WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

ных ионами B дозой 1016 см-2 (1), а также после термического Дело в том, что в нк-Si скорее всего сохраняется отжига при 1100C в течение 30 мин (2) и лазерного отжига присущая объемному материалу непрямая структура при 300 мДж / см2 (3).

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Влияние имплантации ионов бора и последующих отжигов на свойства нанокристаллов Si междоузлий. Здесь просматривается некоторая аналогия с накоплением радиационных дефектов в объемном Si.

Легкие частицы генерируют в Si лишь подвижные точечные дефекты, и их накопление вплоть до аморфизации возможно только при наличии стоков, например, поверхности. У более тяжелых частиц плотность упругих потерь возрастает настолько, что они способны сами создавать неподвижные комплексы и для накопления дефектов дополнительные стоки становятся не нужными.

Пост-имплантационные отжиги выявили, что внедрение ионов B способствует росту ФЛ в двух дозовых интервалах (рис. 2). Для малых доз рост ФЛ уже наблюдался в случае облучения ионами He [15] и P [9] и был объяснен ударной кристаллизацией под пучком. Кристаллизацию нанопреципитатов при облучении ионами подтверждают данные рамановской спектроскопии и электронной микроскопии высокого разрешения [9,15,16]. В области больших доз стимулирующее действие примеси на ускорение кристаллизации было обнаружено ранее при легировании ионами P [8–10].

Поскольку введение в объемный Si более 0.1ат% хорошо растворимых примесей V и III групп ускоряет его кристаллизацию [17], естественно объяснить обнаруженРис. 6. Расчетные распределения по глубине слоев окисла ный в нк-Si эффект также ускорением кристаллизации, ионов Si (1), B(2) и создаваемых смещений на единицу длины обусловленным примесью. Косвенно это указывает на пробегов для ионов P с энергией 150 кэВ (3), B с энергией присутствие большого количества B в нанокристаллах.

70 кэВ (4) и He с энергией 130 кэВ (5). Порог смещений Оказывая на нк-Si действие, сходное с другими ионаатомов Si принят равным 15 эВ, ми, имплантация B имеет и свою особенность. Заключается она в затрудненном восстановлении ФЛ при постимплантационных отжигах. Для доз более или порядка На рис. 6 представлены расчеты распределений кон3 · 1014 см-2 (т. е. более 1 атома B в нк-Si объемом центраций ионов B и Si по глубине слоев (программа 10-19 см3) ФЛ после имплантации B восстанавливаTRIM-95), а также упругие потери на 1 нм пробега для ется путем отжигов слабее, чем после имплантации ионов He, B и P. На глубинах залегания нк-Si потери такой же дозы ионов P, хотя последние вводят горазсоставляли, соответственно, около 0.08, 2 и 5 смещений до больше смещений и легко аморфизируют Si. Это на 1 нм. Таким образом, пролетая сквозь нк-Si размерами хорошо видно на рис. 3, где штриховыми линиями 3-5 нм, легкие ионы He могли создавать в лучшем представлены данные [9,10] по восстановлению ФЛ нк-Si, случае единичные пары Френкеля, ионы B — около имплантированных большими дозами ионов P. По мере 10 смещений, а ионы P — свыше 20. Увеличение плотнороста дозы эффективность отжигов для восстановления сти потерь создает предпосылки перехода от генерации ФЛ в случае легирования бором снижается гораздо подвижных точечных дефектов к образованию внутри быстрее. Напомним, что после отжигов полоса рамановнк-Si неподвижных комплексов, например дивакансий.

ского рассеяния нк-Si в образцах, легированных бором, Поскольку зависимость остаточной ФЛ от плотности оказывается заметно менее уширенной, чем в случае упругих потерь получилась обратной, вводимые в нк-Si имплантации ионов P (рис. 4). Все это можно объяснить неподвижные комплексы, видимо, не являются центраменее совершенной структурой нк-Si, легированных B.

ми безызлучательной рекомбинации. Таковыми могут Мы полагаем, что обнаруженные особенности связаны быть компоненты френкелевских пар, закрепившиеся на с размерами атомов. У Si и P ковалентные радиусы границах нк-Si с матрицей и образующие оборванные близки (0.117 и 0.110 нм), и замещение в нк-Si атомов связи. В случае внедрения ионов He [15] для подвижных Si на атомы P не должно существенно искажать решетточечных дефектов граница нк-Si была единственным ку. Ковалентный радиус B всего 0.088 нм, что делает возможным местом закрепления. Именно поэтому там замещающий B причиной формирования структурных отчетливо просматривалась закономерность: при 1 сме- несовершенств.

щении на нанокристалл происходит гашение ФЛ. Мы Дефектность нк-Si с высоким содержанием B сополагаем, что повышение энергозатрат с ростом массы хранялась и после лазерных импульсов с энергией ионов обусловлено частичным связыванием подвижных 300 мДж / см2 (рис. 4). Вместе с тем лазерный отжиг дефектов в комплексы, не влияющие на ФЛ, но слу- обеспечивал восстановление ФЛ лучше термического, жащие конкурентными стоками для вакансий и (или) что скорее всего связано с плавлением нк-Si (рис. 4, Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 80 Г.А. Качурин, С.Г. Черкова, В.А. Володин, Д.М. Марин, Д.И. Тетельбаум, H. Becker кривые 3 и 4). Для твердофазной кристаллизации нк-Si 5. Заключение длительности импульсов были слишком малы [11,18].

Впервые исследовано изменение свойств нанокристалПри наносекундном отжиге для формирования нк-Si лов Si, легированных путем имплантации ионов B с плавление необходимо не только в окислах с большим последующими термическим или наносекундным лазер(> 10%) избытком Si [19], но даже в сплошных слоях ным отжигами. Имплантация ионов B сопровождается -Si [20]. Оценки показывают, что 300 мДж / см2 было догашением ФЛ при введении в нк-Si единичных центров статочно для достижения соответствующих температур.

безызлучательной рекомбинации. Сравнение с действиСохранение после любых отжигов сильного уширения ем других легирующих примесей показало, что с ростом рамановской полосы нк-Si, легированных бором, можно их атомной массы затраты упругих потерь на гашение рассматривать как еще один признак присутствия в них ФЛ возрастают. Это объясняется ростом вероятности обатомов примеси.

разования в нк-Si неподвижных комплексов дефектов, коНесмотря на признаки присутствия значительного торые сами центрами безызлучательной рекомбинации количества атомов B в нк-Si, в слоях остаются люмине являются, но связывают подвижные вакансии и (или) несцирующие кристаллы. Поскольку для рекомбинации междоузлия, способные создавать такие центры, наприОже было бы достаточно всего 1 избыточной дырки, мер на границах нк-Si. Отжиги после имплантации ионов последовательное снижение интенсивности послеотжиB подтвердили явления, обнаруженные и интерпретироговой ФЛ с дозой B вплоть до 1016 см-2 говорит ванные ранее. Это усиление послеотжиговой ФЛ после скорее о накоплении структурных несовершенств, чем внедрения B при малых дозах имплантации, снижение о введении дополнительных дырок. Согласно [21], в ее с дальнейшим ростом дозы, наличие участка, где пористом кремнии, приготовленном из сильно легировосстановление ФЛ ускоряется с ростом концентрации ванного материала обоих типов проводимости, налипримеси. Вместе с тем имплантации больших доз бора чие свободных носителей заряда не выявлялось, хотя присущи такие особенности, как более затрудненный ядерные методы показывали присутствие примесей в отжиг для восстановления ФЛ и меньшее совершенство тех же концентрациях, что и в исходном Si. Авторы нк-Si в сравнении с легированием фосфором. Они объясработы [22] готовили пористый Si из p-Si с конценняются малыми размерами атомов B, способствующими трацией свободных дырок 1019 см-3. В исходном мадеформации решетки вокруг них и накоплению трудно териале уверенно регистрировалось поглощение света отжигающихся структурных несовершенств. По сравнена свободных носителях, однако в Si с пористостью нию с длительными термообработками при 1100C от47% его уже не было. Сообщения о регистрации свожиги мощными неносекундными лазерными импульсами бодных дырок при легировании нк-Si бором имеются в лучше восстанавливают ФЛ. Это обусловлено возможработах [2,5,23], но они вызывают сомнения. Одним из ностью достижения на короткое время очень высоких аргументов является наблюдение в рамановских спектемператур нагрева, вплоть до плавления. Полученные трах взаимодействия фононов со свободными носитезависимости свойств нк-Si от дозы B и режима отжигов лями. Однако взаимодействие наблюдалось в кристалуказывают на попадание атомов примеси внутрь нк-Si, литах размерами 17 нм и оно было слабее, чем в однако признаки появления свободных дырок отсутствуобъемном Si. При уменьшении средних размеров до ют. Причиной является заглубление примесных уров8.3 нм оно ослаблялось еще больше [5]. Данные для нкней из-за усиления кулоновского взаимодействия между Si размерами 3-5 нм, в которых реально проявляются ядрами атомов B и носителями в нк-Si.

квантово-размерные эффекты, отсутствуют. Мы считаем, Авторы признательны С.Н. Василенко и О.С. Стречто введение B не сопровождается появлением в нк-Si мяковой за помощь при измерениях и S. Prokopenko адекватного количества дырок. Причина заключается в (Laser Zentrum Hannover e.V., Germany) за полезное соуглублении примесных уровней в нк-Si. Теоретические трудничество в проведении экспериментов по лазерному оценки [24,25] показывают, что в наночастицах должно отжигу.

заметно возрастать кулоновское взаимодействие между свободными носителями и атомными остовами. Это проРабота выполнена при поддержке грантом RUS 01/исходит из-за квантово-размерного сдвига энергетичеФедерального министерства образования и науки Гермаских уровней, влияния матрицы и снижения статической нии и грантом INTAS 00-0064.

диэлектрической проницаемости. Снижение подтверждено экспериментально в работе [26], где измеренный Список литературы показатель преломления света в нк-Si оказался равным 2 (т. е. 4 вместо 12 для объемного Si), а [1] M. Lannoo, C. Delerue, G. Allan. J. Luminesc., 70, также данными [27]. Именно благодаря исчезновению (1996).

свободных носителей заряда затормаживается травле[2] Y. Kanazawa, M. Fujii, S. Hayashi, K. Yamamoto. Sol. St.

ние при формировании пористого Si и автоматически Commun., 100, 227 (1996).

получаются наноструктуры с размерами, при которых [3] M. Fujii, S. Hayashi, K. Yamamoto. J. Appl. Phys., 83, проявляются квантовые эффекты [24,25]. (1998).

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Влияние имплантации ионов бора и последующих отжигов на свойства нанокристаллов Si [4] M. Fujii, A. Mimura, S. Hayashi, K. Yamamoto. Appl. Phys. Effect of boron ion implantation and of Lett., 75, 184 (1999).

subsequent anneals on Si nanocrystals [5] Y. Kanazawa, M. Fujii, S. Hayashi, K. Yamamoto. Mater. Sci.

G.A. Kachurin, S.G. Cherkova, V.A. Volodin, D.V. Marin, Eng., A217/218, 155 (1996).

[6] Mimura, M. Fujii, S. Hayashi, D. Kovalev, F. Koch. Phys. D.I. Tetelbaum, H. Becker+ Rev. B, 62, 12 625 (2000).

Institute of Semiconductor Physics, [7] M. Fujii, Y. Yamaguchi, Y. Takase, K. Ninomiya, S. Hayashi.

Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, Appl. Phys. Lett., 85, 1158 (2004).

630090 Novosibirsk, Russia [8] Д.И. Тетельбаум, И.А. Карпович, М.В. Степихова, Physicotechnical Research Institute, В.Г. Шенгуров, К.А. Марков, О.Н. Горшков. Поверхность, №5, 31 (1998). Nizhegorodsky State University, [9] Г.А. Качурин, С.Г. Яновская, Д.И. Тетельбаум, А.Н. Михай- 603950 Nizhny Novgorod, Russia + лов. ФТП, 37, 738 (2003).

Laser Centrum Hannover e. V., [10] G.A. Kachurin, S.G. Cherkova, V.A. Volodin, V.G. Kesler, 30419 Hannover, Germany A.K. Gutakovsky, A.G. Cherkov, A.V. Bublikov, D.I. Tetelbaum. Nucl. Instr. Meth. B, 222, 497 (2004).

Abstract

Both the photoluminescence and Raman spectroscopy [11] А.В. Двуреченский, Г.А. Качурин, Е.В. Нидаев, Л.С. Смирwere used to study the effect of implantation of 1013-1016 cm-2 B нов. Импульсный отжиг полупроводниковых материаions, and of subsequent thermal and laser-pulse (20 ns) annealing, лов (М., Наука, 1982).

on Si nanocrystals in SiO2. The implantations quenched the [12] В.М. Кошкин, В.В. Слезов. Письма ЖТФ, 30, 38 (2004).

photoluminescence caused by the quantum confinement. The [13] Г.А. Качурин, И.Е. Тысченко, В. Скорупа, Р.А. Янков, К.С. Журавлев, Н.А. Паздников, В.А. Володин, А.К. Гу- comparison with other particles has shown the energy loss for таковский, А.Ф. Лейер. ФТП, 31, 730 (1997).

quenching grows with growing of their masses. That was explained [14] G.A. Kachurin, I.E. Tyschenko, K.S. Zhuravlev, N.A. Pazdniby binding of generated defects in complexes, not serving as kov, V.A. Volodin, A.K. Gutakovsky, A.F. Leier, W. Skorupa, nonradiative recombination centers. The anneals confirmed the R.A. Yankov. Nucl. Instr. Meth. B, 122, 571 (1997).

existence of the radiation and impurity enhanced crystallization, [15] Г.А. Качурин, С.Г. Яновская, М.-О. Ruault, А.К. Гутаковand revealed some peculiarities connected with small dimensions ский, К.С. Журавлев, O. Kaitasov, H. Bernas. ФТП, 34, of boron atoms. Laser pulses were found to be more efficient and (2000).

that was ascribed to their ability of short-time melting. Despite the [16] M. Klimenkov, W. Matz, S.A. Nepijko, M. Lehman. Nucl.

indications that B atoms are present inside the nanocrystals, the Instr. Meth. B, 179, 209 (2001).

appearance of holes was not observed. Deepening of the impurity [17] L. Czepregi, E.F. Kennedy, T.J. Gallaher, J.W. Mayer, levels in nanocrystals is pointed out as a probable reason.

T.W. Sigmon. J. Appl. Phys., 48, 4234 (1977).

[18] D. Pacifici, E.C. Moreira, G. Franzo, V. Martorino, F. Priolo, F. Iacona. Phys. Rev. B, 65, 144 109 (2002).

[19] A. Janotta, Y. Dikce, M. Schmidt, C. Eisele, M. Stutzmann, M. Luysberg, L. Houben. J. Appl. Phys., 95, 4060 (2004).

[20] М.Д. Ефремов, В.В. Болотов, В.А. Володин, С.А. Кочубей, А.В. Кретинин. ФТП, 36, 109 (2002).

[21] H.J. von Bardeleben, C. Ortega, A. Grosman, V. Morazzani, J. Siejka, D. Stievenard. J. Luminesc., 57, 301 (1993).

[22] G. Mauckner, W. Rebitzer, K. Thonke, R. Sauer. Sol. St.

Commun., 91, 717 (1994).

[23] Y. Kanazawa, M. Fujii, S. Hayashi, K. Yamamoto. Mater. Sci.

Eng. A, 217/218, 155 (1996).

[24] R. Tsu, D. Babic. Appl. Phys. Lett., 64, 1806 (1994).

[25] R. Tsu. Appl. Phys. A, 71, 391 (2000).

[26] Т. Хасанов, А.С. Мардежов, С.Г. Яновская, Г.А. Качурин, O. Kaitasov. Опт. и спектр., 90, 924 (2001).

[27] T.P. Chen, Y. Liu, M.S. Tse, O.K. Tan, P.F. Ho, K.Y. Liu, D. Gui, A.L.K. Tan. Phys. Rev. B, 68, 153 301 (2003).

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.