Природа люмінесценції та процеси старіння структур з кремнієвими наночастинками в оксидній матриці - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ імені В.Є. АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наукЗахист відбудеться "21" грудня 2007 р. о 1415 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.199.01 в Інституті фізики напівпровідників імені В.Є. Показано, що в системах, одержаних магнетронним розпиленням, з великою концентрацією надлишкового кремнію (CSI) кристаліти, оточені окислом, утворюються, переважно, при розпаді SIOX, який виникає при окисленні фази кремнію в процесі напилення або при старінні. Диссертация посвящена исследованию термостимулированных преобразований в системах SIOX, полученных методом магнетронного распыления, природы свечения ряда систем, содержащих наночастицы кремния (слоев, полученных методами магнетронного распыления двух мишеней и осаждения из газовой фазы при низком давлении, а также слоев пористого кремния, полученных методами электролитического и химического травления), и процессов их старения. Показано, что в системах, полученных магнетронным распылением, с большим избытком кремния (CSI) кристаллиты, окруженные окислом, образуются, преимущественно, при распаде SIOX, который возникает при окислении фазы кремния в процессе напыления или старения. В слоях макропористого кремния, полученного электролитическим травлением, и нанопористого Si, полученного химическим травлением, полосы ФЛ являются суперпозицией полос, связанных с рекомбинацией экситонов в наночастицах кремния и рекомбинацией носителей через центры в окисле, сразу после приготовления.Оскільки кристаліти кремнію в por-Si швидко окислюються на повітрі, з часом цей матеріал представляє собою структуру, що містить кристаліти в оточенні окислу. Вважається, що системи, виготовлені за цією технологією, є більш стабільними з точки зору люмінесцентних властивостей, ніж пористий кремній. Дослідженню процесів формування кристалітів кремнію в оксидній матриці присвячено багато робіт. Таким чином, актуальність роботи визначається як необхідністю розвитку уявлень про процеси формування квантоворозмірних структур на основі кремнію та процеси ФЛ в них, так і перспективами використання нанокристалічного кремнію для створення джерел випромінювання. Метою дисертаційної роботи є дослідження термостимульованих перетворень у системах SIOX, одержаних методом магнетронного розпилення, а також встановлення природи свічення ряду систем, що містять нанокристаліти кремнію (шарів, одержаних методами магнетронного розпилення з двох мішеней і осадження з газової фази при низькому тиску, шарів пористого кремнію, одержаних методами електролітичного і хімічного травлення) та порівняння стабільності досліджених низьковимірних кремнієвих систем.Викладено аналіз літературних даних щодо фотолюмінесцентних властивостей та природи свічення низьковимірних кремнієвих систем, зокрема, систем nc-Si/SIO2, одержаних методом магнетронного розпилення, та пористого кремнію. На підставі аналізу цих даних поставлено актуальні наукові задачі, що потребують вирішення, а саме, дослідження термостимульованих перетворень у системах, одержаних магнетронним розпиленням, а також встановлення природи свічення та оцінка стабільності ряду систем з наночастинками кремнію (шарів, одержаних методами магнетронного розпилення з двох мішеней та осадження з газової фази при низькому тиску, та шарів пористого кремнію, одержаних методами електролітичного та хімічного травлення). У другому розділі досліджується вплив високотемпературного (1150ЄС) відпалу на хімічний склад, структурні та фотолюмінесцентні властивості, а також розподіл цих характеристик за глибиною шару для систем SIOX, одержаних методом магнетронного розпилення. З метою зясування впливу додаткового окислення шарів SIOX на процес їх розпаду, досліджувалися зразки трьох груп: 1) зразки, одержані в присутності потоку повітря та відпалені відразу після напилення (1 група); 2) зразки, отримані в присутності повітря та відпалені через 6 місяців після напилення (2 група); 3) зразки, отримані при відсутності повітря та відпалені відразу після напилення (3 група). Спектри КРС демонструють присутність у невідпаленому шарі аморфної фази кремнію, а дані Оже-спектроскопії показують, що шари складаються, переважно, із суміші фаз Si та SIO2, і свідчать про однорідний розподіл хімічного складу напиленого шару за його товщиною.Спектри ФЛ, щойновиготовлених шарів електролітично травленого нанопористого кремнію при 77 К, виміряні при збудженні світлом з Езбудж = 3.68 ЕВ містять одну смугу в ІЧ-області спектру. Через 3 місяці інтенсивність ФЛ суттєво зростає, причому її спектр знову містить тільки одну смугу, однак її напівширина суттєво перевищує напівширину вихідної ІЧ-смуги, а максимум зміщений у високоенергетичну область.

Основний зміст