Структурные и оптические свойства нанокластеров кремния в матрице субоксида кремния (1104916), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Были полученыследующие основные результаты:1.С использованием комплекса экспериментальных методов изучено влияниетермического отжига на процесс формирования кремниевых нанокластеровв слоях субоксида кремния SiOx (1 ≤ x < 2) и выявлены следующиезакономерности:притемпературахотжигадо600 оСпроисходитобразование фазы аморфного кремния; при температурах отжига до 900 оСформируются цепочки аморфных нанокластеров кремния, по которымвозможно движение носителей заряда; при температурах отжига около1000 оСначинаетсяобразованиенанокристалловкремния;притемпературах отжига более 1100 оС формируются цепочки нанокристаллов,по которым возможна миграция экситонов; при температурах больше илипорядка 1200 оС происходит укрупнение (коалесценция) нанокристалловкремния.2.Из данных ИК-спектроскопии поглощения на кремний-кислородных связяхустановлено, что объемная доля фазы кремния увеличивается с 0 до 30 %для слоев SiOx (x ≈ 1) при увеличении температуры отжига от 200 до1200 оС.
Указанные изменения фазового состава слоев приводят кизменению эффективного показателя преломления в УФ, видимом иближнем ИК-диапазонах спектра.3.Изданныхспектроскопиикомбинационногорассеяниясветасиспользованием методики одновременного определения средних размерови объемной доли нанокристаллов кремния установлено, что средниеразмеры нанокристаллов увеличиваются с 4 нм до 7 нм, а их объемная долявозрастает до 17 % при увеличении температуры отжига слоев SiOx (x ≈ 1)20от 950 до 1200 оС.
Обнаруженное увеличение размеров нанокристаллов примаксимальныхтемпературахотжигаобъясненоэффектомслияния(коалесценции) близкорасположенных контактирующих нанокристалловкремния в процессе отжига.4.Обнаружено влияние подложки на процесс формирования нанокристалловкремния при высокотемпературном отжиге слоев SiOx (x ≈ 1).
По даннымспектроскопии комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции,установлено, что при использовании в качестве подложки пластин сапфирасредние размеры нанокристаллов на 10-15% больше, чем для слоев,сформированных на кварцевых подложках, что может быть объясненовлиянием механических напряжений, стимулирующих диффузию атомовкремния при высокотемпературном отжиге.5.Выявленанемонотоннаязависимостьинтенсивностииположениямакcимума ФЛ, измеренной в спектральном диапазоне от 500 до 1100 нм вслоях SiOx (x ≈ 1), подвергнутых термическому отжигу при температурах200-1200 оС. Локальный максимум такой зависимости при температуреоколо600 оС можноаморфногокремния,перколяционногообъяснитьобъемнаяпорогаФЛизолированныхдоля(≈ 16 %).которыхПривнанокластеровслояхдальнейшемдостигаетувеличениитемпературы отжига объемная доля превышает указанное выше значение,чтоприводитконтактирующихквозможностинанокластеров,интенсивностиихинтенсивностьФЛобеспечивающихФЛ.протеканияа,следовательно,Установлено,достигаетприформированиезарядачтосистемеуменьшениюнаибольшеготемпературахсистемыкпозначения1000 – 1050 оС,нанокристалловкремния,объемная доля которых приближается к перколяционному порогу.
Притемпературах около 1200 оС интенсивность ФЛ снижается, что можнообъяснитьэффектомвзаимовлияниянанокристаллов,которыепримаксимальных температурах отжига могут объединяться, образуя более21крупные нанокристаллы.6.Установлено, что времена жизни ФЛ нанокристаллов кремния зависят от ихконцентрации, уменьшаясь при увеличении последней, что можнообъяснитьвзаимовляниемнанокристаллов,увеличивающимстепеньделокализации фотовозбужденных носителей заряда (экситонов). Приувеличении объемной доли нанокристаллов в слоях SiOx времена жизниэкситонной ФЛ укорачиваются, а степень неэкспоненциальности кинетикФЛ возрастает, что объясняется эффектом миграции экситонов по цепочкамвзаимодействующих нанокристаллов с последующей безызлучательнойрекомбинацией на дефектах.7.Впервыепродемонстрировано,чтослоилюминесцирующихнанокристаллов кремния с характерными размерами от 4 до 8 нм иобъемной долей от 40 до 90 % могут быть сформированы кратковременнымвысокотемпературным (900-950 оС) отжигом с последующим химическимтравлением в растворах на основе плавиковой кислоты.
Исследованиеспектров и кинетик ФЛ указывает на то, что природой даннойлюминесценцииявляетсяизлучательнаярекомбинацияэкситоноввнанокристаллах кремния с пассивированными поверхностными связями.Цитируемая литература1. N. Daldosso, L. Pavesi // Laser & Photon. Rev., 2009, v.3, pp.508-534.2. A.G.Cullis, L.T.Canham, P.D.G. Calcott // J.Appl. Phys, 1997, v.82, pp.909-964.3. F. Iacona et al. // J.
Appl. Phys., 2004, v.95, № 7, pp.3723-3733.4. С.А.Дьяков, Д.М.Жигунов, В.Ю.Тимошенко // ФТП, 2010, т.44, с.486-490.5. R. Tsu et al. // Appl. Phys. Lett., 1982, v.40, № 6, pp. 534-535.6. M. Zacharias et al. // Appl. Phys. Lett., 2002, v.80, pp.661-663.7.
I. Solomon et al. // J.Appl.Phys., 2008, v.103, pp.083108-1 - 083108-4.8. M Nakamura et al. // Sol. Stat. Comm., 1984, v.50, pp.1079-1081.9. В.Г. Голубев и др. // ФТТ, 1997, т.39, с.1348-1353.10. С. В. Гайслер и др. // ФTT, 2004, т.46., с.1023-1025.22СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИСтатьи в журналахА1.
D.M. Zhigunov, V.N. Seminogov, V.Yu. Timoshenko, V.I. Sokolov,V.N. Glebov, N.E. Maslova, O.A. Shalygina, S.A. Dyakov, P.K. Kashkarov,V.Ya. Panchenko, “Effect of Thermal Annealing on Structural andPhotoluminescence Properties of Silicon-rich Silicon Oxides” // Physica E, 2009,v. 41, pp. 1006-1009.А2.
Л.А. Головань, И.О. Джунь, А.Е. Докукина, С.В. Заботнов, А.А. Ежов,П.К. Кашкаров,Н.Е. Маслова,И.О. Остапенко,В.И. Панов,В.Ю. Тимошенко, “АСМ исследования наночастиц, формирующихся примодифицировании поверхности кремния фемтосекундными лазернымиимпульсами” // Изв. РАН, сер. физическая, 2009, т. 73, № 1, с.
43-45.А3. В.Н. Семиногов, В.И. Соколов, В.Н. Глебов, А.М. Малютин, Е.В. Троицкая,С.И. Молчанова, А.С. Ахманов, В.Я. Панченко, В.Ю. Тимошенко,Д.М. Жигунов, П.А. Форш, О.А. Шалыгина, Н.Е. Маслова, С.С. Абрамчук,П.К. Кашкаров, “Исследование структурно-фазовых трансформаций иоптических свойств композитов на основе нанокластеров кремния вматрице оксида кремния” // Дин. сложн. сист., 2009, №2, т.3, с. 3-16.А4.
Y. T. Taurbayev, V. Yu. Timoshenko, N. E. Maslova, K. A. Gonchar, K. K.Dihanbayev, V. E. Nikulin, E. A. Svanbayev, and T. I. Taurbayev, “Formation ofluminescent nanocrystalline silicon films from a-Si:H by using rapid thermalannealing and wet chemical etching” // Вестник КазНУ, серия физическая,2009, №4, с. 67-72.А5. V.Yu. Timoshenko, K.A. Gonchar, N.E. Maslova, Y.T. Taurbayev andT.T. Taurbayev, “Electrochemical nanostructuring of semiconductor wafers bycapillary-force-assisted method” // Int. Journal of Nanoscience, 2010, v. 9, No. 2,pp. 1-5.А6. Н.Е.
Маслова, А.А. Антоновский, Д.М. Жигунов, В.Ю. Тимошенко,В.Н. Глебов, В.Н. Семиногов, “Исследование нанокристаллов кремния вслоях субоксида кремния методом комбинационного рассеяния света” //ФТП, 2010, №8, с. 1074-1077.А7. В.Н. Семиногов, В.И. Соколов, В.Н. Глебов, А.М. Малютин, Е.В. Троицкая,С.И. Молчанова, А.С.
Ахманов, В.Я. Панченко, В.Ю. Тимошенко,Д.М. Жигунов, П.А. Форш, О.А. Шалыгина, Н.Е. Маслова, П.К. Кашкаров,“Перколяционный анализ структурных превращений и образованиенанокластеров кремния при термическом отжиге пленок SiOx” //Перспективные материалы, 2010, № 8 (принята к печати).23.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
