Si from SiO2 as [7] G.A. Kachurin, K.S. Zhuravlev, N.A. Pazdnikov, A.F. Leier, the percolation clusters, to transformation of the clusters to the I.E. Tyschenko, V.A. Volodin, W. Skorupa, R.A. Yankov. Nucl.

amorphous Si phase nanoprecipitates, and above 1000C —to Instr. Meth. B, 127/128, 583 (1997).

the growth of Si nanocrystals, emitting the strong luminescence [8] Г.А. Качурин, И.Е. Тысченко, В. Скорупа, Р.А. Янков, band centered near 820 nm due to the quantum confinement. The К.С. Журавлев, Н.А. Паздников, В.А. Володин, А.К. Гуcompetition between the fast percolation process and the diffusion– таковский, А.Ф. Лейер. ФТП, 31, 730 (1997).

limited Si phase formation allows to control the precipitation growth [9] T. Shimizu-Iwayama, Y. Terao, A. Kamiya, M. Takeda, by the combined heat treatments.

S. Nakao, K. Saitoh. Nucl. Instr. Meth. B, 112, 214 (1996).

[10] F. Koch, V. Petrova-Koch, T. Muschik, A. Nikolov, V. Gavrilenko. Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 283, 197 (1993).

[11] G.G. Qin, Y.M. Huang, J. Lin, L.Z. Zhang, B.Q. Zong, B.R. Zhang. Sol. St. Commun., 94, 607 (1995).

[12] S. Bota, B. Garrido, J.R. Morante, A. Baraban, P.P. Konorov.

Sol. St. Electron., 34, 355 (1996).

[13] L.-S. Liao, X.-M. Bao, N.S. Li, X.-Q. Zheng, N.-B. Min. J.

Luminesc., 68, 199 (1996).

[14] E. Neufeld, S. Wang, R. Apetz, Ch. Bechal, R. Carias, C.W. White, D.K. Thomas. Proc. E-MRS 1996 Spring Meeting (Strasbourg, 1996).

[15] G. Ghislotti, B. Nielsen, P. Asoka-Kumar, K.G. Lynn, A. Gambhir, L.F. Di Mauro, C.E. Bottani. J. Appl. Phys., 79, 8660 (1996).

[16] T. Komoda, J. Weber, K.P. Homewood, P.L.F. Hemment, B.J. Sealy. Nucl. Instrum Meth., B, 120, 93 (1996).

[17] L.A. Nesbit. Appl. Phys. Lett., 46, 38 (1985).

[18] E. Wendler, U. Herrmann, W. Wesh, H.H. Dunken. Nucl.

Instrum. Meth. B, 116, 332 (1996).

[19] S. Veprek, Z. Iqbal, F.-A. Sarott. Phil. Mag. B, 45, 137 (1982).

[20] Y. Maeda. Phys. Rev. B, 51, 1658 (1995).

[21] R.R. Kunz, P.M. Nitishin, H.R. Clark, M. Rotschild, B. Ahem.

Appl. Phys. Lett., 67, 1766 (1995).

[22] A.N. Goldstein. Appl. Phys. A, 62, 33 (1996).

[23] X.-M. Bao, H.-Q. Yang. Appl. Phys. Lett., 63, 2246 (1993).

[24] J.C. Barbour, D. Dimos, T.R. Guilinger, M.J. Kelly, S.S. Tsao.

Appl. Phys. Lett., 59, 2088 (1991).

[25] A.J. Kenyon, P.F. Trwoga, C.W. Pitt, G. Rehm. J. Appl. Phys., 79, 9291 (1996).

Редактор В.В. Чалдышев 7 Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, №

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.