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

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИАВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук Науковий керівникдоктор фізико-математичних наук, професор Корсунська Надія Овсіївна, Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Офіційні опоненти:доктор фізико-математичних наук, професор Куліш Микола Родіонович, Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України, провідний науковий співробітник кандидат технічних наук, доцент Шмирьова Олександра Миколаївна, Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, доцент кафедри мікроелектроніки Захист відбудеться “21” грудня 2007 р. о 1415 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.199.01 в Інституті фізики напівпровідників імені В.Є.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 (рис. 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 (рис. При більш тривалому (1 рік) старінні смуга зміщується у високоенергетичну область і продовжує зростати за інтенсивністю (рис. З ростом часу старіння інтенсивність цієї смуги сильно зростає і після тривалого старіння при поверхневому збудженні в області температур до 250 К Ч-смуга домінує в спектрі ФЛ. В той же час смуга ФЛ щойновиготовленого макропористого кремнію подібна до смуги постарілого нанопористого, а спектри ІЧ-поглинання щойновиготовлених шарів макропористого кремнію, на відміну від шарів нанопористого, демонструють присутність окислу кремнію.Показано, що шари SIOX, одержані в процесі магнетронного розпилення з двох мішеней, є пористими, а їх хімічний склад є однорідним за товщиною. Ці шари демонструють наявність в них яскравої ФЛ в близькій ІЧ-області спектру. Встановлено, що в шарах з CSI > 50 % кристаліти, оточені окислом, утворюються, переважно, при розпаді SIOX, який виникає при окисленні фази кремнію.

Основний зміст