Радіаційно-стимульовані ефекти в кремній-оксидних плівках з нановключеннями кремнію - Автореферат

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ ім.Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників ім. Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Лісовський Ігор Петрович, Інститут фізики напівпровідників ім. Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Крайчинський Анатолій Миколайович, Інститут фізики НАН України, провідний науковий співробітник доктор фізико-математичних наук, професор Скришевський Валерій Антонович, Київський національний університет ім. Захист відбудеться “18 ”грудня 2009 р. о 1615 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.199.01 при Інституті фізики напівпровідників ім.Це обумовлено тим, що кремній - непрямозонний напівпровідник, тому його використання в оптоелектронних приладах обмежене через слабку випромінювальну здатність при кімнатній температурі. На відміну від обємного, нанорозмірний кремній, вбудований в широкозонну діелектричну матрицю (зокрема, кремній-оксидну - SIO2), здатний випромінювати світло в видимій та ближній ІЧ області спектру і може стати основою для створення перспективних світловипромінювальних елементів та оптоелектронних приладів на їх основі. Для вирішення цієї проблеми виникає необхідність дослідження властивостей таких структур під дією радіації. Метою дисертаційної роботи було дослідження впливу радіаційних та радіаційно-термічних обробок на структурні та світловипромінювальні властивості нановключень кремнію, вбудованих в кремній-оксидну матрицю. Відповідно до поставленої мети вирішувались наступні наукові задачі: · Встановити взаємозвязок між структурою, складом вихідної оксидної матриці та характеристиками нановключень кремнію, які утворюються внаслідок фазового розділення SIOX.Появу фази кремнію в матриці оксиду після термообробок плівок SIOX при температурах 700-1100 ОС було продемонстровано методом XPS. В третьому розділі досліджено трансформацію структури окислу SIOX (перебудова молекулярних комплексів Si-Oy-Si4-у (0 ? у ? 4)) при формуванні нановключень кремнію в процесі термообробок при температурах 600-1100 ОС. Аналіз хімічного складу структури оксиду кремнію та виділення фази Si в процесі термостимульованого фазового розділення плівок SIOX було детально досліджено методом XPS (рис. 1), відносний вміст молекулярних комплексів Sin (n= 1-3 - кількість атомів кисню) з температурою відпалу зменшується, в той час як спостерігається збільшення відносної концентрації кремнію (Si0) в матриці оксиду кремнію. При проміжних температурах відпалу (800 - 1000 ОС) не відбувається повного фазового розділення в плівках SIOX, вони складаються з фаз SIOX, SIO2 та кремнію, вміст яких залежить від температури відпалу.Показано, що нановключення аморфного кремнію вбудовані в матрицю SIOX (набір молекулярних комплексів Si-Oy-Si4-у (0 ? у ? 4)), а нановключення кристалічного кремнію, вбудовані в матрицю SIO2 (4-та 6-членні кільця SIO4). Запропонована модель термостимульованого фазового розділення плівок SIOX, що враховує термодинамічну рівновагу між матрицею оксиду кремнію та фазою виділеного кремнію. Згідно з розрахунками у випадку формування аморфного кремнію повного фазового розділення відбуватися не може і шар оксиду кремнію, що оточує na-Si включення залишається нестехіометричним, а навколо nc-Si формується область стехіометричного SIO2. 2. ?-опромінення (?105 рад) структур кремній-оксидних плівок як з аморфними нановключеннями кремнію, так і з кристалічними призводить до утворення радіаційних дефектів, які суттєво (до 2 разів при дозах ?107 рад) зменшують інтенсивність фотолюмінесценції.

Основний зміст