Формирование и оптоэлектронные свойства периодических структур с массивами нанокристаллов кремния в диэлектрике тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

005047и ^^

ЧУГРОВ Иван Александрович

ФОРМИРОВАНИЕ И ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ПЕРИОДИЧЕСКИХ СТРУКТУР С МАССИВАМИ НАНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ В ДИЭЛЕКТРИКЕ

Специальность 01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 О СЕН 2012

Нижний Новгород - 2012

005047029

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников и оптоэлектроники Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

доцент

Ершов Алексей Валентинович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор

Герасименко Николай Николаевич

кандидат физико-математических наук, Степихова Маргарита Владимировна

Ведущая организация: Воронежский государственный университет,

г. Воронеж

Защита состоится «3» октября 2012 г. в 16:00 на заседании диссертационного совета Д.212.166.01 в Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

Автореферат разослан » августа 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.166.01, доктор физико-математических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В современной электронике кремний (51) является основным материалом для создания больших и сверхбольших интегральных схем. Большие запасы сырья, легкость образования химически и электрически прочного оксида (5102), высокий уровень развития кремниевой планарной технологии являются главными достоинствами этого полупроводникового материала. С другой стороны, кремний, в силу «непрямозонности» энергетической диаграммы, обладает низкой эффективностью люминесценции при комнатной температуре.

Ключевым подходом к повышению эффективности кремния как излучателя является формирование массивов низкоразмерных (порядка единиц нанометров) нанокристаллов (НК) 81 в матрице широкозонного полупроводника или диэлектрика. Уменьшение размеров кремния от «объемных» кристаллов до квантовых точек модифицирует его энергетический спектр, в той или иной степени снимая проблему слабой люминесценции и одновременно решая проблему спектрального сдвига области люминесценции в область более коротких, чем «межзонное» излучение массивного 51, длин волн. Установлено, что система НК Б1 в диэлектрической матрице проявляет интенсивную люминесценцию в видимой и ближней инфракрасной области спектра (0.7-0.9 мкм) при комнатной температуре. Применение структур с НК 51 открывает возможности эффективного функционирования, интегрирования и дизайна таких устройств, как светоизлучатели, оптические усилители, солнечные элементы нового поколения. Создание высокоэффективных светоизлучающих структур позволит, в частности, без дорогостоящих затрат перейти от интегральных «чисто электронных» к интегральным оптоэлектронным микросхемам, где излучательные, приемные и соединительные компоненты будут изготовлены по единой кремниевой планарной технологии в монолитном исполнении.

Одним из типов наноструктур являются многослойные системы «нанок-ристаллический кремний / оксид» (НК 51/оксид), полученные путем высокотемпературного (1000-1100 °С) отжига (ВТО) аморфных многослойных нано-периодических структур (МНС) а-81/оксид или а-БЮ^/оксид - аморфных аналогов кристаллических сверхрешеток. Формирование наноструктур основано на модификации фазового состава МНС при ВТО: в кремнийсодержащих слоях (а-51 или а-5Юх) образуются НК 51, а их размер в направлении роста ограничен

з

толщиной данных слоев. Таким образом, система представляет собой массивы НК, разделенные диэлектрическими барьерными слоями в вертикальном направлении (направлении роста). Размер НК в каждом слое задается толщиной слоя a-Si или a-SiO^, а упорядоченность системы в направлении роста - периодичностью МНС. При этом имеется возможность создания массивов НК с одинаковыми средними размерами, либо с их чередованием в направлении роста.

Многослойные системы НК Si/оксид должны обладать набором перспективных технологических достоинств, позволяющих управлять их свойствами, в частности люминесцентными. Первое - это возможность изменения диапазона длин волн и интегральной интенсивности фотолюминесценции (ФЛ) путем задания соответственно толщины кремнийсодержащих слоев (размеров НК) и их слоевой концентрации (количества НК на единицу площади в направлении роста). Второе - потенциальная возможность задания параметров энергетической диаграммы (в частности разрывов зон) и характера движения носителей с помощью регулирования высоты и ширины барьеров для электронов и дырок в НК (т.е. вероятности термической или туннельной эмиссии носителей) путем выбора материала оксида (Si02, А1203, Zr02 и т.п.) и его толщины. Выбор материала барьерного оксида позволяет также регулировать величину эффективной диэлектрической проницаемости (или показателя преломления) наноструктуры в целом, что важно при создании световодных структур в ряде оптоэлектрон-ных приборов. Третье - практически не изученная для многослойных систем НК Si/оксид возможность управления квантово-размерными свойствами (в том числе эффективностью люминесценции) и особенностями формирования НК Si путем введения электрически активных примесей, таких как бор и фосфор, а также возможность повышения эффективности люминесценции путем подавления безызлучательной рекомбинации с помощью гидрогенизации.

К началу выполнения данной работы в литературе был представлен цикл публикаций (см., например, [1]), где для создания массивов НК Si в матрице SÍO2 использовался высокотемпературный (> 1000 °С) отжиг аморфных «сверхрешеток» Si0/Si02, полученных испарением монооксида кремния в реактивной кислородной атмосфере. При реактивном испарении SiO кислородная среда использовалась для формирования барьерных слоев Si02 [1].

В настоящей работе, с использованием «сверхрешеточного» подхода [1], формирование аморфных МНС осуществлялось испарением SiO и стехиомет-

рического оксида (Si02, Zr02 или А1203) из раздельных источников. Именно применение раздельных источников испарения при формировании МНС, в отличие от метода [1], дает большую степень свободы в выборе материалов гетерогенных систем, а именно - возможность замены материалов «ямных» и/или «барьерных» слоев, например SiO^ на a-Si или Si02 на Zr02 и А120з. Однако на начальном этапе исследований понадобилась отработка условий напыления и отжига и изучения их влияния на оптические свойства названных систем, начиная с 8Ю2-матрицы.

Цель н основные задачи работы

Цель работы - получение и исследование структурных, оптических и электрофизических свойств систем с упорядоченными в направлении роста массивами нанокристаллов кремния в оксидных матрицах с разной диэлектрической проницаемостью.

Основные задачи работы:

1. Разработка методики создания систем массивов нанокристаллов кремния в оксидных диэлектрических матрицах (Si02, А120з, Zr02) путем высокотемпературного отжига аморфных многослойных нанопериодических структур а-ЗЮУоксид, полученных вакуумным испарением из раздельных источников.

2. Исследование влияния условий отжига, материала диэлектрика, периодичности системы в направлении роста, размера и структур нановключений кремния на люминесцентные свойства систем.

3. Исследование связи между люминесцентными свойствами и фазовым составом, структурой системы массивов нанокристаллов кремния в диэлектрических матрицах (Si02, А120з, Zr02) с использованием методов просвечивающей электронной микроскопии, ИК-спектроскопии, комбинационного рассеяния света.

4. Изучение влияния гидрогенизации и ионного легирования (Р+ и В+) на ФЛ НК Si в матрицах с разной диэлектрической постоянной.

5. Изучение характеристик электронного транспорта в многослойных нанопериодических структурах НК Si/диэлектрик (Si02, А120з, Zr02).

Научная новизна работы

1. Впервые обнаружена и измерена фотолюминесценция массивов нанокристаллов кремния в диэлектрической матрице, сформированных высоко-

температурным отжигом многослойных нанопериодических структур а-БЮ^/ЗЮг, а-ЪЮх/ТлОг и а-ЗЮ^/А^Оз, полученных по оригинальной методике вакуумного испарения из раздельных источников.

2. Экспериментально показано, что интенсивность люминесценции массивов нанокристаллов кремния в диэлектрических матрицах (8Ю2, А1203, ЪгОг), полученных по указанной методике, может быть повышена путем отжига образцов в молекулярном водороде при 500 °С.

3. Впервые предпринята попытка модифицирования ФЛ полученных структур с нанокристаллами кремния в диэлектрических матрицах (5Ю2, А1203, Zr02) путем ионного легирования.

4. Установлено, что в МНС а-БЮ^Юг, а-5\ОД.тОг и а-ЗЮ^АЬОэ, подвергнутых высокотемпературному отжигу, протекание тока может быть описано теорией электронного транспорта по цепочкам гранул в условиях ку-лоновской блокады.

Практическая ценность работы

Результаты работы могут быть использованы при разработке опто- и на-ноэлектронных устройств, предположительно для решения задач замены электрических межсоединений на оптические, синтеза светоизлучающих элементов на базе «непрямозонных» полупроводников, в частности кремния, создания на едином чипе многофункциональных устройств (источников излучения, оптических световодов, усилителей, преобразователей оптического сигнала, элементов памяти и др.).

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов

Достоверность результатов, представленных в диссертации, обеспечивается использованием комплекса современных взаимодополняющих методов исследования: малоугловой рентгеновской дифракции, высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии, оптических и электрофизических измерений, использованием современного программного обеспечения для численной обработки и хорошей воспроизводимости результатов эксперимента, полученных на современном оборудовании научно-исследовательского центра физики твердотельных наноструктур (НОЦ ФТНС) ННГУ, института физики микроструктур РАН и кафедры ФПО ННГУ.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Многослойные нанопериодические структуры а-БЮ^/диэлектрик (Si02, А1203, Zr02), полученные вакуумным испарением из раздельных источников, после высокотемпературного (1000-1100 °С) отжига в атмосфере азота демонстрируют размерно-зависимую фотолюминесценцию в области 650-850 нм.

2. Высокотемпературный отжиг многослойных нанопериодических структур a-SiO/циэлектрик (Si02, А1203, Zr02) при 1100 °С приводит к формированию вертикально упорядоченных кремниевых кристаллических нановклю-чений с размерами, близкими к исходной толщине слоев SiO,.

3. Изменение оптических свойств многослойных нанопериодических структур a-SiO,/диэлектрик (Si02, А1203, Zr02) по мере роста температуры отжига от 500 до 1100 °С обусловлено термически стимулированными структурно-фазовыми превращениями в слоях субоксида кремния в последовательности: нефазовые включения кремния - аморфные Si кластеры - нанокристаллы; а гидрогенизация систем с массивами НК Si в матрицах Zr02 и А1203 путем отжига в молекулярном водороде при 500 °С приводит к росту интенсивности ФЛ за счет пассивации водородом оборванных связей.

4. Вольтамперные характеристики многослойных нанопериодических структур a-SiO^/диэлектрик (Si02, А1203, Zr02), подвергнутых высокотемпературному отжигу, могут быть описаны теорией электронного транспорта по цепочкам гранул в условиях кулоновской блокады.

Публикации и апробация результатов работы

Основные результаты диссертации были представлены на конференциях: Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение» (Саранск, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011), Всероссийская конференция «Физические и физико-химические основы ионной имплантации» (Казань, 2008; Н.Новгород, 2010), Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (С.Петербург, 2009, 2011), Нижегородская научная сессия молодых ученых (Н.Новгород, 2008, 2009, 2010), Ежегодный Симпозиум «Нанофизика и нано-электроника» (Н.Новгород, 2009, 2010, 2011, 2012), 5th IUPAC International

Symposium on Novel materials and their Synthesis (Shanghai, China, 2009), International Conference on Ion Beam Modification of Materials (Vieux Montréal (Québec), Canada, 2010), Международная конференция «Кремний» (Н.Новгород, 2010; Москва, 2011), International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials (Paris, France, 2010), 1-я международная конференция «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» (С.Петербург, 2010), 2-я международная научная конференция «Наноструктурные материалы - 2010: Беларусь -Россия - Украина» (Киев, Украина, 2010), 2-я конференция-школа для молодых ученых «Дифракционные методы исследования вещества: от молекулы к кристаллам и наноматериалам» (Черноголовка, 2010), 16-я Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (Волгоград, 2010), 20-я Международная конференция «Взаимодействие ионов с поверхностью» (Звенигород, 2011), 17-я Всероссийская научная конференция студентов физиков и молодых ученых (Екатеринбург, 2011), Международная конференция «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь, 2011), а также на студенческих конференциях физического факультета ННГУ, семинарах НОЦ ФТНС ННГУ и кафедры физики полупроводников и оптоэлектроники ННГУ (2006-2011).

Ряд докладов отмечен дипломами: на 13-ой Нижегородской сессии молодых ученых (Н.Новгород, 2008), на 11-ой всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто-и наноэлектронике (С.Петербург, 2009).

Работа по теме диссертации выполнялась автором, будучи руководителем проекта ГК №П2086 в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и ответственным исполнителем проектов: АВЦП Федерального агентства по образованию «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект РНП.2.1.1.933), проектов ГК №П1414, ГК №П314, № 16.740.11.0202 и №14.740.11.1060 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», гранта Президента РФ (МК-185.2009.2) и гранта РФФИ № 10-02-00995.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 48 печатных работ, в том числе 7 статей в изданиях, входящих в перечень ВАК, 10 статей в сборниках трудов конференций, 30 тезисов докладов и 1 учебно-методическое пособие.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем диссертации составляет 153 страницы, включая 50 рисунок, 8 таблиц, список литературы, который содержит 205 наименований, и список публикаций по теме диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении отражена актуальность проблемы, указаны научная новизна и практическая значимость работы; приведены цель и основные задачи работы, представлены сведения о структуре и содержании диссертации; сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе сделан краткий обзор, проведены анализ и обобщение литературных данных по направленной модификации свойств многослойных наноструктур на основе субоксида кремния (БЮХ при х < 2) и стехиометриче-ского диоксида кремния (5Ю2). Рассматриваются процессы термически индуцированного формирования НК 51 в слоях субоксида кремния, разделенных в направлении роста тонкими слоями стехиометрического диоксида кремния.

Рассмотрение материала осуществляется в следующей последовательности: получение и свойства отдельных слоев вЮ« многослойных нанопериоди-ческих структур 0-51/5102 и 5ЮЛ/5Ю2. Для каждого материала рассматриваются фазовые превращения при термическом отжиге, а затем люминесцентные свойства массивов НК в матрице 5Ю2- Далее обсуждается электронный транспорт в системах с массивами НК 51 в диэлектрической матрице. В завершение обсуждаются основные свойства оксидов с высокой диэлектрической проницаемостью (high-k диэлектриков) как альтернативных подзатворных диэлектриков. Глава заканчивается выводами, обоснованием и формулировкой цели и основных задач диссертации.

Вторая глава посвящена описанию оригинальной методики формирования систем оксидов с разной диэлектрической проницаемостью, содержащих массивы нановключений кремния, путем ВТО полученных вакуумным испарением из раздельных источников МНС а-5Ю^/оксид (5Ю2, Zr02, А1203). Были изготовлены несколько серий образцов трех типов МНС: а^Ю^Юг, а-и а^Ю/АЬОз, отличающихся геометрией слоев. Толщины «барьерных» слоев - оксидов 5Ю2, 7хОг и А120з - варьировались от 2 до 16 нм. Толщины слоев БЮ* изменялись от 2 до 10 нм, а число периодов (пар слоев) в структурах - от 2

до 40. В главе описаны также методики проведения высокотемпературного отжига, гидрогенизации и ионного легирования. Изложены методы структурных исследований: малоугловой рентгеновской дифракции и высокоразрешающей просвечивающей микроскопии (ВР ПЭМ); методы исследования оптических и электрических свойств - измерение и обработка спектров пропускания, фотолюминесценции (ФЛ), комбинационного рассеяния света (КРС), измерения вольтамперных характеристик (ВАХ).

В третьей главе представлены результаты исследований по влиянию условий формирования, геометрии, температуры и времени отжига, а также ионной имплантации фосфора и бора на оптические и структурные свойства полученных МНС а-БЮ/ЗЮг. Измерение спектров ФЛ МНС а-БЮ^Юг, показали интенсивную люминесценцию в диапазоне длин волн 350-900 нм. Для неото-жженных структур характерно наличие широкого спектра со слабым экстремумом ФЛ в коротковолновой области (500-600 нм), что обусловлено люминесценцией излучательных центров в оксидных слоях кремния. Широкая полоса ФЛ свидетельствует о разнообразии природы излучательных центров, включающих нефазовые включения 51: кольца, малоразмерные кластеры, а также излучательные низкокоординированные центры в БЮг.

Отжиг структур приводит к закономерному «красному» смещению максимума коротковолновой полосы ФЛ по мере роста температуры отжига, начиная с 500 °С. Эта полоса исчезает после отжига при 800 °С, и дальнейшее увеличение температуры приводит к появлению и росту интенсивности ФЛ при 700-900 нм. Данная полоса относится к излучательной рекомбинации в НК Бь образующихся в слоях БЮ^ после ВТО вследствие фазового разделения. При температуре отжига 1100 °С интенсивность этой полосы ФЛ становится максимальной. При этом практическое отсутствие коротковолновой полосы ФЛ указывает на низкую концентрацию излучательных «дефектных» центров.

На рис. 1 прослеживается явная зависимость полосы ФЛ для отожженных структур от толщины слоев БЮ, в исходных МНС. Уменьшение толщины слоев БЮ, в МНС от 8 до 2 нм приводит к уменьшению размеров НК и соответствующему снижению длины волны пика ФЛ от 810 до 740 нм. «Синее» смещение пика ФЛ структур сопровождается сужением спектров из-за уменьшения дисперсии НК по размерам. Интенсивность ФЛ немонотонно изменяется с уменьшением толщины слоев БЮ* в МНС от 8 до 2 нм, что может быть

мне 5Ю гею,

я. - 337 нм

обусловлено разным вкладом безызлу-чательных процессов как в отдельном НК, так и в массиве нанокристаллов в целом.

600 650 700 750 800 850 Длина волны,нм

При температуре отжига 1100 °С размерно-зависимая ФЛ имеет максимальную интенсивность после термообработки в течение 120 мин. для всех случаев вариации периода структур. МНС с периодом 8/3 и 4/3 нм показали

Рис. 1. Спектры ФЛ МНС а-БЮ^СЬ, монотонное «синее» смещение пика ФЛ

ное с уменьшением диаметра НК 81 из-за увеличения толщины 8Ю2-оболочки НК. Этого не наблюдается для структур 2/3 нм, что связано с более выраженной ограничительной ролью барьеров. Таким образом, диаметры НК регулируются путем задания исходной толщины БЮ^-слоев, а ее вариация позволяет управлять длиной волны ФЛ. Увеличение количества 8Ю.,-слоев ведет к закономерному усилению интенсивности пика ФЛ, что объясняется увеличением числа НК 81, участвующих в излучательной рекомбинации.

Изложенные данные об образовании и росте НК 81 в МНС а-БЮ^/ЗЮг по мере увеличения температуры отжига подтверждаются эволюцией спектров ИК-пропускания и КРС структур. Спектры ИК-пропускания показывают, что с ростом температуры отжига полосы поглощения, характерные для мод 81-0-81 в монооксиде кремния, трансформируются в полосы поглощения, свойственные модам колебаний связей в диоксиде 8Ю2. Это подтверждает факт термического фазового разделения 8ЮД с выделением 8Ю2 по реакции: 28ЮЛ —> х8Ю2 + (2-л)81. По мере отжига на фоне широкого пика КРС на 480 см ', свойственного аморфному 81, появляется и растет узкий пик при 520 см'1, относящийся к кристаллическому кремнию. Согласно представленным результатам по влиянию температуры и времени ВТО на спектры ФЛ, ИК-пропускания и КРС МНС а-ЗЮ/ЗЮг, можно заключить о качественно сходном их поведении под действием термообработки.

По данным микроскопических исследований МНС а-ЭЮ/ЗЮг (4/3 нм), не подвергнутых ВТО, установлено формирование сплошных наноразмерных

подвергнутых отжигу при 1100 °С.

по мере роста времени отжига, связан-

слоев SiOx и Si02, причем имеется соответствие реального и заданного периодов. ВТО приводит к формированию наноразмерных включений кремния (с плотностью ~3-1012 см-2) в аморфной матрице Si02 с сохранением исходной периодичности системы a-Si0x/Si02. Период МНС a-Si0r/Si02 (4/3 нм) после ВТО составил 7.4 ± 1.5 нм. Согласно данным по ВРПЭМ-изображениям кремниевые включения имели кристаллическую структуру (рис. 2). Ориентации нанокристаллов в массиве имеют хаотичный характер. В качестве примера на рис. 2 приведено изображение для одной из МНС. Для нанокристалла, помеченного на рис. 2 цифрой 1, расстояние между параллельными прямыми дает значение 1.91 ± 0.02 А, что соответствует отражению (220). Для решетки кремния d22о = 0.191 нм. Фурье-анализ различных ПЭМ-изображений дал межплоскостные расстояния 3.2 ±0.1 А, 1.91 ±0.02 А, 1.64 ±0.04 А и 1.35 ±0.04 А, что соответствует отражениям (111), (220), (400), {311) для кремния.

Установлено, что диаметры НК Si не превышают толщину исходных слоев SiO., в МНС. Найденная из данных ПЭМ функция распределения НК Si по размерам дала наиболее вероятный диаметр НК Si, равный 4.6±1.5нм для МНС с периодом 4/3 нм. Распределение аппроксимировалось функцией Гаусса, что характерно для подобных наносистем. По результатам BP ПЭМ делается вывод, что при ВТО в МНС формируются массивы вертикально упорядоченных НК Si с диаметрами, не превышающими исходной толщины слоев SiO„ с плотностью ~ 3'10|2см~2.

Ионное легирование Р+, В+ и Nc+ с последующим отжигом практически во всех случаях приводит к качественно одинаковому влиянию, а именно - подавлению люминесценции во всем изучаемом диапазоне длин волн. Ослабление ФЛ обусловлено совокупностью нескольких факторов, таких как преципитация примеси и радиационное ускорение химического взаимодействия кремния с материалом матрицы, а также (в случае Р+ и В+), возможно, оже-

Рис. 2. ВР ПЭМ-изображение поперечного среза МНС а-БЮг/ЗЮг (4/3 нм), отожженной при температуре 1100 °С.

рекомбинацией при наличии в НК Si более одного электрона или дырки. Исключение составил случай усиления ФЛ (в 2.5 раза) при ионном легировании фосфором (с дозой ~ 1016 см-2) с последующим отжигом при 1000 °С, что связано с ускоренной фосфором кристаллизации аморфных нановключений Si либо пассивирующей ролью фосфора, а также внесением донорных центров в НК Si, как и в случае ионно-синтезированной системы пс-Si/Si02.

В четвертой главе с применением комплекса спектроскопических методик и электронной микроскопии исследовано влияние высокотемпературного отжига на формирование, структурные и оптические свойства МНС а-вЮДоксид с высокой диэлектрической проницаемостью), полученные вакуумным испарением из раздельных источников. В качестве барьерных слоев использовались слои Zr02 и А120з.

В общем случае для ФЛ МНС a-SiCVZrC>2 наблюдаются три основных полосы эмиссии с пиками интенсивности при ~ 550, ~ 600-700 и ~ 700-850 нм. Неотожженные образцы дают широкую полосу с максимумом при 550 нм и относительно слабую при ~ 650 нм. Отжиг при 500 °С увеличивает интенсивность полос при ~ 550 нм и при ~ 600-700 нм. Полоса с пиком при ~ 600-700 нм становится наиболее выраженной в случае отжигов при 600 и 700 °С, тогда как интенсивность ФЛ при 550 нм ослабляется. Дальнейшее повышение температуры отжига демонстрирует смещение длин- мне sra/zro

новолнового максимума последовательно к 700, 780, 800, 750 нм. Пик при 750-800 нм, присутствующий после ВТО при 1000 и 1100 °С, обусловлен ФЛ от НК Si. На рис. 3 представлены спектры ФЛ МНС a-Si0v/Zr02, подвергнутых отжигу при 1000 °С для четырех структур. Для структуры 8/2 нм после отжига при 1000 °С максимум полосы ФЛ приходится на длину волны 800 нм, а для МНС 4/2 нм (т.е. с более тонким слоем SiOx) пик соответствует

650 700 750 800 850 900 950 Длина волны,нм

Рис. 3. Спектры ФЛ при возбуждении аргоновым лазером МНС a-SiCVZrOi, отожженных при 1000 "С. Период МНС, нм: 8/2 - кривая /; 4/2 - кривая 2; 8(41/2 - кривая 3. 2/2 - кривая 4.

меньшей длине волны - 750 нм. Следовательно, уменьшение толщины слоев

5Юд приводит к «синему» смещению полосы ФЛ, что согласуется с квантово-размерным эффектом.

На рис. 4 приведены спектры ИК-пропускания неотожженного образца а-$\Ох№гОг с периодом 8/2 нм и таких же образцов, отожженных при разных температурах. При росте температуры отжига происходит трансформация полос, характерных для БЮ, в полосы ИК- поглощения, типичные для БЮт. ВТО приводит также к появлению слабой полосы поглощения при 570 см-1, соответствующей моде колебаний растяжения 0-^г-0 в моноклинном 7л02, свидетельствуя о сохранении фазы диоксида циркония.

На рис. 5 приведены типичные спектры КРС структур на сапфировой подложке. Отжиг закономерно модифицирует спектры, отражая образование

нанокристаллов кремния при температурах отжига 1000 и 1100 °С. В случае отжига при температурах менее 1000 °С имеется широкий пик рассеяния со слабым максимумом при 480 см-', а отжиг при 1000 °С приводит к исчезновению этого пика и появлению узкого асимметричного пика при ~ 521 см-'.

МНС а-БЮ/А^Оз до отжига обладают слабой ФЛ во всем исследованном диапазоне спектра. В результате отжигов при 500-700 °С возникает широкая полоса ФЛ в области 550-850 нм с максимумом при 600-670 нм. Эту ФЛ можно объяснить формированием аморфных кластеров в пленках а-БЮ* (либо очень мелких НК). С повышением температуры отжига до 1000-1100 °С максимум сдвигается к типичному для НК (с диаметром ~ 3 нм) значению ~ 750 нм. Таким образом, отличие поведения спектров ФЛ от

МНС SiO/ZrOj (8/2 нм)

Рис. 4. Влияние отжига на спектры ИК-пропускания МНС a-SiCVZrCh 8/2 нм.

МНС SiOyZrO, (8/2 нм)

m J

350 400 450 500 550 Рамановский сдвиг, см'1

Рис. 5. Влияние температуры отжига на спектры КРС МНС a-SiCVZrCh (8/2 нм) на сапфировой подложке. Температура отжига МНС, °С: кривая 1 - без отжига; 2 - 700, 3 - 900, 4 - 1000, 5-1100.

температуры отжига для МНС a-SiOj/АЬОз от a-Si0yZr02 сводится к меньшей выраженности полосы, связанной с дефектами и/или кольцевыми (либо цепочечными) структурами, что, возможно, вызвано механическими напряжениями, ведущими при отжиге к дрейфу дефектов к интерфейсам.

При сравнении спектров ФЛ систем a-SiCVA^Cb и a-Si(VZrC>2 была замечена ситуация, когда максимальная интенсивность полосы ФЛ от НК Si наблюдается для структур с максимальной толщиной слоев SiO« равной 8 нм. С уменьшением толщины SiO^-слоя наблюдается монотонное ослабление интенсивности ФЛ от НК Si вплоть до ее полного гашения для МНС с периодом 2/3 нм. По-видимому, при ВТО в системах a-Si0/Al203 и a-Si0j/Zr02 имеет место эффект химического взаимодействия SiO^ с материалом барьерных слоев, и частичного «съедания» нанокристаллов кремния.

Спектры ИК-пропускания образцов а-5Ю_УА120з, подвергнутых ВТО, также показали, что по мере роста температуры отжига происходит трансформация полос, характерных для SiO, в полосы ИК-поглощения, типичные для Si02. ВТО при 1000 и 1100 °С приводит к появлению слабых полос поглощения при 550 см"1 и 735 см"', соответствующих колебаниям Al-O связей, что объясняется кристаллизацией А1203.

Как следует из данных по ИК-пропусканию и КРС, по мере отжига в МНС a-Si0yZr02 и a-SiO^/АЬОз имеет место в целом та же схема структурно-фазовых переходов, что и для МНС a-Si0.t/Si02. В исходных МНС присутствуют точечные дефекты типа кислородно-дефицитных центров, а также цепочки из атомов Si, которые могут быть замкнуты в кольца либо образовывать разветвленные (фрактальные) структуры без фазовой границы. По мере отжига структуры формируют аморфные нановключения, которые после отжигов при 1000-1100 °С кристаллизуются и преобразуются в НК Si.

С точки зрения максимальной интенсивности ФЛ от нанокристаллов система НК Si/Si02 является предпочтительной. Для high-k барьерных МНС относительное снижение световой эмиссии связано с влиянием термически активированных процессов химического взаимодействия между НК Si и оксидом (Zr02 или А1203). С другой стороны, применение диэлектрических барьерных слоев с разной, в частности более высокой, диэлектрической проницаемостью (Zr02, А120з) может служить способом повышения эффективного показателя

преломления системы как активной оптической среды для создания светоизлу-чающих и оптических резонаторных кремниевых структур.

На рис. 6 представлены ПЭМ-изображения поперечного среза МНС а-$'\Ох1Ъч;Ог 8/2 нм, подвергнутых отжигу при разных температурах, в прямом и обратном пространстве (Фурье-образ в верхней части рисунка). Неотожженная структура (рис. 6(а)) характеризуется аморфностью сплошных слоев 8Ю.< и ЪхОг (темно-серый), что выражается в отсутствии точечных рефлексов и колец на Фурье-образе. Средний период МНС составил 11.3 ± 0.8 нм, что согласуется с прогнозируемым периодом (8.4 + 2.1 = 10.5 нм). Можно выделить достаточно резкие границы раздела между аморфными слоями субоксида кремния и диоксида циркония.

(а) беч отжига (6) 700 °С (в)900°С (г) 1000 °С (д) II00 "С

Рис. 6. ПЭМ-изображения поперечного среза МНС а-БЮ^гОз с периодом 8/2 нм, подвергнутых отжигу при разных температурах, °С: б/о (а), 700 (б), 900 (в), 1000 (г), 1100 (д) (внизу) и Фурье-образы изображения (вверху). Радиальные полукольца на Фурье-образах соответствуют окружностям на ПЭМ-изображениях.

Отжиг системы а-БЮх№г02 при 700 °С (рис. 6(6)) не приводит к заметным изменениям в структуре, наблюдается «аморфное» гало на Фурье-образе. Картина существенным образом меняется при повышении температуры отжига до 900 °С (рис. 6(в)). Появление ярко-выраженных точечных рефлексов свидетельствует о появлении включений кристаллической фазы в слоях. Их положения оказались близкими к значениям для ZrSi. Слои субоксида кремния остаются аморфными. Повышение температуры отжига до 1000 °С (рис. 6(г)) при-

водит к структурной модификации, при которой толщины исходных 2Юг слоев не претерпевают значительных изменений. В слоях БЮ, видно формирование кристаллических нановключений, слабоконтрастных и без четко выраженных границ. Точечные рефлексы на Фурье-образе дают набор межплоскостных расстояний, удовлетворяющий наличию одновременно нескольких кристаллических фаз: БЮг, Бь Zr02, Zr.

Кардинальные изменения в структуре МНС а-ЗЮ/ЙЮг наблюдаются после отжига при 1100 °С (рис. 6(д)). На ПЭМ-изображении можно выделить на-нокристаллы двух типов: «сильноконтрастные» (более темные, в слоях Zr02, обведенные белым контуром) и «слабоконтрастные» (светло-серые, в слоях БЮ^, обведенные темной окружностью). Все нановключения, согласно положению рефлексов на Фурье-образе, имеют структуру алмаза. «Низкоконтрастные» нановключения являются чисто кремниевыми и кристаллическими, доказывая формирование нанокристаллов кремния в слоях БЮ.,. Для «сильноконтрастных» нановключений, которые расположены в областях исходных слоев диоксида циркония (обведены белым контуром на рис. 6(д)), Фурье-обработка дала дополнительно к «кремниевым» межплоскостным расстояниям рефлексы для гранецентрированной решетки, значения которых соответствуют цирконийсо-держащим кристаллическим веществам. Таким образом, после отжига при 1100°С исходные слои Тт02 теряют сплошность и на их месте формируются нанообразования кубического диоксида циркония структурного типа {РшЗш}с недостатком кислорода.

Термообработка в водороде сильно влияет на ФЛ МНС с барьерами как из Zr02, так и из А1203. Интенсивность ФЛ системы НК 51/А1203 растет с температурой гидрогенизации, достигая максимального значения при 500 °С (рис. 7). При дальнейшем повышении температуры наблюдается ослабление интенсивности, что связано с нарастающим вкладом процесса эффузии водорода. Обнаружено «красное» смещение

ю 9 8 7 6 5 4

МНС 510^1,0,(11/5 нм)

Гидрогенизация

О.

Дегидрогенизация _

-п-н,

—• —Н, (500 °С) + М.

400 500 600 700 800 900 Г, °С

Рис.7. Спектры ФЛ МНС а-БЮ/МгО,, отожженных при 1100 °С в атмосфере N2, с последующим отжигом при разных температурах в молекулярном водороде.

пика ФЛ с увеличением температуры гидрогенизации, что свидетельствует о более выраженном пассивирующем эффекте для более крупных НК с большей поверхностью и числом оборванных связей. Интенсивность полосы ФЛ, связанной с НК 81, при дегидрогенизации спадает примерно в 1.5 раза для температуры 600 °С, что свидетельствует о выходе водорода из системы и увеличении концентрации центров безызлучательной рекомбинации.

В пятой главе анализируется вертикальный электронный транспорт структур с массивами НК в матрицах 8Ю2, А1203 и 2г02. В главе приводятся результаты исследования вольтамперных характеристик (ВАХ) подвергнутых высокотемпературному отжигу МНС а-БЮ^Юг, А1203, 2г02) с варьируемыми параметрами периодичности. Учитывая, что в МНС после ВТО формируются НК с диаметрами, не превышающими толщину исходных кремнийсодержа-щих слоев, с заданным технологически количеством последних, МНС НК 5 ¡/оксид представляют интерес как модельный объект исследования явлений дискретного или резонансного туннелирования, связанного с квантово-размерными эффектами.

Для анализа транспортных свойств МНС НК 81/оксид использовалась теория дискретного туннелирования [2], где методом функций Грина, как в [3], была решена задача электронного транспорта сквозь цепочку из большого числа гранул (более одной) в широкозонной среде для области напряжений, в которой имеет место кулоновская блокада туннелирования.

В МНС а-БЮх/БЮг, отожженных при 1100 °С, оценка дает среднее значение количества гранул на цепочку N ~ 25. Видим, что это значение соответствует числу слоев БЮ^ в МНС. Это является еще одним доказательством образования массива нанокристаллов в МНС а-БЮ^Юг, подвергнутых ВТО. При этом диаметры НК соизмеримы с толщиной слоев 8Ю.„ расположенных между слоями 8Ю2, что хорошо согласуется с данными просвечивающей электронной микроскопии и используемых спектроскопических методик.

Для МНС а-$'10х/Хг02 и а-8Ю/А1203, подвергнутых ВТО, результаты оценки среднего значения гранул представлены в табл. 1 и 2. Из таблиц можно проследить, как изменяются ВАХ в зависимости от типа подложки и исходного количества слоев (периода) БЮ,.

Качественное подобие вида ВАХ независимо от периода структур свидетельствовало о правильности применения механизма электронного транспорта по цепочкам гранул в условиях кулоновской блокады туннелирования для опи-

сания протекания тока в столь сложных системах, по крайней мере в области малых и средних полей (до ~ 106 В/см).

Табл. 1 - Количество гранул в цепочке для МНС а-БЮУАЬСЬ, сформированных на

МНС на КЭФ-0.03 МНС наКДБ-12

Параметр период, нм период, нм

7/5 11/5 4/5 7/5 11/5 4/16

Число периодов МНС 9 9 9 9 9 9

Количество гранул N (НК 51) 8.8 9.0 8.5 8.6 9.0 9.5

Табл. 2 - Количество гранул в цепочке для МНС а-5'\Ох/ХгС)2, сформированных на

Параметр МНС на КЭМ-0.002

период, нм

8/2 4/2 8/2 8/2 8/2

Число периодов МНС 21 26 9 5 3

Количество гранул N (НК 51) 20.6 25.7 8.8 4.8 3.5

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Многослойные нанопериодические структуры а-5Ю,/8Ю2, а-$\Ох1ЪЮ2 и а-5ЮдУА120з, полученные вакуумным испарением из раздельных источников, после высокотемпературного (1000-1100 °С) отжига демонстрируют размерно-зависимую фотолюминесценцию в области 650-850 нм при комнатной температуре.

2. Установлено, что модификация спектров фотолюминесценции, ИК-пропускания и КРС многослойных наноструктур а-5Ю/5Ю2, а-ЗЮ^Юг и а-5ЮУА1203 под действием термообработки в интервале температур 500-1100 °С осуществляется через структурно-фазовые превращения в слоях субоксида кремния в последовательности: нефазовые включения кремния - аморфные кластеры - нанокристаллы. Пониженная интенсивность ФЛ от систем НК Si/(high-k диэлектрик) объясняется влиянием химического взаимодействия на гетерогранице под действием высокотемпературного отжига.

3. С помощью комплекса микроскопических исследований для отожженных при 1100 °С МНС а-ЬЮа-$\0№т0г и а-5Ю/\1203 установле-

но формирование нанокристаллов кремния с размерами, близкими к исходной толщине слоев SiO, в МНС. Для системы НК Si/SiC>2 поверхностная плотность нанокристаллов составляет ~ 1012 см"2.

4. Имплантация ионов бора, фосфора и неона дозами см 2 в МНС a-SiO^/оксид с последующим отжигом при 1000 и 1100 °С в большинстве случаев ведет к ослаблению ФЛ от НК Si, вызванному несколькими факторами, включая преципитацию примеси, аморфизацию нанокристаллов и радиационное ускорение химического взаимодействия кремния с материалом матрицы. Повышение интенсивности люминесценции в 2.5 раза происходит при легировании МНС a-Si0x/Si02 ионами фосфора с дозами ~ 1016 см-2 с использованием отжига при 1000 °С, что связывается с насыщением оборванных связей либо с ускоренной кристаллизацией и/или эффектом легирования при введении фосфора.

5. Установлен рост интенсивности фотолюминесценции от НК Si в матрицах ZrOi и AI2O3 после гидрогенизации образцов при 500 °С, что связано с пассивацией водородом оборванных связей.

6. Для обработки и анализа вольтамперных характеристик МНС a-SiCySi02, a-Si0x/Zr02 и a-SiO/AbCb, подвергнутых высокотемпературному отжигу, может быть применена модель электронного транспорта по цепочкам гранул в условиях кулоновской блокады туннелирования, по крайней мере в области малых и средних полей (до ~ 106 В/см). Среднее число гранул в цепочке токопереноса согласуется с количеством слоев SiO^ в МНС.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Si nanocrystal based memories: Effect of the nanocrystal density / T.Z. Lu, M. Alexe, R. Scholz, V. Talalaev, R.J. Zhang, M. Zacharias //J. Appl. Phys. 2006. V. 100. P. 014310-(l-5).

[2] Дискретное туннелирование в электронных транспортных свойствах ианогранулиро-ванного пористого кремния и подобных гетерофазных систем / Е.С. Демидов, Н.Е. Демидова, В.В. Карзанов, и др. //ФТТ. 2009. Т. 51, вып. 10. С. 1894-1899.)

[3] Kulik I.O., Shekhter R.I. Kinetic phenomena and charge discreteness effects in granulated media// Sov. Phys.-JETP. 1975. V. 41, № 2. P. 308-316.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

[AI] Сравнительное исследование люминесцентных свойств многослойных нанопериодиче-ских структур a-Si/Zr02 и a-Si0,/Zr02, подвергнутых высокотемпературному отжигу и гидрогенизации / A.B. Ершов, И.А. Чугров, Д.И. Тетельбаум, С.С. Андреев, А.И. Белов, Ю.А. Вайнер, A.A. Ершов, И.А. Карабанова, А.И. Машин, А.Н. Михайлов // Вестник ННГУ. Сер. ФТТ. - 2009. - №4. - С. 45-52.

[А2] Влияние ионного легирования, отжига и гидрогенизации на фотолюминесценцию многослойных нанопериодических структур a-Si/Zr02 и a-Si0,/Zr02 / A.B. Ершов, Д.И. Тетельбаум, И.А. Чугров, А.И. Белов, В.К. Васильев, A.A. Ершов, И.А.Карабанова, А.И.Машин, А.Н. Михайлов, А.В.Нежданов//Вестник ННГУ. Сер. ФТТ. - 2010. -№1. - С. 35-44.

[A3] Фотолюминесценция и комбинационное рассеяние света в периодических массивах на-новключений кремния в диоксиде циркония / И.А. Чугров, A.A. Ершов, A.B. Нежданов, А.Н. Михайлов, A.B. Ершов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер. Физико-математические науки. - 2010. -№1. - С. 71-79.

[A4] Атомно-силовая микроскопия поверхности плёнок А120з, подвергнутых ионному облучению кремнием и высокотемпературному отжигу / А.И. Белов, A.B. Ершов, М.А. Кудря-шов, А.Н. Михайлов, И.А. Чугров, А.И. Машин, Д.И. Тетельбаум // Вестник ННГУ. Сер. ФТТ. - 2010. - №3. - С. 54-60.

[А5] Дискретное туннелирование в многослойных нанопериодических структурах /2c-Si/AI20i / И.А. Чугров, Е.С. Демидов, A.B. Ершов // Вестник ННГУ. Сер. ФТТ. - 2011. - №3. - С. 44-49.

[А6] Эволюция оптических свойств при отжиге многослойной нанопериодической системы SiCyZr02, содержащей нанокластеры кремния / A.B. Ершов, Д.И. Тетельбаум, И.А. Чугров, А.И. Машин, А.Н. Михайлов, A.B. Нежданов, A.A. Ершов, И.А. Карабанова // ФТП.

- 2011. - Т.45, №6. - С. 747-753.

[А7] Формирование методом ионной имплантации наночастиц золота в однослойных и многослойных массивах светоизлучающих нанокристаллов кремния / А.Н. Михайлов, А.Б. Костюк, Д.С. Королев, И.Ю. Жаворонков, И.А. Чугров, А.И. Белов, В.А. Бурдов, A.B. Ершов, Д.И. Тетельбаум // Известия Академии наук. Сер. физическая - 2012. - №2. -С. 244-248.

[А8] Модификация люминесцентных свойств многослойных наноструктур a-Si(VAl203 и а-Si/Al2Oj путем водородной пассивации, ионного легирования и отжига / A.B. Ершов, Д.И. Тетельбаум, И.А. Чугров // Труды XIII международного симпозиума «Нанофизнка и наноэлектроника», Н.Новгород, 16-20 марта. - 2009. - Т. 2. - С. 342-343.

[А9] Особенности электропереноса в многослойных нанопериодических структурах Si(VAl203, подвергнутых высокотемпературному отжигу / И.А. Чугров, Е.С. Демидов, A.B. Ершов, И.А. Карабанова, А.И. Машин, Д.И. Тетельбаум // Труды XIII международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Н.Новгород, 16-20 марта. - 2009. -Т. 2. - С. 449-450.

[А 10] Оптические свойства многослойных нанопериодических структур a-Si0.,/Zr02 и а-Si/Zr02, подвергнутых легированию и отжигу / A.A. Ершов, И.А. Чугров, A.B. Ершов, A.B. Нежданов, А.И. Машин, А.Н. Михайлов, Д.И. Тетельбаум // Труды XIV международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Н.Новгород, 15-19 марта. - 2010.

- Т. 2. - С. 486-487.

[All] Оптические свойства периодических структур с нанокристаллами кремния в матрице диоксида циркония / A.A. Ершов, И.А. Чугров, A.B. Ершов // Труды 16-ой Всероссийской

научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Волгоград, 22-29 апреля. -2010.-С. 197.

[А 12] Особенности фотолюминесценции ионно-легированных многослойных нанопериодиче-ских систем nc-Si/high-^-OKCHfl / A.B. Ершов, И.А. Чугров, A.A. Ершов, А.И. Бобров, Д.А. Павлов, А.И. Машин, Д.И. Тетельбаум // Труды XV международного симпозиума «На-нофизика и наноэлектроника», Н.Новгород, 14-18 марта. - 2011. - Т. 2. - С. 478.

[А13] Формирование методом имплантации наночастиц золота в однослойных и многослойных массивах светоизлучающих нанокристаллов кремния / А.Н. Михайлов, А.Б. Костюк, Д.С. Королев, И.Ю.Жаворонков, И.А. Чугров, А.И. Белов, М.Е. Шенина, А.П. Касаткин,

B.А. Бурдов, A.B. Ершов, Ю.А. Дудин, Д.И. Тетельбаум // Труды XV международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Н.Новгород, 14-18 марта. - 2011. - Т. 2. -

C. 438.

[АН] Ионное внедрение золота в однослойные и многослойные оксидные структуры с нанок-ристаллами кремния / А.Н. Михайлов, А.Б. Костюк, Д.С. Королев, И.Ю. Жаворонков, И.А. Чугров, А.И. Белов, A.B. Ершов, Д.И. Тетельбаум // Труды XXI Международной конференции «Радиационная физика твердого тела», Севастополь, Украина, 22-27 августа. - 2011Т. 1.-С.230-237

[А 15] Особенности радиационного повреждения нанокристаллических материалов при ионном облучении / Д.И. Тетельбаум, А.Н. Михайлов, А.Б. Костюк, А.И. Белов, Д.В. Гусейнов, Д.А. Лаптев, Д.С. Королев, М.П. Федонин, A.B. Ершов, И.А. Чугров // Труды XX Международной конференции «Взаимодействие ионов с поверхностью ВИП-2011», Звенигород, 25-29 августа. - 2011. - Т.2. - С.41 -44.

[А16] Температурная зависимость фотолюминесценции нанопериодических структур с упорядоченными массивами нанокристаллов кремния в оксидной матрице / И.А. Чугров, С.Н. Нагорных, В.И. Павленков, A.B. Ершов, А.Н. Михайлов, А.И. Белов, В.А. Бурдов, Д.И. Крыжков, JI.B. Красильникова, Д.И. Тетельбаум // Труды XVI международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Н.Новгород, 12-16 марта. - 2012. - Т. 2. - С. 426.

[Al7] Структурная морфология и оптические свойства системы вертикально упорядоченных массивов нанокристаллов кремния в матрице диоксида кремния / A.B. Ершов, И.А. Чугров, Д.А. Грачев, А.И. Бобров, Д.А. Павлов // Труды XVI международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Н.Новгород, 12-16 марта. - 2012. - Т. 1. - С. 251.

Подписано в печать 29.08.2012 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1. Заказ № 577. Тираж 100 экз.

Отпечатано с готового оригинал-макета в РИУ ИНГУ им. Н.И. Лобачевского. 603000, г. Нижний Новгород, ул. Б. Покровская, 37

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА СИСТЕМ МАССИВОВ

НАНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

МАТРИЦЕ. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

1.1. Формирование и эволюция нанокристаллов 81, синтезированных при термическом отжиге пленок 8ЮХ.

1.1.1. Процесс фазового разделения при отжиге пленок 8ЮХ.

1.1.2. Структурные свойства нанокристаллов кремния в пленках 810*

1.1.3. Люминесцентные свойства пленок субоксида кремния.

1.2. Формирование многослойной системы я-81/8Ю2, как способ регулирования размера нанокристаллов 81.

1.2.1. Получение многослойных систем а-81/8Ю2.

1.2.2. Влияние отжига многослойных систем я-81/8Ю2 на формирование нанокристаллов кремния.

1.2.3. Влияние отжига на люминесцентные свойства многослойных систем д-81/8Ю2.

1.3. Формирование и свойства нанокристаллов 81, полученных при высокотемпературном отжиге многослойных систем а-БЮ^Юг.

1.3.1. Управление размером нанокристаллов 81 в многослойной системе а-8Юх/8Ю2.

1.3.2. О процессе кристаллизации ультратонких аморфных пленок

1.3.3. Оптические свойства многослойных систем о-8Юх/8Ю2.

1.3.4. О механизмах фотолюминесценции нанокристаллов 81.

1.3.5. О применении систем с массивами нанокристаллов 81 в матрице 8Ю2.

1.4. Электронный транспорт в системах с массивами нанокристаллов кремния в диэлектрической матрице.

1.5. Альтернативные оксиды как перспективные материалы матрицы для массивов нанокристаллов 81.

1.6. Выводы и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМ МАССИВОВ НАНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕ

И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ.

2.1. Формирование многослойных нанопериодических структур на основе нестехиометрического субоксида кремния и оксидов с разной диэлектрической проницаемостью (БЮг, А120з, Zr02).

2.1.1. Получение многослойных нанопериодических структур «аморфный субоксид кремния/диэлектрик».

2.1.2. Параметры периодичности многослойных наноструктур.

2.1.3. Методика проведения отжига.

2.2. Методы исследования периодичности и структурных свойств наноструктур.

2.2.1. Метод малоугловой рентгеновской дифракции.

2.2.2. Метод высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии.

2.3. Методы изучения оптических свойств образцов.

2.3.1. Измерение фотолюминесценции.

2.3.2. ИК Фурье-спектроскопия на пропускание.

2.3.3. Измерение спектров комбинационного рассеяния света.

2.4. Методы исследования электронного транспорта в многослойных наноструктурах.

2.4.1. Подготовка экспериментальных образцов.

2.4.2. Измерение вольтамперных характеристик.

2.5. Методы модификации оптических свойств многослойных наноструктур.

2.5.1. Метод ионного легирования.

2.5.2. Метод гидрогенизации.

ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

СИСТЕМ С ВЕРТИКАЛЬНО УПОРЯДОЧЕННЫМИ МАССИВАМИ

НАНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ В МАТРИЦЕ ДИОКСИДА

КРЕМНИЯ (НК Б^БЮг).

3.1. Зависимость оптических свойств многослойных наноструктур НК Б^БЮг от условий формирования, геометрии и температуры отжига.

3.2. Структурно-морфологические свойства многослойных наноструктур НК БДОЮг.

3.3. Влияние ионного легирования на люминесцентные свойства массива НК Si в матрице Si02.

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ОТЖИГА НА ОПТИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМ С НАНОКРИСТАЛЛАМИ КРЕМНИЯ В МАТРИЦАХ ДИЭЛЕКТРИКОВ С ВЫСОКОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОСТОЯННОЙ (high-k) - Zr02 и А

4.1. Оптические свойства МНС a-SiOx/high-k оксид.

4.1.1. Свойства многослойных массивов НК Si/Zr02.

4.1.2. Свойства многослойных массивов НК Si/Al

4.2. Влияние гидрогенизации на люминесцентные свойства массивов

НК Si в матрицах Zr02 и А1203.

4.2.1. Влияние гидрогенизации на свойства системы НК Si/Al203.

4.2.2. Влияние гидрогенизации на свойства системы НК Si/Zr02.

4.3. Структурно-морфологические свойства массивов нанокристаллов кремния в оксидах циркония и алюминия.

4.4. Влияние имплантации ионов В+, Р+ и Ne+ на люминесцентные свойства массивов НК Si в матрицах Zr02 и А120з.

4.5. Выводы.

ГЛАВА 5. ОБ ЭЛЕКТРОННОМ ТРАНСПОРТЕ В МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУРАХ С МАССИВАМИ НК Si в матрицах Si02, Zr02 и А12Оэ.

5.1. Вольтамперные характеристики многослойных массивов НК Si в матрицах Si02, Zr02 и А

5.2. Выводы.

Актуальность проблемы: В современной электронике кремний (81) является основным материалом для создания больших и сверхбольших интегральных схем. Значительные запасы сырья, легкость образования химически и электрически прочного оксида (8Ю2), высокий уровень развития кремниевой планарной технологии являются главными преимуществами данного полупроводникового материала. С другой стороны, кремний, в силу «непрямо-зонности» энергетической структуры, обладает низкой эффективностью люминесценции при комнатной температуре.

Ключевым подходом к повышению эффективности кремния как излучателя является формирование массивов низкоразмерных (порядка единиц нанометров) нанокристаллов НК (Б1) в матрице широкозонного полупроводника или диэлектрика. Уменьшение размеров кремния от «объемных» кристаллов до квантовых точек модифицирует его энергетический спектр, в той или иной степени снимая проблему слабой люминесценции кремния и одновременно решая проблему спектрального сдвига области люминесценции в более короткие, чем «межзонное» излучение массивного 81, длины волн. Установлено, что система нанокристаллов в диэлектрической матрице проявляет интенсивную люминесценцию в видимой и ближней инфракрасной области спектра (0.7-0.9 мкм) при комнатной температуре. Применение структур с НК 81 открывает возможности эффективного функционирования, интегрирования и дизайна таких устройств, как светоизлучатели, оптические усилители, солнечные элементы нового поколения. Создание высокоэффективных светоизлучающих структур позволит, в частности, без дорогостоящих затрат перейти от интегральных «чисто электронных» микросхем к интегральным оптоэлектронным схемам, где излучательные, фотоприемные и соединительные компоненты будут изготовлены по единой кремниевой планарной технологии в монолитном исполнении.

Одним из типов наноструктур являются многослойные системы «на-нокристаллический кремний / оксид» (НК 81/оксид), полученные путем высокотемпературного (1000-1100 °С) отжига (ВТО) аморфных многослойных нанопериодических структур (МНС) ^-Si/оксид или tí-SiO^/оксид - аморфных аналогов кристаллических сверхрешеток. Формирование наноструктур основано на модификации фазового состава МНС при ВТО: в кремнийсодержащих слоях (a-Si или a-SiOx) образуются НК Si, а их размер в направлении роста ограничен исходной толщиной данных слоев. Таким образом, система представляет собой массивы НК, разделенные диэлектрическими барьерными слоями в вертикальном направлении (направлении роста). Размер НК в каждом слое задается толщиной слоя a-Si или a-SiO*, а упорядоченность системы в направлении роста - периодичностью МНС. При этом имеется возможность создания массивов НК либо с одинаковыми средними размерами, либо с их чередованием в направлении роста.

Многослойные системы НК Si/оксид должны обладать набором перспективных технологических достоинств, позволяющих управлять их свойствами, в частности люминесцентными. Первое - это возможность изменения диапазона длин волн и интегральной интенсивности фотолюминесценции (ФЛ) путем задания соответственно толщины кремнийсодержащих слоев (размеров НК) и их слоевой концентрации (количества НК на единицу площади в направлении роста). Второе - потенциальная возможность задания параметров энергетической диаграммы (в частности разрывов зон) и характера движения носителей с помощью регулирования высоты и ширины барьеров для электронов и дырок в НК (т.е. вероятности термической или туннельной эмиссии носителей) путем выбора материала оксида (SÍO2, А1203, Zr02 и т.п.) и его толщины. Выбор материала барьерного оксида позволяет также регулировать величину эффективной диэлектрической проницаемости (или показателя преломления) наноструктуры в целом, что важно при создании волноводных структур в ряде оптоэлектронных приборов. Третье -практически не изученное для многослойных систем НК Si/оксид - это возможность управления квантово-размерными свойствами (и эффективностью люминесценции), а также особенностями формирования НК Si путем введения электрически активных примесей, таких как бор и фосфор, а также возможность повышения эффективности люминесценции путем подавления бе-зызлучательной рекомбинации с помощью гидрогенизации.

К началу выполнения данной работы в литературе был известен ряд публикаций, рассматриваемых в Главе 1, где для создания массивов НК Si в матрице Si02 использовался высокотемпературный (> 1000 °С) отжиг аморфных «сверхрешеток» Si0/Si02, полученных испарением монооксида кремния в реактивной кислородной атмосфере. При реактивном испарении SiO кислородная среда использовалась для формирования барьерных слоев SÍO2.

В настоящей работе, с использованием упомянутого «сверхрешеточного» подхода, формирование аморфных МНС осуществлялось испарением SiO и стехиометрического оксида (Si02, Zr02 или А12Оэ) из раздельных источников. Именно применение раздельных источников испарения при формировании МНС дает большую степень свободы в выборе материалов гетерогенных систем, а именно - возможность замены материалов «ямных» и/или «барьерных» слоев, например SiO* на д-Si или Si02 на Zr02 и А1203.

Цель и основные задачи работы

Цель работы - получение и исследование структурных, оптических и электрофизических свойств систем с упорядоченными в направлении роста массивами нанокристаллов кремния в оксидных матрицах с разной диэлектрической проницаемостью.

Основные задачи работы:

1. Разработка методики получения системы массивов нанокристаллов кремния в оксидных диэлектрических матрицах (Si02, А1203, Zr02) путем высокотемпературного отжига аморфных многослойных нанопериодических структур a-SiOx/oKCHfl, полученных вакуумным испарением из раздельных источников.

2. Исследование влияния условий отжига, материала диэлектрика, периодичности системы в направлении роста, размера и структур нановключе-ний кремния на люминесцентные свойства систем.

3. Исследование связи между люминесцентными свойствами и фазовым составом, структурой системы массивов нанокристаллов кремния в диэлектрических матрицах (БЮг, А1203, ЪхО?) с использованием методов просвечивающей электронной микроскопии, ИК-спектроскопии, комбинационного рассеяния света.

4. Изучение влияния гидрогенизации и ионного легирования (Р+ и В+) на ФЛ НК 81 в матрицах с разной диэлектрической постоянной.

5. Изучение характеристик электронного транспорта в многослойных нанопериодических структурах НК 81/диэлектрик (8Ю2, А120з, ЪЮг)

Научная новизна работы

1. Впервые обнаружена и измерена фотолюминесценция массивов нанокристаллов кремния в диэлектрической матрице, сформированных высокотемпературным отжигом многослойных нанопериодических структур а-ЗЮд/ЗЮг, а-§\0х/Ъх02 и я-БЮ^/А^Оэ, полученных по оригинальной методике вакуумного испарения из раздельных источников.

2. Экспериментально показано, что интенсивность люминесценции массивов нанокристаллов кремния в диэлектрических матрицах (8Ю2, А120з, гг02), полученных по указанной методике, может быть повышена путем отжига образцов в молекулярном водороде при 500 °С.

3. Впервые предпринята попытка модифицирования ФЛ полученных структур с нанокристаллами кремния в диэлектрических матрицах (8Ю2, А1203, Zr02) путем ионного легирования.

4. Установлено, что в МНС а-БЮ^Юг, а-$Юх/Ъг02 и о-8Юх/А1203, подвергнутых высокотемпературному отжигу, протекание тока может быть описано теорией электронного транспорта по цепочкам гранул в условиях кулоновской блокады.

Практическая ценность работы

Результаты работы могут быть использованы при разработке опто- и наноэлектронных устройств, предположительно для решения задач замены электрических межсоединений на оптические, синтеза светоизлучающих элементов на базе «непрямозонных» полупроводников, в частности кремния, создания на едином чипе многофункциональных устройств (источников излучения, оптических световодов, усилителей, преобразователей оптического сигнала, элементов памяти и др.).

Основные положения выносимые на защиту

1. Многослойные нанопериодические структуры а-БЮ/диэлектрик (8Ю2, А120з, Хт02), полученные вакуумным испарением из раздельных источников, после высокотемпературного (1000-1100 °С) отжига в атмосфере азота демонстрируют размерно-зависимую фотолюминесценцию в области 650-850 нм.

2. Высокотемпературный отжиг многослойных нанопериодических структур а-БЮ^/диэлектрик (8Ю2, А1203, Хт02) при 1100 °С приводит к формированию вертикально упорядоченных кремниевых кристаллических на-новключений с размерами, близкими к исходной толщине слоев БЮ*.

3. Изменение оптических свойств многослойных нанопериодических структур а-$Юх/диэлектрик (БЮг, А1203, гЮ2) по мере роста температуры отжига от 500 до 1100 °С обусловлено термически стимулированными структурно-фазовыми превращениями в слоях субоксида кремния в последовательности: нефазовые включения кремния - аморфные кластеры - нанок-ристаллы, а гидрогенизация систем с массивами НК в матрицах гю2 и А1203 путем отжига в молекулярном водороде при 500 °С приводит к росту интенсивности ФЛ за счет пассивации водородом оборванных связей.

4. Вольтамперные характеристики многослойных нанопериодических структур а-БЮ/диэлектрик (8Ю2, А1203, гЮ2), подвергнутых высокотемпературному отжигу, могут быть описаны теорией электронного транспорта по цепочкам гранул в условиях кулоновской блокады.

Публикации и апробация результатов работы

Основные результаты диссертации были представлены на конференциях: Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение» (Саранск, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011), Всероссийская конференция «Физические и физико-химические основы ионной имплантации» (Казань, 2008; Н.Новгород, 2010), Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и на-ноэлектронике (С.Петербург, 2009, 2011), Нижегородская научная сессия молодых ученых (Н.Новгород, 2008, 2009, 2010), Ежегодный Симпозиум «На-нофизика и наноэлектроника» (Н.Новгород, 2009, 2010, 2011, 2012), 5th IUPAC International Symposium on Novel materials and their Synthesis (Shanghai, China, 2009), International Conference on Ion Beam Modification of Materials (Vieux Montréal (Québec), Canada, 2010), Международная конференция «Кремний» (Н.Новгород, 2010; Москва, 2011), International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials (Paris, France, 2010), 7-я международная конференция «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» (С.Петербург, 2010), 2-я международная научная конференция «Нанострук-турные материалы - 2010: Беларусь - Россия - Украина» (Киев, Украина, 2010), 2-я конференция-школа для молодых ученых «Дифракционные методы исследования вещества: от молекулы к кристаллам и наноматериалам» (Черноголовка, 2010), 16-я Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (Волгоград, 2010), 20-я Международная конференция «Взаимодействие ионов с поверхностью» (Звенигород, 2011), 17-я Всероссийская научная конференция студентов физиков и молодых ученых (Екатеринбург, 2011), Международная конференция «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь, 2011), а также на студенческих конференциях физического факультета ННГУ, семинарах НОЦ ФТНС ННГУ и кафедры физики полупроводников и оптоэлектроники ННГУ (2006-2011).

Ряд докладов отмечен дипломами: на 13-ой Нижегородской сессии молодых ученых (Н.Новгород, 2008), на 11-ой всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике (С.Петербург, 2009).

Работа по теме диссертации выполнялась автором, будучи руководителем проекта ГК №П2086 в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и ответственным исполнителем проектов: АВЦП Федерального агентства по образованию «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект РНП.2.1.1.933), проектов ГК №П1414, ГК №П314, № 16.740.11.0202 и № 14.740.11.1060 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», гранта Президента РФ (МК-185.2009.2) и гранта РФФИ № 10-02-00995.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 48 печатных работ, в том числе 7 статей в изданиях, входящих в перечень ВАК, 10 статей в сборниках трудов конференций, 30 тезисов докладов и 1 учебно-методическое пособие.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем диссертации составляет 153 страницы, включая 50 рисунок, 8 таблиц, список литературы, который содержит 205 наименований, и список публикаций по теме диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Многослойные нанопериодические структуры а-БЮ^Юг, а-^\0х1Ът02 и а-БЮ^/АЬОз, полученные вакуумным испарением из раздельных источников, после высокотемпературного (1000-1100 °С) отжига демонстрируют размерно-зависимую фотолюминесценцию в области 650-850 нм при комнатной температуре.

2. Установлено, что модификация спектров фотолюминесценции, ИК-пропускания и КРС многослойных наноструктур а-БЮ^Юг, ^^{(^¿ЪхОг и <я-8Юл/А1203 под действием термообработки в интервале температур 500-1100 °С осуществляется через структурно-фазовые превращения в слоях субоксида кремния в последовательности: нефазовые включения кремния - аморфные 81 кластеры - нанокристаллы. Пониженная интенсивность ФЛ от систем НК Si/(high-k диэлектрик) объясняется влиянием химического взаимодействия на гетерогранице под действием высокотемпературного отжига.

3. С помощью комплекса микроскопических исследований для отожженных при 1100 °С МНС а-8Ю*/8Ю2, а-$\0х1Ъх02 и а-8Ю*/А1203 установлено формирование нанокристаллов кремния с размерами, близкими к исходной толщине слоев 810* в МНС. Для системы НК 81/8Ю2 поверхностная плотность нанокристаллов составляет ~ 1012 см-2.

4. Имплантация ионов бора, фосфора и неона дозами 9-1013-1-1017 см-2 в МНС <з-8Юл/оксид с последующим отжигом при 1000 и 1100 °С в большинстве случаев ведет к ослаблению ФЛ от НК 81, вызванному несколькими факторами, включая преципитацию примеси, аморфизацию нанокристаллов и радиационное ускорение химического взаимодействия кремния с материалом матрицы. Повышение интенсивности люминесценции в 2.5 раза происходит при легировании МНС я-БЮл/БЮг ионами фосфора с дозами ~ 1016 см-2 с использованием отжига при 1000 °С, что связывается с насыщением оборванных связей либо с ускоренной кристаллизацией и/или эффектом легирования при введении фосфора.

5. Установлен рост интенсивности фотолюминесценции от НК в матрицах Zr02 и А120з после гидрогенизации образцов при 500 °С, что связано с пассивацией водородом оборванных связей.

6. Для обработки и анализа вольтамперных характеристик МНС а-§{0Х1$>\02, а-§\0х1Ът02 и а-8Юл/А1203, подвергнутых высокотемпературному отжигу, может быть применена модель электронного транспорта по цепочкам гранул в условиях кулоновской блокады туннелиро-вания, по крайней мере в области малых и средних полей (до ~ 106 В/см). Среднее число гранул в цепочке токопереноса согласуется с количеством слоев 8ЮЛ в МНС.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю -к.ф.-м.н., доценту A.B. Ершову - за руководство и помощь в работе; профессору, д.ф.-м.н. Д.И. Тетельбауму, профессору, д.ф.-м.н. Д.А. Павлову и профессору, д.ф.-м.н. Е.С. Демидову - за пристальное внимание к работе и участие в обсуждении результатов.

Автор признателен с.н.с. А.Н. Михайлову и н.с. В.А. Белякову за плодотворные совместные дискуссии и обмен опытом; вед. инженеру В.К. Васильеву и вед. инженеру Ю.А. Дудину за проведение ионного легирования; вед. электронику A.B. Нежданову за помощь в проведении измерений комбинационного рассеяния света; инженерам A.A. Ершову, Д.А. Грачеву и А.И. Боброву за помощь в подготовке образцов и проведении структурных исследований.

Автор выражает благодарность сотрудникам ИФМ РАН - С.С. Андрееву и Ю.А. Вайнеру - за выполнение измерений малоугловой рентгеновской дифракции.

Автор выражает признательность ведущему электронику кафедры И.А. Карабановой за помощь в получении образцов наноструктур и в оформлении диссертации.

1. Optical properties of Si clusters and Si nanocrystallites in high-temperature annealed SiOx films / T. 1.okuma, Y. Wakayama, T. Muramoto, R. Aoki, Y. Kurata, S. Hasegawa // J. Appl. Phys. 1998. V. 83, № 4. P. 2228-2234.

2. Iacona F., Franzo G., Spinella C. Correlation between luminescence and structural properties of Si nanocrystals // J. Appl. Phys. 2000. V. 87, № 3. P. 1295-1303.

3. Dynamics of stimulated emission in silicon nanocrystals / L. Dal Negro, M. Cazzanelli, L. Pavesi, S. Ossicini, D. Pacifici, G. Franzo, F. Priolo, F. Iacona // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 82, № 26. P. 4636-4638.

4. Thermal crystallization of amorphous Si/SiC>2 superlattices / M. Zacharias, G. Biasing, P. Veit, L. Tsybeskov, K. Hirschman, P.M. Fauchet // Appl. Phys Lett. 1999. V. 74, № 18. P.2614-2616.

5. Si-rich/Si02 nanostructured multilayers by reactive magnetron sputtering / F. Gourbilleau, X. Portier, C. Ternon, P. Voivenel, R. Madelon, and R. Rizk // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 78, № 20. P. 3058-3060.

6. Visible photoluminescence in Si+-implanted silica glass / T. Shimizu-lwayama, K. Fujita, S. Nakao, K. Saitoh, T. Fujita, N. ltoh // J. Appl. Phys. 1994. V. 75, № 12. P. 7779-7783.

7. Growth of Ge, Si, and SiGe nanocrystals in SO2 matrices / J.G. Zhu, C.W. White, J.D. Budai, S.P. Withrow, Y. Chen // J. Appl. Phys. 1995. V. 78, № 7. P. 4386-4389.

8. Defect-ralated versus excitonic visible light emission from ion beam synthesized Si nanocrystals in Si02 / K.S. Min, K.V. Shcheglov, C.M. Yang, H.A. Almater, M.L. Brongersma, A. Polman // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 69, № 14. P. 2033-2036.

9. Tuning the emission wavelength of Si nanocrystals in SiC>2 by oxidation / M.L. Brongersma, A. Polman, K.S. Min, E. Boer, T. Tambo, H.A. Atwater // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 72, № 20. P. 2577-2579.

10. Optical properties of silicon nanoclusters fabricated by ion implantation / T. Shimizu-lwayama, N. Kurumado, D.E. Hole, P.D. Townsend // J. Appl. Phys. 1998. V. 83, № 11. P. 6018-6022.

11. Analyses of the stretched exponential photoluminescence decay from nanometer-sized silicon crystals in Si02 / J. Linnros, N. Lalic, A. Galeckas, V. Grivickas // J. Appl. Phys. 1999. V. 86, №11. P. 6128-6134.

12. Optical gain in silicon nanocrystals / L. Pavesi, L. Dal Negro, C. Mazzoleni, G. Franzo, F. Priolo // Nature. 2000. V. 408. P. 440-444.

13. Stimulated emission in blue-emitting Si+-implanted SiO? films? / K. Luterova, I. Pelant, I. Mikulskas, R. Tomasiunas, D. Muller, J.-J. Grob, J.-L. Rehspringer, B. Honerlage // J. Appl. Phys. 2002. V. 91, № 5. P. 2896-2900.

14. Optical gain in Si/Si02 lattice: Experimental evidence with nanosecond pulses / L. Khriachtchev, M. Rasanen, S. Novikov, J. Sinkkonen // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 79, № 9. P.1249-1251.

15. Size-controlled highly luminescent silicon nanocrystals: A Si0/Si02 superlattice approach / M. Zacharias, J. Heitmann, R. Scholz, U. Kahler, M. Schmidt, J. Biasing // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 80, № 4. P. 661-663.

16. Intense visible photoluminescence in amorphous SiOx and SiOx:H films prepared by evaporation / H. Rinnert, M. Vergnat, G. Marchal, A. Burneau // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 72, № 24. P.3157-3159.

17. Kahler U., Hofmeister H. Silicon nanocrystallites in buried SiOx layers via direct wafer bonding // Appl. Phys. Lett. 1999. V. 75, № 5. P.641-643.

18. Структурные превращения и образование нанокристаллов кремния в пленках SiOx //

19. B.Я. Братусь, В.А. Юхимчук, Л.И. Бережинский, М.Я. Валах, И.П. Ворона, И.З. Ин-дутный, Т.Т. Петренко, П.Е. Шепелявый, И.Б. Янчук // ФТП. 2001. Т. 35, вып. 7.1. C.854-860.

20. Composition, structure and annealing-induced phase separation in SiOx films produced by thermal evaporation of SiO in vacuum / D. Nesheva, I. Bineva, Z. Levi, Z. Aneva, Ts. Merdzhanova, J.C. Pivin // Vacuum. 2003. V. 68. P. 1-9.

21. Fang Y.C., Zhang Z.J., Lu M. Room temperature photoluminescence mechanism of SiO* film after annealing at different temperatures // J. Lum. 2007. V. 126. P. 145-148.

22. Разумов В.Ф. Курс лекций по синергетике. Часть 1. Черноголовка: ИПХФ РАН, 2002. 128 с.

23. Венгренович Р.Д., Гудыма Ю.В., Ярема С.В. Оствальдовское созревание наноструктур с квантовыми точками // ФТП. 2001. Т. 35, вып. 12. С. 1440-1444.

24. Лифшиц И.М., Слезов В.В. О кинетике распада пересыщенных твердых растворов // ЭТФ. 1958. Т. 35, вып. 2, № 8. Р. 479-492.

25. Rinnert Н., Vergnat М., Burneau A. Evidence of light-emitting amorphous silicon clusters confined in a silicon oxide matrix // J. Appl. Phys. 2001. V. 89, № 1. P. 237-243.

26. Sulimov V.B., Sokolov V.O. Cluster modeling of the neutral oxygen vacancy in pure silicon dioxide //J. Non-Cryst. Sol. 1995. V. 191, № 3. P. 260-280.

27. Численное моделирование собственных дефектов в SiC>2 и Si3N4 / В.А. Гриценко, Ю.Н. Новиков, А.В. Шапошников, Ю.Н. Мороков // ФТП. 2001. Т. 35, вып. 9. С. 1041-1049.

28. Лейер А.Ф., Сафронов Л.Н., Качурин Г.А. Моделирование формирования нанопреци-питатов в Si02, содержащем избыточный кремний // ФТП. 1999. Т. 33, вып. 4. С.389-394.

29. Коротковолновая фотолюминесценция слоев SiC>2, имплантированных большими дозами ионов Si+, Ge+ и Аг+ / Г.А.Качурин, Л.Реболе, В.Скорупа, Р.А.Янков, И.Е.Тысченко, Х.Фреб, Т.Беме, К.Лео // ФТП. 1998. Т. 32, вып. 4. С. 439-444.

30. Nucleation and growth of nanocrystalline silicon studied by ТЕМ, XPS and ESR / K. Sato, T. Izumi, M. Iwase, Y. Show, H. Morisaki, T. Yaguchi, T. Kamino // Appl. Surf. Sci. 2003. V. 216. P. 376-381.

31. Formation and evolution of luminescent Si nanoclusters produced by thermal annealing of SiO* films / F. Iacona, C. Bongiorno, C. Spinella, S. Boninelli, F. Priolo // J. Appl. Phys. 2004. V. 95, № 7. P. 3723-3732.

32. Formation, evolution and photoluminescence properties of Si nanoclusters / S. Boninelli, F. Iacona, G. Franzo, C. Bongiorno, C. Spinella, F. Priolo // J. Phys.: Condens. Matter. 2007. V. 19. P. 225003-(l-24).

33. Philipp H.R. Optical and bonding model for non-crystalline SiO* and SiOJSfy materials // J. Non-Cryst. Solids. 1972. V. 8-10. P. 627-632.

34. Quantitative determination of the clustered silicon concentration in substoichiometric silicon oxide layer / C. Spinella, C. Bongiorno, G. Nicotra, E. Rimini, A. Muscara, S. Coffa // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87. P. 044102-(l-3).

35. Барановский П.И., Клочков В.П., Потыкевич И.В. Полупроводниковая электроника. Справочник. Киев: Наукова Думка, 1975. 704 с.

36. Nesbit L.A. Annealing characteristics of Si-rich Si02 films // Appl. Phys. Lett. 1985. V. 46, № 1. P.38-40.

37. Si rings, Si clusters, and Si nanocrystals different states of ultrathin SiOx layers / L.X. Yi, J. Heitmann, R. Scholz, M. Zacharias // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 81, № 22. P. 4248-4251.

38. Delerue C., Allan G., Lannoo M. Theoretical aspects of the luminescence of porous silicon // Phys. Rev. B. 1993. V. 48, № 15. P. 11024-11036.

39. Optical properties of passivated Si nanocrystals and SiO* nanostructures / L.N. Dinh, L.L. Chase, M. Balooch, W.J. Siekhaus, F. Wooten // Phys. Rev. B. 1996. V. 54, № 7. P.5029-5037.

40. Electronic states and luminescence in porous silicon quantum dots: the role of oxygen / M.V. Wolkin, J. Jorne, P.M. Fauchet, G. Allan, C. Delerue // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 82, № 1. P. 197-200.

41. Fauchet P.M. Light emission from Si quantum dot // Materials Today. 2005. V. 8, № 1. P. 26-33.

42. Role of the energy transfer in the optical properties of undoped and Er-doped interacting Si nanocrystals / F. Priolo, G. Franzo, D. Pacifici, V. Vinciguerra, F. Iacona, A. Irrera // J. Appl. Phys. 2001. V. 89. P. 264-272.

43. Pavesi, L. Influence of dispersive exciton motion on the recombination dynamics in porous silicon // J. Appl. Phys. 1996. V. 80, № 1. P. 216-225.

44. Передача энергии между нанокристаллами кремния / О.Б. Гусев, A.A. Прокофьев, O.A. Маслова, Е.И. Теруков, И.Н. Яссиевич // Письма в ЖЭТФ. 2011. Т. 93, вып. 3. С. 162-165.

45. Silicon Nanocrystals. Fundamentals, Synthesis and Applications / Ed. by L. Pavesi, R. Turan. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2010. 652 pp.

46. Silicon Nanocrystals: Size Matters / J. Heitmann, F. Müller, M. Zacharias, U. Gösele // Advanced Materials. 2005. V. 17, № 7. P. 795-803.

47. Lu Z.H., Lockwood DJ., Baribeau J.-M. Quantum confinement and light emission in SiO^Si superlattices // Nature. 1995. V. 378. P. 258-260.

48. Lockwood D.J., Lu Z.H., Baribeau J.-M. Quantum Confined Luminescence in Si/Si02 Superlattices // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 76, № 3. P. 539-541.

49. Photoluminescence in amorphous Si/SiCb superlattices fabricated by magnetron sputtering / B.T. Sullivan, D.J. Lockwood, H.J. Labbe, Z.-H. Lu // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 69, № 21. P. 3149-3151.

50. Ordering and self-organization in nanocrystalline silicon / G.F. Grom, D.J. Lockwood, J.P. McCaffrey, H.J. Labbe, P.M. Fauchet, В. White Jr, J. Diener, D. Kovalev, F. Koch, L. Tsybeskov // Nature (London). 2000. V. 407. P. 358-361.

51. Nanocrystalline-silicon superlattice produced by controlled recrystallization / L. Tsybeskov, K.D. Hirschman, S.P. Duttagupta, M. Zacharias, P.M. Fauchet, J.P. McCaffrey, D.J. Lockwood // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 72, № 1. P. 43-45.

52. Er3+ photoluminescence properties of erbium-doped Si/Si02 superlattices with subnanometer thin Si layers / Y.H. Ha, S. Kim, D.W. Moon, J.-H. Jhe, J.H. Shin // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 79, № 3. P. 287-289.

53. Bright luminescence from erbium doped nc-Si/Si02 superlattices / M. Schmidt, J. Heitmann, R. Scholz, M. Zacharias // J. Non-Cryst. Solids. 2002. V. 299-302. P. 678-682.

54. The characteristic carrier-Er interaction distance in Er-doped a-Si/Si02 superlattices formed by ion sputtering / J.-H. Jhe, J.H. Shin, K.J. Kim, D.W. Moon // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 82, № 25. P. 4489-4491.

55. Formation and charging effect of Si nanocrystals in a-SiNx/a-Si/a-SiNc structures / M. Dai, K. Chen, X. Huang, L. Wu, L. Zhang, F. Qiao, W. Li, K. Chen // J. Appl. Phys. 2004. V. 95, № 2. P. 640-645.

56. Quantum confinement and recombination dynamics in silicon nanocrystals embedded in Si/Si02 superlattices / V. Vinciguerra, G. Franzö, F. Priolo, F. Iacona, C. Spinella // J. Appl. Phys. 2000. V. 87, № 11. P. 8165-8173.

57. Zacharias M., Streitenberger P. Crystallization of amorphous superlattices in the limit of ul-trathin films with oxide interfaces // Phys. Rev. B. 2000. V. 62. P. 8391-8396.

58. Меден А., Шо М. Физика и применение аморфных полупроводников: Пер. с англ. М.: Мир, 1991. 670 с.

59. Stimulated emission in nanocrystalline silicon superlattices / J. Ruan, P.M. Fauchet, L. Dal Negro, M. Cazzanelli, L. Pavesi // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 83, № 26. P. 5479-5481.

60. Lu Z.H., Lockwood D.J., Baribeau J.-M. Visible light emitting Si/Si02 superlattices // SolidState Electronics. 1996. V. 40, № 1-8. P. 197-201.

61. Fabrication of Nanocrystalline Silicon Superlattices by Controlled Thermal Recrystallization / L. Tsybeskov, K.D. Hirschman, S.P. Duttagupta, P.M. Fauchet, M. Zacharias, J.P. McCaffrey, D.J. Lockwood // Phys. Stat. Sol. (a). 1998. V. 165. P. 69-78.

62. Raman scattering and photoluminescence studies on Si/SiC>2 superlattices / M. Benyoucef, M. Kuball, J.M. Sun, G.Z. Zhong, X.W. Fan // J. Appl. Phys. 2001. V. 89, № 12. P. 7903-7907.

63. Kamenev B.V., Grebel H., Tsybeskov L. Laser-induced structural modifications in nanocrystalline silicon/amorphous silicon dioxide superlattices // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88. № 14. P. 143117-(l-3).

64. Size-dependent electron-hole exchange interaction in Si nanocrystals / M.L. Brongersma, P.G. Kik, A. Polman, K.S. Min, H.A. Atwater // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 76, № 3. P. 351-353.

65. Excitons in Si nanocrystals: Confinement and migration effects / J. Heitmann, F. Muller, L. Yi, M. Zacharias, D. Kovalev, F. Eichhorn // Phys. Rev. B. 2004. V. 69, № 19. P. 195309-(1-7).

66. Saturation and voltage quenching of porous-silicon luminescence and the importance of the Auger effect /1. Mihalcescu, J.C. Vial, A. Bsiesy, F. Muller, R. Romestain // Phys. Rev. B. 1995. V. 51, № 24. P. 17605-17613.

67. Kamenev B.V., Nassiopoulou A.G. Self-trapped excitons in silicon nanocrystals with sizes below 1.5 nm in Si/Si02 multilayers // J. Appl. Phys. 2001. V. 90, № 11. P. 5735-5740.

68. Electronic and optical properties of Si/SiO? nanostructures. II. Electron-hole recombination at the Si/Si02 quantum-well-quantum-dot transition / N. Раис, V. Calvo, J. Eymery, F. Fournel, N. Magnea // Phys. Rev. B. 2005. V. 72, № 20. P. 205325-(l-8).

69. Clear quantum-confined luminescence from crystalline silicon/SiC^ single quantum wells / E.-C. Cho, M.A. Green, J. Xia, R. Corkish, P. Reece, M. Gal // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 84, № 13. P. 2286-2288.

70. Si nanocrystal based memories: Effect of the nanocrystal density / T.Z. Lu, M. Alexe, R. Scholz, V. Talalaev, R.J. Zhang, M. Zacharias // J. Appl. Phys. 2006. V. 100, № 1. P. 014310-(l-5).

71. Phase separation of thin SiO layers in amorphous SiO/SiC^ superlattices during annealing / L.X. Yi, J. Heitmann, R. Scholz, M. Zacharias // J. Phys.: Condens. Matter. 2003. V.15. P. S2887-S2895.

72. Williams G.V.M., Bittar A., Trodahl H.J. Crystallization and diffusion in progressively annealed a-Ge/SiO* superlattices // J. Appl. Phys. 1990. V. 67, № 4. P. 1874-1878.

73. Persans P.D., Ruppert A., Abeles B. Crystallization kinetics of amorphous Si/SiC>2 superlattice structures // Journal of Non-Crystalline Solids. 1988. V. 102, № 1-3. P.130-135.

74. The structural stability of reactively-sputtered amorphous multilayer films / I. Honma, H. Hotta, K. Kawai, H. Komiyama, K. Tanaka // J. Non-Cryst. Solids. 1987. V. 97-98, № 2. P. 947-950.

75. Interfacially initiated crystallization in amorphous germanium films / H. Homma, I.K. Schuller, W. Sevenhans, Y. Bruynseraede // Appl. Phys. Lett. 1987. V. 50, № 10. P. 594-596.

76. Miyazaki S., Ihara Y., Hirose M. Structural stability of amorphous semiconductor superlattices // Journal of Non-Crystalline Solids. 1987. V. 97-98, № 2. P. 887-890.

77. Oki F., Ogawa Y., Fujiki Y. Effect of Deposited Metals on the Crystallization Temperature of Amorphous Germanium Film // Jpn. J. Appl. Phys. 1969. V. 8. P. 1056-1056.

78. Raoux S., Jordan-Sweet J.L., Kellock A.J. Crystallization properties of ultrathin phase change films // J. Appl. Phys. 2008. V. 103, № 11. P. 114310-(l-7).

79. Photoluminescence of size-separated silicon nanocrystals: Confirmation of quantum confinement / G. Ledoux, J. Gong, F. Huisken, O. Guillois, C. Reynaud // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 80, № 1. P. 4834-4836.

80. Бурдов В.А. Зависимость ширины оптической щели кремниевых квантовых точек от их размера // ФТП. 2002. Т. 36, вып. 10. С. 1233-1236.

81. Allan G., Delerue С., Lannoo М. Nature of Luminescent Surface States of Semiconductor Nanocrystallites // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 76, № 16. P. 2961-2964.

82. Nayfeh M.H., Rigakis N., Yamani Z. Photoexcitation of Si-Si surface states in nanocrystallites / M.H. Nayfeh // Phys. Rev. B. 1997. V. 56, № 4. P. 2079-2084.

83. Self-trapped exciton recombination in silicon nanocrystals / A.Yu. Kobitski, K.S. Zhuravlev, H.P. Wagner, D.R.T. Zahn // Phys. Rev. B. 2001. V. 63, № 11. P. 115423-(l-5).

84. Canham L.T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers // Appl. Phys. Lett. 1990. V. 57, № 10. P. 1046-1049.

85. Walters R.J., Bourianoff G.I., Atwater H.A. Field-effect electroluminescence in silicon nanocrystals // Nature Materials. 2005. V. 4, № 2. P. 143-146.

86. Multilevel charge storage in silicon nanocrystal multilayers / T.Z. Lu, M. Alexe, R. Scholz, V. Talelaev, M. Zacharias // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87, № 20. P. 202110-(l-3).

87. Silicon quantum dot/crystalline silicon solar cells / E.-C. Cho, S. Park, X. Hao, D. Song, G. Conibeer, S.-C. Park, M.A. Green // Nanotechnology 2008. V. 19. P. 245201-(l-5).

88. Green M.A. Third generation photovoltaics. Berlin, Heidelberg: Springer, 2006. 160 pp.

89. Using silicon nanostructures for the improvement of silicon solar cells' efficiency / J. De la Torre, G. Bremond, M. Lemiti, G. Guillot, P. Mur, N. Buffet // Thin Solid Films. 2006. V. 511-512. P. 163-166.

90. Gelloz В., Koshida N. Nanocrystalline Si EL Devices // В кн.: Device Applications of Silicon Nanocrystals and Nanostructures / Ed. by N. Koshida. Springer Science+Business Media, LLC, 2009. P. 25-70.

91. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир, 1984. 456 с.

92. Кулоновское блокирование проводимости пленок SiOx при одноэлектронной зарядке кремниевой квантовой точки в составе цепочки электронных состояний / М.Д. Ефремов, Г.Н. Камаев, В.А. Володин, С.А. Аржанникова, Г.А. Качурин, С.Г. Черкова, А.В.

93. Кретинин, В.В. Малютина-Бронская, Д.В. Марин // ФТП. 2005. Т. 39, вып. 8. С. 945-952.

94. Ye Q., Tsu R., Nicollian E.H. Resonant tunneling via microcrystalline-silicon quantum confinement // Phys. Rev. B. 1991. V. 44, № 4. P. 1806-1811.

95. Single-electron tunneling through Si nanocrystals dispersed in phosphosilicate glass thin films / Y. Inoue, A. Tanaka, M. Fujii, S. Hayashi, K. Yamamoto // J. Appl. Phys. 1999. V. 86, №6. P. 3199-3203.

96. Chou S.Y., Gordon A.E. Steps and spikes in current-voltage characteristics of ox-ide/microcrystallite-silicon/oxide diodes // Appl. Phys. Lett. 1992. V. 60, № 15. P. 1827-1829.

97. Boeringer D.W., Tsu R. Avalanche amplification of multiple resonant tunneling through parallel silicon microcrystallites // Phys. Rev. B. 1995. V. 51, № 19. P. 13337-13343.

98. Nicollian E.H., Tsu R. Electrical properties of a silicon quantum dot diode // J. Appl. Phys. 1993. V. 74, № 6. P. 4020-4025.

99. Abeles В., Tiedje N. Amorphous Semiconductor Superlattice // Phys. Rev. B. 1983. V. 51, № 21. P. 2003-2006.

100. Wilk G.D., Wallace R.M., Anthony J.M. High-k gate dielectrics: Current status and materials properties considerations // J. Appl. Phys. 2001. V. 89, № 10. P. 5243-5275.

101. Wallace R.M., Wilk G.D. Identifying the most promising high-k gate dielectrics // Semiconductor International. 2001. P. 227-236.

102. De Blauwe J. Nanocrystal Nonvolatile Memory Devices // IEEE Transactions on Nano-technology. 2002. V. 1, № 1. P. 72-77.

103. Muralidhar R., Sadd М.А., White Jr. B.E. Silicon Nanocrystal Nonvolatile Memories // В кн.: Device Applications of Silicon Nanocrystals and Nanostructures / Ed. by N. Koshida. Springer Science+Business Media, LLC, 2009. P. 223-249.

104. Quantum confinement energy in nanocrystalline silicon dots from high-frequency conductance measurements / S. Huang, S. Banerjee, R.T. Tung, S. Oda // J. Appl. Phys. 2003. V. 94, № 11. P. 7261-7265.

105. Modeling of a EEPROM device based on silicon quantum dots embedded in high-k dielectrics / V.A. Gritsenko, K.A. Nasyrov, D.V. Gritsenko, Yu.N. Novikov, J.H. Lee, J.-W. Lee, C.W. Kim, H. Wong// Microelectronic Engineering. 2005. V.81. P. 530-534.

106. Recent advances in nanoparticle memories / D. Tsoukalas, P. Dimitrakis, S. Kolliopoulou, P. Normand // Materials Science and Engineering B. 2005. V. 124-125. P. 93-101.

107. Robertson J. Band offsets of high dielectric constant gate oxides on silicon // J. Non-Cryst. Solids. 2002. V. 303. P. 94-100.

108. Defects in High-k Gate Dielectric Stacks / ed. by E. Gusev. New-York: Springer, 2006. 492 pp.

109. High-resolution depth profiling in ultrathin A1203 films on Si / E.P. Gusev, M. Copel, E. Cartier, I.J.R. Baumvol, C. Krug, and M.A. Gribelyuk // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 76, № 2. P. 176-178.

110. Device and reliability of high-k AI2O3 gate dielectric with good mobility and low Dlt / A. Chin, C.C. Liao, C.H. Liu, W.J. Chen, C. Tsai // Tech. Dig. VLSI Symp. 1999. P. 135-136.

111. Characteristics of AI2O3 gate dielectric prepared by atomic layer deposition for giga scale CMOS DRAM devices / D.-G. Park, H.-I. Cho, C. Lim, I.-S. Yeo, J.-S. Roh, C.-T. Kim, J.-M. Hwang // Tech. Dig. VLSI Symp. 2000. P. 46-47.

112. Shappir J., Anis A., Pinsky I. Investigation of MOS capacitors with thin Zr02 layers and various gate materials for advanced DRAM applications // IEEE Trans. Electron Devices. 1986. V. 33, № 4. P. 442-449.

113. Copel M., Gribelyuk M., Gusev E. Structure and stability of ultrathin zirconium oxide layers on Si(001) // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 76, № 4. P. 436-438.

114. MOSCAP and MOSFET characteristics using Zr02 gate dielectric deposited directly on Si / W.-J. Qi, R. Nieh, B. H. Lee, L. Kang, Y. Jeon, K. Onishi, T. Ngai, S. Banerjee, J.C. Lee // Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet. 1999. P. 145-148.

115. Performance of MOSFETs with ultra thin Zr02 and Zr silicate gate dielectrics / W.-J. Qi, R. Nieh, B.H. Lee, K. Onishi, L. Kang, Y. Jeon, J.C. Lee, V. Kaushik. B.-Y. Nguyen, L. Prabhu, K. Eisenbeiser, J. Finder // Tech. Dig. VLSI Symp. 2000. P. 40-41.

116. MOS characteristics of ultra thin rapid thermal CVD Zr02 and Zr silicate gate dielectrics / C.H. Lee, H.F. Luan, W.P. Bai, S.J. Lee, T.S. Jeon, Y. Senzaki, D. Roberts, D.L. Kwong // Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet. 2000. P. 27-30.

117. Electrical properties of Zr02 gate dielectric on SiGe / T. Ngai, W.J. Qi, R. Sharma, J. Fretwell, X. Chen, J.C. Lee, S. Banerjee // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 76, № 4. P. 502-504.

118. Variation in the fixed charge density of Si0x/Zr02 gate dielectric stacks during postdeposition oxidation / M. Houssa, V.V. Afanas'ev, A. Stesmans, M.M. Heyns // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 77, № 12. P. 1885-1887.

119. Trap-assisted tunneling in high permittivity gate dielectric stacks / M. Houssa, M. Tuominen, M. Naili, V. Afanas'ev, A. Stesmans, S. Haukka, M.M. Heyns // J. Appl. Phys. 2000. V. 87, № 12. P. 8615-8620.

120. High permittivity thin film nanolaminates / H. Zhang, R. Solanki, B. Roberds, G. Bai, I. Banerjee // J. Appl. Phys. 2000. V. 87, № 4. P. 1921-1923.

121. Казанцева И.А. Получение и свойства ультратонких пленок аморфного кремния и многослойных периодических наноструктур на их основе: Дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.10. Н. Новгород, 2002. 213 с.

122. Особенности электропереноса в многослойных наноструктурах a-Si/ZrOx / И.А. Чуч-май, А.Ф. Хохлов, А.И. Машин, A.B. Ершов // Изв. Вузов. Электроника. 1999. № 5. С. 15-20.

123. Оптическое поглощение многослойных наноструктур a-Si/ZrOx / A.B. Ершов, И.А. Чучмай, А.Ф. Хохлов, А.И. Машин // Изв. Вузов. Электроника. 2000. № 1. С. 107-109.

124. Chuchmai I.A., Khokhlov A.F., Ershov A.V. Structural measurements of amorphous silicon multilayers by the atomic force microscopy // Phys. Low-Dim. 2001. V. 3/4. P. 47-52.

125. Precision Ion Polishing System: User's Guide. Gatan Inc., 1998. 118 pp.

126. Gwyddion Free SPM (AFM, SNOM/NSOM, STM, MFM, .) data analysis software: сайт. URL: http://gwyddion.net/ (дата обращения: 10.09.2011).

127. Ziegler J.F. The Stopping and Range of Ions in Matter. Режим доступа: http://www.srim.org, свободный. - Загл. с экрана.

128. Мотг Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. В 2-х т. М.: Мир, 1982. 663 с.

129. Forster Т. Versuche zum zwischenmolekularen. Übergang von elektronen anregungsenergie // Zeitschrift fur Elektrochemie. 1949. V. 53. P.93-100.

130. Dexter D.L. A theory of sensitized luminescence in solids // J. Chem. Phys. 1952. V. 21, № 5. P. 836-850.

131. Lannoo M., Delerue C., Allan G. Theory of radiative and nonradiative transitions for semiconductor nanocrystals // J. Lu'min. 1996. V. 70. P. 170-184.

132. Delerue С., Lannoo M. Nanostructures Theory and Modelling. Berlin: Springer-Verlag, 2004. 304 c.

133. Hybertsen M.S. Absortion and emission of light in nanoscale silicon structure // Phys. Rev. Lett. 1994. V. 72. P. 1514-1517.

134. Delerue C., Allan G., Lannoo M. Electron-phonon coupling and optical transitions for indirect-gap semiconductor nanocrystals // Phys Rev B. 2001. V. 64. P. 193402-(l-4).

135. Single-particle states in spherical Si/Si02 quantum dots / A.S. Moskalenko, J. Berakdar, A.A. Prokofiev, I.N. Yassievich // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. P. 085427-(l-9).

136. Silicon Nanocrystals: Fundamental Theory and Implications for Stimulated Emission / V.A. Belyakov, V.A. Burdov, R. Lockwood, A. Meldrum // Adv. Opt. Tech. 2008. V. 2008. P. 279502 (32 pp).

137. Balberg I., Savir E., Jedrzejewski J. The mutual exclusion of luminescence and transport in nanocrystalline silicon networks // J. Non-Cryst. Solids. 2004. V. 338-340. P. 102-105.

138. Kagan C.R., Murray C.B., Bawendi M.G. Electronic Energy Transfer in CdSe Quantum Dot Solids // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 76, № 9. P. 1517-1520.

139. Spectrally Resolved Dynamics of Energy Transfer in Quantum-Dot Assemblies: Towards Engineered Energy Flows in Artificial Materials / S.A. Crooker, J.A. Hollingsworth, S. Tretiak, V.I. Klimov // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 89, № 18. P. 186802-(l-4).

140. Allan G., Delerue C. Energy transfer between semiconductor nanocrystals: Validity of Forster's theory // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. P. 195311-(1-8).

141. Dexter D.L. Theory of sensitized luminescence of solids // J. Chem. Phys. 1952. V. 21, P. 836-850.

142. Belyakov V.A., Burdov V.A. Radiative Recombinantion and Migration Effects in Ensembles of Si Nanocrystals: Towards Controllable Nonradiative Energy Transfer // J. Comput. Theor. Nanoscience. 2011. V. 8, № 3. P. 365-374.

143. Roman Н.Е., Pavesi L. Monte Carlo simulations of the recombination dynamics in porous silicon //J. Phys.: Condens. Matter. 1996. V. 8. P. 5161-5187.

144. Zacharias M., Dlmova-Malinovska D., Stutzmann M. Properties of hydrogenated amorphous silicon suboxide alloys with visible room-temperature photoluminescence // Phil, Mag. B. 1996. V. 73, № 5. P. 799-816.

145. Tsu D.V., Lucovsky G., Davidson B.N. Effects of the nearest neighbors and the alloy matrix on SiH stretching vibrations in the amorphous SiOr:H (0 < r < 2) alloy system // Phys. Rev. B. 1989. V. 40, № 3. P. 1795-1805.

146. Infrared studies of transition layers at Si02 /Si interface / H. Ono, T. Ikarashi, K. Ando, T. Kitano // J. Appl. Phys. 1998. V. 84, № 11. P. 6064-6069.

147. Lange P. Evidence for disorder-induced vibrational mode coupling in thin amorphous Si02 film // J. Appl. Phys. 1989. V. 66, № 1. P. 201-204.

148. Formation of silicon nanocrystals in sapphire by ion implantation and the origin of visible photoluminescence / S. Yerci, U. Serincan, I. Dogan, S. Tokay, M. Genisel, A. Aydinli, R. Turan // J. Appl. Phys. 2006. V. 100, № 7. P. 074301-(l-5).

149. Tsu R., Shen H. Dutta M. Correlation of Raman and photoluminescence spectra of porous silicon // Appl. Phys. Lett. 1992. V. 60, № 1. P. 112-114.

150. Charge transport in ultrathin silicon rich oxide/SiC>2 multilayers under solar light illumination and in dark conditions / R.A. Puglisi, C. Vecchio, S. Lombardo, S. Lorenti, M.C. Camalleri // J. Appl. Phys. 2010. V. 108, № 2. P. 023701-(l-7).

151. Миркин JI.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. М.: Физматлит, 1961. 717 с.

152. О формировании нанокристаллов кремния при отжиге слоев SiC>2, имплантированных ионами Si / Г.А. Качурин, С.Г. Яновская, В.А. Володин, В.Г. Кеслер, А.Ф. Лейер, М,-О. Ruault // ФТП. 2002. Т. 36, вып. 6. С. 685-689.

153. Photoluminescence and free-electron absorption in heavily phosphorus-doped Si nanocrystals / A. Mimura, M. Fujii, S. Hayashi, D. Kovalev, F. Koch // Phys. Rev. B. 2000. V. 62, № 19. p. 12625-12627.

154. Влияние ионной имплантации P+, B+ и N+ на люминесцентные свойства системы SiC>2:nc-Si / Д.И. Тетельбаум, О.Н. Горшков, В.А. Бурдов, С.А. Трушин, А.Н. Михайлов, Д.М. Гапонова, С.В. Морозов, А.И. Ковалев // ФТТ. 2004. Т. 46, вып. 1. С. 21-25.

155. Cho В.-О., Lao S.X., and Chang J.P. Origin and effect of impurity incorporation in plasma-enhanced Zr02 deposition // J. Appl. Phys. 2003. V. 93, № 11. P. 9345-9352.

156. Zhao X., Vanderbilt D. Phonons and lattice dielectric properties of zirconia // Phys. Rev. B. 2002. V. 65, № 7. P. 075105-(1-10).

157. Long lasting phosphorescent properties of Ti doped Zr02 / Y. Cong, B. Li, B. Lei, W. Li // J. Luminescence. 2007. V. 126. P. 822-826.

158. Аморфный кремний и родственные материалы: Пер. с англ. / Под ред. X. Фрицше. М.: Мир, 1991.544 с.

159. Interface instabilities and electronic properties of Zr02 on silicon (100) / C.C. Fulton, Т.Е. Cook, G. Lucovsky, R.J. Nemanich // J. Appl. Phys. 2004. V. 96, № 5. P. 2665-2673.

160. High temperature stability in lanthanum and zirconia-based gate dielectrics / J.-P. Maria, D. Wicaksana, A.I. Kingon, B. Busch, H. Schulte, E. Garfunkel, T. Gustafsson // J. Appl. Phys. 2001. V. 90, № 7. P. 3476-3482.

161. Bi, L. Nanocrystal and interface defects related photoluminescence in silicon-rich AI2O3 films / L. Bi, J.Y. Feng // J. Lumin. 2006. - Vol.121. - P.95-101.

162. Белов А.И. Синтез и модификация свойств светоизлучающих кремниевых и кремний-углеродных нанокластеров в оксидных слоях с применением ионной имплантации: Дис. канд. физ.-мат. наук: 05.27.01. Н. Новгород, 2011. 146 с.

163. Cheylan S., Elliman R.G. Effect of hydrogen on the photoluminescence of Si nanocrystals embedded in a Si02 matrix // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 78, № 9. P. 1225-1227.

164. Cheylan S., Elliman R.G. Effect of particle size on the photoluminescence from hydrogen passivated Si nanocrystals in Si02 // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 78, № 13. P. 1912-1914.

165. Физика гидрогенизированного аморфного кремния: Вып. 1. Структура, приготовление и приборы: Пер. с англ. / Под ред. Дж. Джоунопулоса, Дж. Люковски. М.: Мир, 1987. 368 с.

166. Stesmans A. Interaction of Рь defects at the (111) Si/Si02 interface with molecular hydrogen: Simultaneous action of passivation and dissociation // J. Appl. Phys. 2000. V. 88, № 1. p. 489^197.

167. Brower K.L. Kinetics of H2 passivation of Рь centers at the (111) Si-SiCb interface // Phys. Rev. B. 1988. V. 38, № 14. P. 9657-9666.

168. Stesmans A. Influence of interface relaxation on passivation kinetics in H2 of coordination Pь defects at the (lll)Si/Si02 interface revealed by electron spin resonance // J. Appl. Phys. 2002. V. 92, N 3. P. 1317-1329.

169. Горелик С.С. Рентгенографический и электронографический анализ металлов (приложения). Справочно-расчетные таблицы и типовые рентгенограммы. М.: Гос. науч,-тех. изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1963. 92 с.

170. Ормонт Б.Ф. Структуры неорганических веществ. М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1950. 968 с.

171. Хитрова В.И.,Клечковская В.В. Электронографическое исследование фазообразова-ния и кристаллической структуры кубического окисла циркония в тонких слоях // Кристаллография. 1985. Т. 30, вып. 1. С. 126-130.

172. Влияние имплантации ионов бора и последующих отжигов на свойства нанокристал-лов Si / Г.А. Качурин, С.Г. Черкова, В.А. Володин, Д.М. Марин, Д.И. Тетельбаум, Н. Becker // ФТП. 2006. Т. 40, вып. 1. С. 75-81.

173. Photoluminescence of silicon nanoclusters with reduced size dispersion produced by laser ablation / L. Patrone, D. Nelson, V.I. Safarov, M. Sentis, W. Marine, S. Giorgio // J. Appl. Phys. 2000. V. 87, № 8. P. 3829-3837.

174. Phosphorus-doped Si nanocrystallites embedded in Si02 films / T. Makimura, Y. Yamamo-to, S. Mitani, T. Mizuta, C.Q. Li, D. Takeuchi, K. Murakami // Appl. Surf. Sci. 2002. V. 197-198. P. 670-673.

175. Control of photoluminescence properties of Si nanocrystals by simultaneously doping n-and p-type impurities / M. Fujii, Y. Yamaguchi, Y. Takase, K. Ninomiya, S. Hayashi // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 85, № 7. P. 1158-1160.

176. Photoluminescence from impurity codoped and compensated Si nanocrystals / M. Fujii, Y. Yamaguchi, Y. Takase, K. Ninomiya, S. Hayashi // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87, № 21. P. 211919-(l-3).

177. Photoluminescence and electroluminescence of size-controlled silicon nanocrystallites embedded in Si02 thin films / O. Jambois, H. Rinnert, X. Devaux, M. Vergnat // J. Appl. Phys. 2005. V. 98, № 4. P. 046105-(l-3).

178. Si nanocrystal synthesis in HfCVSiO/HfCh multilayer structures / M. Perego, G. Seguini, C. Wiemer, M. Fanciulli, P.-E. Coulon, C. Bonafos // Nanotechnology. 2010. V. 21. P. 055606-(1-7).

179. Thompson S.E., Parthasarathy S. Moore's law: the future of Si microelectronics // Materials Today. 2006. V. 9. № 6. P. 20-25.

180. Lockwood D.J., Tsybeskov L. Optical properties of silicon nanocrystal superlattices // J. Nanophotonics. 2008. V. 2. P. 022501-(l-33).

181. Зи. С. Физика полупроводниковых приборов. М. : Мир, 1984. 456 с.

182. Демидов Е.С., Карзанов В.В., Шенгуров В.Г. Дискретное туннелирование дырок в пористом кремнии // Письма в ЖЭТФ. 1998. Т. 67, №. 10. С. 794-797.

183. Дискретное туннелирование в электронных транспортных свойствах наногранулиро-ванного пористого кремния и подобных гетерофазных систем / Е.С. Демидов, Н.Е. Демидова, В.В. Карзанов, К.А. Марков, В.В. Сдобняков // ФТТ. 2009. Т. 51, вып. 10. С. 1894-1899.

184. Кулик И.О., Шехтер Р.И. // ЖЭТФ. 1975. Т. 68. С. 623-640; Kulik I.O., Shekhter R.I. Kinetic phenomena and charge discreteness effects in granulated media // Sov. Phys.-JETP. 1975. V. 41, №2 P. 308-316.

185. Демидов Е.С. Аттосекундная высокотемпературная субнаноразмерная одноэлектро-ника на атомах переходных металлов // Письма в ЖЭТФ. 2000. Т. 71, № 9. С. 513-518.

186. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

187. Статьи в журналах, включенных в перечень ВАК

188. А5. Дискретное туннелирование в многослойных нанопериодических структурах пс-Si/Al203 / И.А. Чугров, Е.С. Демидов, A.B. Ершов // Вестник ННГУ. Сер. ФТТ. 2011. № 3. С. 44-49.

189. Статьи в сборниках трудов конференций

190. Тезисы докладов конференций

191. А24. Влияние отжига и гидрогенизации на оптические свойства многослойных наноструктур a-Si/Zr02 и <3-Si0x/Zr02 / И.А. Чугров, A.A. Ершов // Тезисы 14-ой Нижегородской сессии молодых ученых, Н.Новгород, 19-24 апр., 2009. С. 51.

192. А25. Фотолюминесценция многослойных наноструктур Si/Zr02 и Si0/Zr02, ионно-легированных бором и фосфором / A.A. Ершов, И.А. Чугров // Тезисы 14-ой Нижегородской сессии молодых ученых, Н.Новгород, 19-24 апреля, 2009. С. 37.

193. АЗО. Оптические и электрические свойства упорядоченной системы ««c-Si/оксид с высокой диэлектрической проницаемостью» / И.А. Чугров, A.A. Ершов, A.B. Ершов // Тезисы 15-ой Нижегородской сессии молодых ученых, Н.Новгород, 19-23 апр., 2010. С. 95.

194. Учебно-методические пособия