Фізичні властивості світловипромінюючих структур з кремнієвими нанокластерами, отриманих методом іонно-стимульованого синтезу - Автореферат

Фізичні властивості світловипромінюючих структур з кремнієвими нанокластерами, отриманих методом іонно-стимульованого синтезуСтруктури з нанорозмірними кремнієвими кластерами (Si-нк) вважаються одними з найперспективніших матеріалів для створення нового покоління опто-, мікро - та наноелектронних приладів, таких, як світлодіоди, лазери, елементи памяті. Випромінювання світла у видимому діапазоні спектра при кімнатній температурі, яке характерне для структур із Si-нк у діелектричній матриці, зумовило інтенсивні дослідження їх властивостей. Найбільшу увагу дослідників привертає структура з Si-нк у матриці оксиду кремнію, що формується методом високотемпературного розпаду субокисду кремнію SIOX (x<2), отриманого різними способами (напилення, іонна імплантація, хімічне осадження та ін.). Незважаючи на інтенсивні дослідження, і досі немає єдиної думки про механізми випромінювальної рекомбінації у таких структурах, а результати дослідження світловипромінювальних властивостей таких структур часто суперечать один одному. Мета і задачі дослідження: метою роботи було дослідження фізичних механізмів випромінювальної рекомбінації у нанокристалічних структурах на основі кремнію та іонно-стимульована модифікація світловипромінюючих властивостей таких структур.У другому розділі описано методи синтезу вихідних плівок SIOX, способи формування і модифікації властивостей структур із кремнієвими нанокластерами та розглянуто основні методи дослідження вихідних плівок і наноструктурованих обєктів. Вихідні плівки субоксиду кремнію SIOX (x<2) отримувалися трьома різними способами: плазмохімічним осадженням із газової фази (Plasma enhanced chemical vapor deposition - PECVD), термічним випаровуванням мішені SIO у вакуумі та імплантацією іонів кремнію в плівку SIO2. Для формування кремнієвих нанокластерів у плівці SIO2 структури піддавалися термічним обробкам при температурі 200 - 12800С з тривалістю від 2 хв. до 6 год. у різних середовищах: Ar, N2, O2, H2, N2 O2 та у вакуумі. Для модифікації властивостей кремнієвих нанокластерних структур у плівки SIOX і у структури з кремнієвими нанокластерами методом іонної імплантації вводилися домішки Al, Ti та N. Методом вторинної іонної мас-спектрометрії (TOF SIMS, SNMS) було виявлено, що для плівок SIOX, отриманих методом PECVD і термічним напиленням характерний рівномірний розподіл кремнію по глибині.Нами показано, що НТ модифікуючий відпал структур зі сформованими нанокластерами при температурі 4500С призводить до суттєвого збільшення інтенсивності ФЛ. Найбільша інтенсивність ФЛ спостерігається для структур, які після високотемпературного відпалу піддавалися НТ обробці в суміші азоту та кисню. Для зразків, сформованих у атмосфері Ar, інтенсивність ФЛ після НТ відпалу зростає більше, ніж у випадку формування структури в атмосфері N2. Найбільша інтенсивність ФЛ спостерігається для структур із Si-нк, сформованих при високотемпературному відпалі в Ar, які потім пройшли додаткову термообробку в суміші азоту та кисню при 450ОС і наступний пасивуючий відпал у водні. Нами показано, що для таких структур проявляється чітка кореляція між механічними напруженнями та інтенсивністю ФЛ: при зменшенні механічних напружень збільшується інтенсивність ФЛ (таблиця 2).Досліджено світловипромінювальні властивості структур із кремнієвими нанокластерами в матриці SIO2, отриманих різними методами: PECVD, термічне напилення, іонна імплантація. Встановлено, що максимальна інтенсивність ФЛ спостерігається для плівок із концентрацією кремнію 39 - 40 ат.%, відпалених у діапазоні температур 1100 - 11500С, незалежно від способу синтезу вихідної плівки. Встановлено, що інтенсивність ФЛ залежить від дози імплантованих іонів, максимальне збільшення інтенсивності (~ 25%) спостерігається при дозі Al ~ 8·1015 іон/см2. Показано можливість збільшення інтенсивності ФЛ структур із Si-нк при введенні певної концентрацій азоту: для структур з концентрацією кремнію ~ 40 ат.% така оптимальна концентрація азоту знаходиться в діапазоні 3,5-4 ат.%. Атоми азоту сприяють стабілізації розмірів нанокластерів, збільшенню їх концентрації та модифікації границь поділу нанокластер-матриця за рахунок пасивації центрів безвипромінювальної рекомбінації і створення додаткових центрів випромінювальної рекомбінації (звязки Si=O).

Основний зміст роботи