Формирование нанокластеров кремния в диоксиде кремния под воздействием электронного пучка тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

Колесникова Екатерина Владимировна

0034Э0951

ФОРМИРОВАНИЕ НАНОКЛАСТЕРОВ КРЕМНИЯ В ДИОКСИДЕ КРЕМНИЯ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА

01.04.10. - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2009

2 3 ЯНВ 2010

003490951

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук Заморянская Мария Владимировна Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, Теруков Евгений Иванович

Ведущая организация - Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Защита состоится «21» января 2010 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д. 002.205.02

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН

Автореферат разослан «18» декабря 2009 года. Ученый секретарь

диссертационного совета Д. 002.205.02

Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

доктор физико-математических наук, профессор

Барабан Александр Петрович

Санкт-Петербургский Государственный Университет

доктор физико-математических наук

Сорокин Л.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

С начала 60-х годов прошлого столетия и по сегодняшний день кремний остается основным полупроводниковым материалом микроэлектроники. В совершенстве отработаны методы получения, очистки и обработки монокристаллического кремния, а также планарная технология на его основе, используемая в производстве интегральных схем. В настоящее время традиционные полупроводниковые элементы микроэлектроники уже вплотную приблизились к физическим ограничениям по размерам активных элементов. Такой важнейший параметр, как быстродействие интегральных схем, лимитируется задержками, обусловленными сопротивлением и емкостями металлических межсоединений, общая длина которых резко возрастает с ростом степени интеграции. Эта проблема может быть решена путем замены электрических межсоединений оптическими. Соответственно, встает вопрос о возможности применения кремния в изготовлении интегральных схем, реализующих функции генерации, передачи и обработки электрических и оптических сигналов. Одним из способов решения данной проблемы является использование структур на основе наноразмерного кремния. В настоящее время не удается создать структуры с достаточно интенсивной люминесценцией в видимом диапазоне, поэтому необходимы дальнейшие исследования в этой области.

Еще одна не менее важная проблема - это улучшение характеристик (уменьшение размеров, уменьшение рабочего напряжения и повышение надежности) элементов энергонезависимой памяти. Наиболее перспективным в данной области является использование нанокристаллов кремния, погруженных в тонкие диэлектрические слои.

В связи с этим были опробованы различные способы формирования нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния: ионная имплантация с последующим отжигом,

отжиг осажденных SiOx пленок и пр. Основными недостатками метода ионной имплантации являются сложность создания тонких слоев (менее 10 нм) с нанокластерами кремния и дороговизна оборудования. Метод осаждения из газовой фазы позволяет формировать тонкие пленки, но слои выращенные таким методом обладают высокой пористостью и низкой адгезией. В обоих методах для формирования нанокластеров кремния необходим последующий высокотемпературный отжиг. Также эти методы не позволяют изучать рост нанокласторов кремния in situ.

Соответственно, разработка нового метода роста нанокластеров кремния в объеме диоксида кремния и исследование изменения люминесцентных свойств при формировании нанокластеров кремния являются актуальными. Данная работа посвящена формированию нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием электронного пучка. Такой метод позволяет не только создавать нанокластеры кремния в облучаемом микрообъеме, но и контролировать изменения структуры аморфного диоксида кремния и процесс роста нанокластеров кремния методом локальной катодолюминесценции in situ.

Целью диссертационной работы являлось установление основных закономерностей процесса формирования нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием электронного пучка высокой удельной мощности. Были поставлены следующие основные задачи:

1. Разработка метода формирования нанокластеров кремния в объеме диоксида кремния при облучении электронным пучком и исследования изменения катодолюминесцентных свойств облучаемого объема in situ.

2. Оценка температуры локального перегрева при облучении электронным пучком в объемном аморфном диоксиде кремния и пленках диоксида кремния.

3. Выявление основных этапов модификации аморфного диоксида кремния электронным пучком с разной удельной мощностью.

4. Исследование влияния количества точечных дефектов и примеси ОН-групп в исходном аморфном диоксиде кремния на процесс его модификации.

Научная новизна

• Впервые показана принципиальная возможность формирования нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием электронного пучка. Определены условия формирования нанокластеров кремния при модификации аморфного диоксида кремния электронным пучком. Получены распределения по размерам и структурные параметры нанокластеров кремния.

• Впервые проведена оценка температуры объемных стекол и тонких пленок диоксида кремния в области облучения электронным пучком.

• Впервые установлены пороговые значения параметров эксперимента. При превышении этих значений характер динамики катодолюминесцентных свойств диоксида кремния под воздействием электронного пучка принципиально изменяется.

• Впервые показано влияние ОН-групп в исходном диоксиде кремния на процесс модификации электронным пучком в аморфном диоксиде кремния.

• Впервые предложена модель формирования нанокластеров кремния в диоксиде кремния под воздействием электронного пучка.

Научная и практическая значимость работы

Научная значимость данной работы заключается в установлении основных закономерностей роста нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием электронного пучка. Практическая значимость работы определяется возможностью использовать предложенный метод роста нанокластеров кремния при создании элементов энергонезависимой памяти нового поколения. Данный метод роста совместим с современными планарными технологиями.

Основные положения, выносимые на защиту

1. При облучении аморфного диоксида кремния электронным пучком с плотностью тока более 1 А/см2 в диоксиде кремния формируются нанокластеры кремния. Нанокластеры кремния представляют собой монокристаллы с тетрагональной Р-Эп структурой со средним размером 2-4 нм.

2. При плотности тока менее 1 А/см2 не происходит изменений в облучаемом объеме; при плотности тока от 1 А/см2 до 3,5 А/см2 - формируются точечные дефекты и нанокластеры кремния малых размеров (менее 4 нм); более 3,5 А/см2 - происходит формирование нанокластеров кремния (линейный размер около 4 нм), их рост и затем образование кластеров кремния с линейными размерами более 10 нм. Таким образом, выявлены два пороговых значения мощности облучения диоксида кремния электронным пучком.

3. Высокое содержание ОН-групп (более 1000 ррт) в исходном диоксиде кремния стимулирует формирование точечных дефектов и нанокластеров кремния в объеме диоксида кремния при более низких значениях плотности тока электронного пучка, чем в диоксиде кремния с низким содержанием ОН-групп. Нанокластеры в диоксиде кремния с низким содержанием ОН-групп имеют меньший размер (2 нм) и меньшее отклонение от среднего размера, чем нанокластеры кремния в диоксиде кремния с высоким содержанием ОН-групп.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах лаборатории

диффузии и дефектообразования в полупроводниках Учреждения Российской академии наук

Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН и в лаборатории физики диэлектриков

и полупроводников института физики Университета г. Росток, Германия, а также на

международных школах, конференциях и симпозиумах, в том числе:

-6-

Gettering and Defect Engineering in Semiconductor Technology г. Гьенс (Франция) 2005 г.; 8th International Workshop on Beam Injection Assessment of Microstructures in Semiconductors г. Санкт-Петербург (Россия) 2006 г.;

12th International Conference on Defects-Recognition, Imaging and Physics in Semiconductors г. Берлин (Германия) 2007 г.;

VI Международная конференция Кремний-2009 г. Новосибирск (Россия) 2009 г.; 25th International Conference on Defects in Semiconductors г. Санкт-Петербург (Россия) 2009 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 работ (7 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и 4 тезиса докладов на конференциях), список публикаций приведен в конце автореферата.

Личный вклад

Автором разработан метод формирования нанокластеров кремния в диоксиде кремния под воздействием электронного пучка, проведен расчет температуры перегрева облучаемого микрообъема, проведены катодолюминесцентные исследования диоксида кремния в процессе модификации электронным пучком, проведены расчеты параметров диффузии кислорода в диоксиде кремния, обработаны данные, полученные методом просвечивающей электронной микроскопии. Получение светлопольных, темнопольных изображений и микродифракции методом просвечивающей электронной микроскопии проводились А.А. Ситниковой.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Работа содержит 112 страниц машинописного текста, включая 54 рисунка, 3 таблицы и библиографию из 98 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, определены цель и задачи исследований, изложена новизна и практическая ценность работы, сформулированы основные защищаемые положения.

В первой главе представлен обзор современных методов формирования нанокластеров кремния в объеме диоксида кремния, продемонстрированы их основные преимущества и недостатки.

Также в главе 1 представлен обзор люминесцентных свойств структур БЮгЛЗь В табл. 1 приведены люминесцентные характеристики основных полос в видимом и ИК диапазоне структур вЮ^ь Люминесцентные методы позволяют исследовать такие системы, а также выявлять изменение содержания точечных дефектов в диоксиде кремния, определять наличие нанокластеров кремния и крупных кремниевых включений.

Во второй главе описаны экспериментальные методы, используемые автором. Для облучения аморфного диоксида кремния использовался электронный пучок, формируемый в электронно-зондовом микроанализаторе САМЕВАХ. Оборудование позволяло исследовать облучаемый объем методами локальной катодолюминесценции (КЛ) и рентгеноспектрального микроанализа в процессе модификации.

Для более подробного исследования нанокластеров кремния был использован метод

просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Для этого были подготовлены тонкие

пленки диоксида кремния. Модификация данных образцов проводилась на

рентгеноспекгральном микроанализаторе САМЕВАХ. Затем на этих образцах методом ПЭМ

-8-

получали распределение по размерам образовавшихся нанокластеров кремния и данные о их структурной модификации.

Табл. 1 Основные люминесцентные характеристики КЛ полос структуры 8102/51.

Положение максимума интенсивности (эВ) Полуширина (эВ) Время затухания Трактовка

1,15 0,12 - Кристаллический объемный кремний [1]

1,3 0,15 - Аморфный объемный кремний [2]

1,6-1,8 0,1 - Нанокластеры кремния [3]

1,9 0,14 25 мкс Немостиковый кислород [4]

2,1-2,3 0,2 8 мкс Дефект =81-81= [5]

2,65 0,3 5 мс Двухкоординированный атом кремния 81=81 [6]

Основной причиной изменения люминесцентных свойств аморфного диоксида кремния

и формирования нанокластеров кремния является нагрев диоксида кремния из-за

торможения электронов в облучаемой области. Для определения подходящих для

модификации параметров электронного пучка была проведена оценка температуры

перегрева при облучении аморфного диоксида кремния электронным пучком. Для этого был

проведен расчет пространственного распределения энергетических потерь электронов с

энергиями 5-20 кэВ по методу Монте-Карло (Рис. 1). В соответствии с литературными

данными предполагалось, что более 80% энергии электронов тратится на формирование

электрон-дырочных пар. Далее решалось уравнение теплопроводности при аппроксимации

области генерации тепла полуэллипсоидом в случае объемного диоксида кремния и

-9-

цилиндром в случае пленки диоксида кремния. Было показано, что при рабочих режимах установки температура перегрева может варьироваться от нескольких градусов до 1200 °С. Также была проведена оценка температуры перегрева для тонких пленок диоксида кремния подготовленных для исследования просвечивающей электронной микроскопией. Показано, что при одинаковых параметрах электронного пучка для тонких пленок в вакууме температура перегрева в полтора-два раза выше, чем для объемных образцов.

Рис. 1 Пространственное стационарное распределение энергетических потерь электронов (эВ/мкм3с), рассчитанное по методу Монте-Карло. Энергия электронов: а- 5

В третьей главе представлены исследования процесса модификации аморфного диоксида кремния под воздействием электронного пучка с высокой удельной мощностью. Исследования проводились методами локальной катодолюминесценции и просвечивающей электронной микроскопии на тонких пленках подготовленных для ПЭМ. Как было показано в главе 2 при плотности тока 2 А/см2 температура перегрева превышает 1200 °С. При облучении аморфного диоксида кремния электронным пучком с такими параметрами происходит формирование области дефицита кислорода (по данным КЛ), затем формируются кластеры кремния (по данным КЛ и ПЭМ).

а

Ф Ь _Ф

9,ПО15 1,4*1017

4,0*1017

H,2*1018

5,2*1018 9,4*1018 7,9*1019

I,5*1020

кэВ; Ь-20 кэВ.

Рис. 2 ПЭМ изображение и микродифракция нанокластеров кремния, полученных е результате облучения диоксида кремния электронным пучком.

CD

03 =3

wet Si02 dry SiO

diameter, nm

Рис. 3 Распределение no размерам нанокластеров кремния, сформировавшихся при модификации диоксида кремния электронным пучком: wet - в диоксиде кремния с высоким содержанием ОН-групп (1000 ррт); dry - в диоксиде кремния с низким содержанием 0Н-

групп (1-2 ррт).

По данным микродифракции нанокластеры кремния обладают следующим набором межплоскостных расстояний: ё = 2.08±0.02 А, с! =1.24 А и <1 =1.08 А (рис. 2). Такие межплоскостные расстояния соответствуют нанокластерам кремния с тетрагональной кристаллической структурой Р-Эп. Это связано с высокими напряжениями, возникающими в аморфном диоксиде кремния при модификации электронным пучком.

На рис. 3 показано распределение по размерам нанокластеров кремния, образовавшихся при модификации пленок диоксида кремния с высоким и низким содержанием ОН-групп. Видно, что средний размер нанокластеров в сухом окисле 2-3 нм, а во влажном 4 нм. Также в сухом окисле заметно меньше отклонение диаметра нанокластеров кремния от среднего значения.

2,0

1

2

О

1ткт

о

1,0

1,5

епегду, е\/

2,0

Рис. 4 ПЭМ изображение пленки диоксида

Рис. 5 Спектры КЛ в ИК-диапазоне: 1 — кристаллический кремний; 2 - диоксид кремния после модификации электронным пучком.

кремния после модификации. 1 — немодифицированная область; 2 - область дефицита кислорода; 3 - область воздействия электронного пучка.

Методами КЛ и ПЭМ было показано, что при модификации диоксида кремния электронным пучком с плотностью тока 3 А/см2 (температура перегрева 1200 °С) в области воздействия электронного пучка формируются крупные включения кремния (рис. 4 и рис.5). На расстоянии порядка 2-3 микрон от области, облученной электронным пучком, также наблюдается изменение люминесцентных свойств и структуры диоксида кремния, и формируются нанокластеры кремния (рис. 4).

В четвертой главе приведены результаты модификации объемных образцов аморфного диоксида кремния с различным содержанием ОН-групп.

Эксперимент, позволяющий определять обратимость изменений КЛ свойств облучаемого объема диоксида кремния, происходил в три этапа:

1. микрообъем образца облучался электронным пучком и одновременно регистрировались спектры КЛ. Облучение продолжалось до того момента, пока КЛ спектры облучаемой области не переставали меняться;

2. воздействие электронного пучка на диоксид кремния прекращалось на время сопоставимое со временем облучения;

3. облучение исследуемой области электронным пучком и регистрация КЛ спектров возобновлялись.

Можно выделить два пороговых значения плотности тока при модификации аморфного диоксида кремния с высоким содержанием ОН-групп. Выявлено, что при плотности тока ниже 0,6 А/см2 интенсивность полос катодолюминесценции, связанная с точечными дефектами диоксида кремния, возрастает. После длительного времени релаксации интенсивность КЛ полос восстанавливается до начального значения, то есть не происходит формирования стабильных дефектов в модифицируемом объеме (рис.6 а). При плотности тока от 0,6 А/см2 до 2,5 А/см2 (рис.6 Ь) интенсивности полос катодолюминесценции диоксида кремния, связанные с точечными дефектами диоксида кремния, растут в течение

20-30 минут, в ИК-диапазоне возникают полосы, связанные с люминесценцией кремниевых нанокластеров. После длительной релаксации интенсивность катодолюминесценции не восстанавливается, то есть при таких условиях облучения в диоксиде кремния формируются стабильные точечные дефекты и нанокластеры кремния малых размеров.

ГО

-t—' 'со с <D

ч—<

с

—I

о

л

т/

/

J

/

time, min

I 1 I 1 I ■ I 1 I

0 20 40 60 80

Рис. 6 Динамика полос катодолюминесценции аморфного диоксида кремния до и после модификации электронным пучком и после релаксации облучаемого объема в течение 20 минут. В промежутке времени 1-2 электронный пучок включен, в промежутке времени 2-3 выключен, в момент времени 3 - включен. Плотность тока (А/см2) : а - 0,13; Ь - 0,63; с-3,1.

При плотности тока выше 2,5 А/см2 в течение 20-30 минут происходит рост полос КЛ, связанных с точечными дефектами в диоксиде кремния, после 30 минут облучения начинается падение интенсивности полосы 1,9 эВ и продолжается рост полосы 2,65 эВ (происходит формирование области дефицита кислорода), после 40 минут облучения

наблюдается общее падение интенсивности КЛ, связанное с уменьшением доли диоксида кремния в облучаемом микрообъеме.

После модификации диоксида кремния в течение 60 минут возникают полосы в ИК диапазоне с максимумами 1,15 эВ и 1,3 эВ, связанные с крупными включениями кремния. Таким образом, происходит формирование нанокластеров кремния, их рост и затем формирование крупных кластеров аморфного кремния (рис. 6 с).

Пороговые значения плотности тока были получены для образцов объемного диоксида кремния с различным содержанием ОН-групп (1-2 ррт и 1000 ррт). Показано, что при модификации диоксида кремния с низким содержанием ОН-групп пороговые значения плотности тока выше, чем в диоксиде кремния с высоким содержанием ОН-групп. В диоксиде кремния с низким содержанием ОН-групп порог возникновения стабильных дефектов 1 А/см2, порог формирования крупных включений кремния 3,5 А/см2.

Для сравнения результатов воздействия длительного восокотемпературного отжига и облучения электронным пучком были исследованы пленки диоксида кремния после имплантации ионами кремния. Получено, что спектры КЛ пленок диоксида кремния, имплантированных ионами кремния после отжига при 700 °С в течение часа, и после модификации электронным пучком в течение 30 минут с температурой локального перегрева около 700 °С, различаются незначительно. И в том, и в другом случаях в пленках формируются нанокластеры кремния.

В пятой главе рассмотрены возможные механизмы формирования нанокластеров кремния в диоксиде кремния под воздействием электронного пучка.

Формирование точечных дефектов и, затем, нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния при облучении электронным зондом, связано с температурным перегревом облучаемой области. На это указывают такие факты:

• при облучении диоксида кремния электронным пучком с плотностью тока 1 А/см в образцах при комнатной температуре происходит формирование нанокластеров кремния, тогда как при температуре 77 К не происходит никакой модификации;

• формирование нанокластеров кремния происходит также в области, не подвергавшейся облучению электронами, но находящейся в непосредственной близости от области облучения;

• при уменьшении энергии электронов происходит понижение пороговых значений плотности тока, так как в этом случае происходит повышение температуры перегрева за счет уменьшения объема взаимодействия с электронами.

£

»ею-

2

О

=81:

+

+

3

(си) О

о,

(Нттюь) С"—)

н,

Рис. 7 Схема трансформации точечных дефектов в диоксиде кремния.

На рис.7 показана схема формирования точечных дефектов и мобильного кислорода при

облучении комплексов Б1-ОН электронным пучком.

Методами ПЭМ и рентгеноспектрального микроанализа было получено, что после

длительной модификации электронным пучком облучаемая область имеет состав 8(01,87.

Рассчитано изменение концентрации свободного кислорода в пленках диоксида кремния в

вакууме и в объемном диоксиде кремния. Показано, что в обоих случаях скорость диффузии

свободного кислорода в диоксиде кремния на порядки выше, чем скорость модификации. То

-16-

есть, скорость модификации диоксида кремния зависит большей частью от скорости формирования свободного кислорода.

Представлен обзор теорий зародышеобразования и последующего роста нанокластеров кремния из БЮх при отжиге. Показано, что при модификации диоксида кремния электронным пучком с плотностью тока от 1 до 3,5 А/см2 преобладает процесс зародышеобразования, тогда как при плотности тока выше 3,5 А/см2 преобладает процесс коалесценции, что вызывает формирование крупных включений кремния.

Основные результаты и выводы

1. Определены условия формирования нанокластеров кремния в диоксиде кремния под воздействием электронного пучка.

2. Проведена оценка температуры перегрева аморфного диоксида кремния при облучении электронным пучком высокой удельной мощности для объемных образцов и тонких пленок.

3. Установлены два пороговых значения параметров облучения диоксида кремния электронным пучком. При плотности тока менее 1 А/см2 не происходит изменений в облучаемом объеме; при плотности тока от 1 А/см2 до 3,5 А/см2 - формируются точечные дефекты и нанокластеры кремния малых размеров; более 3,5 А/см2 - происходит формирование нанокластеров кремния (линейный размер около 4 нм), их рост и затем образование крупных кластеров кремния (линейные размеры более 10 нм).

4. Определены распределения по размерам и кристаллическая структура нанокластеров кремния, сформировавшихся при облучении диоксида кремния электронным пучком.

5. Исследовано влияние содержания ОН-групп в исходном диоксиде кремния на процесс модификации электронным пучком. В диоксиде кремния с содержанием ОН-групп около 1000 ррш пороговые значения плотности тока ниже, чем в стекле с содержанием ОН-групп 1-2 ррт.

Список публикаций по теме диссертации Публикации в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Бакалейников Л.А., Заморянская М.В., Колесникова Е.В., Соколов В.И., Флегонтова Е.Ю. Модификация диоксида кремния электронным пучком.// ФТТ, 2004, Т. 46, В 6, стр. 989-994

2. Kolesiiikova E.V., Sitnikova А.А., Sokolov V.I., Zamoryanskaya M.V. Modification of silicon oxide by high energy electron beam Л Solid State Phenomena, 2005, V. 108-109, pp. 729-734

3. Fitting H.-J., Ziems Т., Salh R., Zamoryanskaya M.V., Kolesnikova E.V., Schmidt В., von Czarnowski A. Cathodoluminescence of wet, dry and hydrogen-implanted silica film.// Journal of Non-Crystalline Solids, 2005, V. 351, pp. 2251-2262

4. Salh R., von Czarnowski A., Zamoryanskaya M.V., Kolesnikova E.V., Fitting H.-J. Cathodoluminescence of SiO„ under-stoichiometric silica layers.// Physica Status Solidi (a), 2006, V. 203, N8, pp. 2049-2057

5. Salh R., Fitting L., Kolesnikova E.V., Sitnikova A.A., Zamoryanskaya M.V., Schmidt В., Fitting H.-J. Si and Ge nanocluster formation in Silica matrix.// ФТТ, 2007, T. 41, N 4, стр. 397402

6. Kolesnikova E.V., Zamoryanskaya M.V. Silicon nanoclusters formation in silicon dioxide by high power density electron beam.// Physica B: Condensed Matter, 2009, V. 404, pp. 4653^1656

7. Fitting H.-J., Fitting Kourkoutis L., Salh R., Kolesnikova E. V., Zamoryanskaya M. V., von Czarnowski A., Schmidt B. Silicon Cluster Aggregation in Silica Layers.// Solid State Phenomena, 2009, V. 156-158, pp. 529-533

Публикации в прочих изданиях:

1. Kolesnikova E.V., Salh R., Fitting L., Sitnikova A.A., Zamoryanskaya M.V. and Fitting H.-J. Si and Ge nanocluster formation in silica matrix.// The 8,h International Workshop on Beam Injection Assessment of Microstructure in Semiconductors. Тезисы докладов, 2006, p. 102

2. Kolesnikova E.V., Mukchin E.E., Sokolov V.I., Zamoryanskaya M.V. Study of radiation defects in amorphous silicon dioxide by local cathodoluminescence.// 12th International Conference on Defects-Recognition, Imaging & Physics in Semiconductors. Тезисы докладов, 2007, p. 101

3. Kolesnikova E.V., Zamoryanskaya M.V. Silicon nanoclusters formation in silicon dioxide by high power density electron beam.// 25th International Conference on Defects in Semiconductors. Тезисы докладов, 2009, pp. 435-436

4. Колесникова E.B., Заморянская M.B., Формирование нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием электронного зонда высокой удельной мощности.// VI Международная конференция Кремний-2009. Тезисы докладов, 2009, стр. 119

Список литературы

1. McLean Т.Р., Loudon R. Exciton energy levels in germanium and silicon.//! Phys. Chem. Solids., 1960, V. 13, № 1, pp. 1-9

2. Акимченко И.П., Бармин Ю.В., Вавилов В.С.,Гавриленко В.И., Золотухин И.В., Литовченко В.Г. Оптические свойства и структура пленок a-Si, свободных от подложкиУ/ФТП, 1984, Т. 18, № 12, стр. 2138-2141

3. Sanders G.D., Chang Y.C., Chung Y. Theory of optical properties of quantum wires in porous silicon.//Phys. Rev. B, 1992, V. 45, issue 16, pp. 9202-9213

4. Skuja L.N., Silin A.R. A model for the non-bridging oxygen center in fused silica.// Phisica Status Solidi (a)., 1982., V. 70, issue 1, pp 43-49

5. Zamoryanskaya M.V., Sokolov V.I., Plotnikov V. Cathodoluminescence study of Si/Si02 interface structure.//Applied Surface Science, 2004, V. 234, issues 1-4, pp. 214-217

6. Skuja L.N., Streletcky A.N., Pakovich A.B. A New Intrinsic Defect In Amorphous SiOj: Twofold Coordinated Silicon.// Solid State Communication., 1984, V. 50, № 12, pp. 1069-1072

Подписано в печать 14.12.2009. Формат 60x90/16 Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,25 Тираж 100 экз. Заказ 387

Отпечатано в типографии ООО «Адмирал»

199048, Санкт-Петербург, В. О., 6-я линия, д. 59 корп. 1, оф. 40Н

Введение.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ РОСТА И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМЫ 8Ю2/81.И

1.1. Методы формирования структур 8Ю2/81.

1.1.1. Пористый кремний.

1.1.2. Методы осаждения.

1.1.3. Ионно-синтезированные нанокластеры и нанокристаллы

1.2. Люминесцентные свойства системы 8Ю2/81.

1.2.1. Люминесцентные свойства диоксида кремния.

Структура диоксида кремния.

Собственные дефекты в аморфном диоксиде кремния.

1.2.2. Катодолюминесценция аморфного диоксида кремния.

К Л объемного диоксида кремния.

1.2.3. Кремний, люминесценция кремния.

Катодолюминесценция объемного кремния.

1.2.4. Механизмы люминесценции, связанной с нанокристаллами 81 в 8ЮХ.

1.2.5. Люминесценция структур вЮг^.

Пленки диоксида кремния на кремнии.

КЛ пленок диоксида кремния на кремнии.

Люминесценция диоксида кремния с нанокластерами кремнием.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, ИССЛЕДУЕМЫЕ ОБРАЗЦЫ.

2.1. Используемые методы.

2.1.1. Локальная катодолюминесценция.

Глубина области генерации катодолюминесценции.

Определение количества люминесцирующих центров.

2.1.2. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ).

2.1.3. Методы определения состава.

РСМА.

Изображения ПЭМ.

2.2. Образцы.

2.3. Определение условий модификации диоксида кремния электронным пучком.

Проведение расчета локальной температуры нагрева объемного аморфного диоксида кремния.

Расчет температуры нагрева для образцов ПЭМ.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА С ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТЬЮ ТОКА НА АМОРФНЫЙ

ДИОКСИД КРЕМНИЯ.

3.1. Облучение пленок диоксида кремния.

3.2. Облучение объемного диоксида кремния.

3.2.1. Изменение катодолюминесценции при облучении электронным пучком.

3.2.2. Аморфный диоксид кремния после длительного облучения электронным пучком.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.

ГЛАВА 4. ОСОБЕНОСТИ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ НАНОКЛАСТЕРОВ КРЕМНИЯ ПРИ ВАРЬИРОВАНИИ ПАРАМЕТРОВ ЭКСПЕРИМЕНТА И НАЧАЛЬНОГО СОСТАВА ДИОКСИДА КРЕМНИЯ.

4.1. Исследование влияния плотности тока на процесс формирования нанокластеров кремния.

4.1.1. Низкая плотность тока электронного пучка (То11 < 20°С).

4.1.2. Низкая плотность тока электронного пучка (ТоЬ=50-200°С).

4.1.3. Средняя плотность тока электронного пучка (Тоь=250-800°С).

4.1.4. Высокая плотность тока электронного пучка (То1, >900°С).

4.2. Исследование влияния содержания ОН-групп а диоксиде кремния на процесс формирования нанокластеров кремния.

4.2.1. Низкая плотность тока электронного пучка (Т^ < 20°С).

4.2.2. Средняя плотность тока электронного пучка (Т0и =250°С).

4.2.3. Высокая плотность тока электронного пучка (Т0|, =1000°С).85 4.3. Формирование нанокластеров кремния в диоксиде кремния имплантированном ионами кремния, кислорода и водорода.

4.3.1. Низкая плотность тока электронного пучка (Т0ь =50°С).

4.3.2. Высокая плотность тока электронного пучка (ТоЬ =700°С).

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.

ГЛАВА 5. ФОРМИРОВАНИЕ НАНОКЛАСТЕРОВ КРЕМНИЯ

В АМОРФНОМ ДИОКСИДЕ КРЕМНИЯ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА.

5.1. Формирование свободного кислорода в диоксиде кремния.

5.2. Диффузия кислорода.

5.3. Рост нанокластеров.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5.

С начала 60-х годов прошлого столетия и по сегодняшний день кремний остается основным полупроводниковым материалом микроэлектроники. В совершенстве отработаны методы получения, очистки и обработки монокристаллического кремния, а также планарная технология на его основе, используемая в производстве интегральных схем. В настоящее время традиционные полупроводниковые элементы микроэлектроники уже вплотную приблизились к физическим ограничениям по размерам активных элементов. Такой важнейший параметр, как быстродействие интегральных схем, лимитируется задержками, обусловленными сопротивлением и емкостями металлических межсоединений, общая длина которых резко возрастает с ростом степени интеграции. Эта проблема может быть решена путем замены электрических межсоединений оптическими. Соответственно, встает вопрос о возможности применения кремния в изготовлении интегральных схем, реализующих функции генерации, передачи и обработки электрических и оптических сигналов. Одним из способов решения данной проблемы является использование структур на основе наноразмерного кремния. В настоящее время не удается создать структуры с достаточно интенсивной люминесценцией в видимом диапазоне, поэтому необходимы дальнейшие исследования в этой области.

Еще одна не менее важная проблема — это улучшение характеристик (уменьшение размеров, уменьшение рабочего напряжения и повышение надежности) элементов энергонезависимой памяти. Наиболее перспективным в данной области является использование нанокристаллов кремния, погруженных в тонкие диэлектрические слои.

В связи с этим были опробованы различные способы формирования нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния: ионная имплантация с последующим отжигом, отжиг осажденных 8ЮХ пленок и пр. Основными недостатками метода ионной имплантации являются сложность создания тонких слоев (менее 10 нм) с нанокластерами кремния и дороговизна оборудования. Метод осаждения из газовой фазы позволяет формировать тонкие пленки, но слои выращенные таким методом обладают высокой пористостью и низкой адгезией. В обоих методах для формирования нанокластеров кремния необходим последующий высокотемпературный отжиг. Также эти методы не позволяют изучать рост нанокласторов кремния in situ.

Соответственно, разработка нового метода роста нанокластеров кремния в объеме диоксида кремния и исследование изменения люминесцентных свойств при формировании нанокластеров кремния являются актуальными. Данная работа посвящена изучению формирования нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием электронного пучка. Такой метод позволяет не только создавать нанокластеры кремния в облучаемом микрообъеме, но и контролировать изменения структуры аморфного диоксида кремния и процесс роста нанокластеров кремния методом локальной катодолюминесценции in situ.

Целью диссертационной работы являлось установление основных закономерностей процесса формирования нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием электронного пучка высокой удельной мощности.

Были поставлены следующие основные задачи:

1. Разработка метода формирования нанокластеров кремния в объеме диоксида кремния при облучении электронным пучком и исследование изменения катодолюминесцентных свойств облучаемого объема in situ.

2. Оценка температуры локального нагрева при облучении электронным пучком объемного аморфного диоксида кремния и пленок диоксида кремния.

3. Выявление основных этапов модификации аморфного диоксида кремния электронным пучком с разной удельной мощностью.

4. Исследование влияния количества точечных дефектов и примеси ОН-групп в исходном аморфном диоксиде кремния на процесс его модификации. Научная новизна

• Впервые показана принципиальная возможность формирования нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием электронного пучка. Определены условия формирования нанокластеров кремния при облучении аморфного диоксида кремния электронным пучком. Получены распределения по размерам и структурные параметры нанокластеров кремния.

Впервые проведена оценка температуры объемных стекол и тонких пленок диоксида кремния в области облучения электронным пучком.

Впервые установлены пороговые значения параметров эксперимента. При превышении этих значений характер динамики катодолюминесцентных свойств диоксида кремния под воздействием электронного пучка принципиально изменяется.

Впервые показано влияние ОН-групп в исходном диоксиде кремния на процесс модификации электронным пучком аморфного диоксида кремния.

Впервые предложена модель процесса формирования нанокластеров кремния в диоксиде кремния под воздействием электронного пучка. Научная и практическая значимость работы

Научная значимость данной работы заключается в установлении основных закономерностей роста нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием электронного пучка. Практическая значимость работы определяется возможностью использовать предложенный метод роста нанокластеров кремния при создании элементов энергонезависимой памяти нового поколения и оптоэлектронных элементов. Данный метод роста совместим с современными планарными технологиями. Основные положения, выносимые на защиту

При облучении аморфного диоксида кремния электронным пучком с плотностью тока более 1 А/см" в диоксиде кремния формируются нанокластеры кремния. Нанокластеры кремния представляют собой монокристаллы с тетрагональной Р-Бп структурой со средним размером 2-4 нм.

При плотности тока менее 1 А/см" не происходит изменений в 2 облучаемом объеме; при плотности тока от 1 А/см" до 3,5 А/см — формируются точечные дефекты и нанокластеры кремния малых размеров менее 4 нм); более 3,5 А/см2 - происходит формирование нанокластеров кремния (линейный размер около 4 нм), их рост и затем образование кластеров кремния с линейными размерами более 10 нм. Таким образом, выявлены два пороговых значения мощности облучения диоксида кремния электронным пучком.

3. Высокое содержание ОН-групп (более 1000 ррш) в исходном диоксиде кремния стимулирует формирование точечных дефектов и нанокластеров кремния в объеме диоксида кремния при более низких значениях плотности тока электронного пучка, чем в диоксиде кремния с низким содержанием ОН-групп. Нанокластеры в диоксиде кремния с низким содержанием ОН-групп имеют меньший размер (2 нм) и меньшее отклонение от среднего размера, чем нанокластеры кремния в диоксиде кремния с высоким содержанием ОН-групп.

Основные результаты и выводы

1. Определены условия формирования нанокластеров кремния в диоксиде кремния под воздействием электронного пучка.

2. Проведена оценка температуры перегрева аморфного диоксида кремния при облучении электронным пучком высокой удельной мощности для объемных образцов и тонких пленок.

3. Установлены два пороговых значения параметров облучения диоксида кремния электронным пучком. При плотности тока менее 1 А/см не

•у происходит изменений в облучаемом объеме; при плотности тока от 1 А/см л до 3,5 А/см — формируются точечные дефекты и нанокластеры кремния малых размеров; более 3,5 А/см" - происходит формирование нанокластеров кремния (линейный размер около 4 нм), их рост и затем образование крупных кластеров кремния (линейные размеры более 10 нм).

4. Определены распределения по размерам и кристаллическая структура нанокластеров кремния, сформировавшихся при облучении диоксида кремния электронным пучком.

5. Исследовано влияние содержания ОН-групп в исходном диоксиде кремния на процесс модификации электронным пучком. В диоксиде кремния с содержанием ОН-групп около 1000 ррш пороговые значения плотности тока ниже, чем в стекле с содержанием ОН-групп 1-2 ррш.

1. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers / L.T. Canham // Appl. Phys. Lett, 1990, Vol.57, №10, P.1046-1048.

2. The structural and luminescence properties of porous silicon / A.G. Cullis, L.T. Canham, P.D.J. Calcott // Appl. Phys. Lett, 1997, Vol.82, №3, P.909-965.

3. Visible photoluminescence from oxidized Si nanometer-sized spheres: Exciton confinement on a spherical shell / Y. Kanemitsu, T. Ogawa, K. Shiraishi, K. Takeda // Phys. Rev. B, 1993. -Vol.48, №7, P.4883-4886.

4. Luminescence properties of nanometer-sized Si crystallites: Core and surface states / Yoshihiko. Kanemitsu // Phys. Rev. B, 1994, Vol.49, №23, P. 1684516848.

5. Photoluminescence spectrum and dynamics in oxidized silicon nanociystals: A nanoscopic disorder system / Yoshihiko Kanemitsu // Phys. Rev. B, 1996, Vol.53, №20, P.13515-13520.

6. Photoluminescence mechanism in surface-oxidized silicon nanocrystals / Y. Kanemitsu, S. Okamoto, M. Otobe, S. Oda // Phys. Rev. B, 1997, Vol.55, №12, P.R7375-R7378.

7. Size, shape, and composition of luminescent species in oxidized Si nanocrystals and Hpassivated porous Si / S. Schuppler et al. // Phys. Rev. B, 1995, Vol.52, №7, P.4910- 4925.

8. Quantum confinement effect in self-assembled, nanometer silicon dots / S.A. Ding, M. Ikeda, M. Fukuda, S. Miyazaki, M. Hirose // Appl. Phys. Lett, 1998, Vol.73, №26, P.3881-3883.

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

10. Photoluminescence of size-separated silicon nanocrystals: Confirmation of quantum confinement / G. Ledoux, J. Gong, F. Huisken, O. Guillois, C. Reynaud // Appl. Phys. Lett, 2002, Vol.80, №25, P.4834-4836.

11. Changes in the electronic properties of Si nanocrystals as a function of particle size / T. van Buuren, L.N. Dinh, L.L. Chase, W.J. Siekhaus, L.J. Terminello // Phys. Rev. Lett, 1998, Vol.80, №17, P.3803-3806.

12. 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, Vol.87, №8, P.3829-3837.

13. Кинетика экситонной фотолюминесценции в низкоразмерных структурах кремния /А.В. Саченко, Э.Б. Каганович, Э.Г. Манойлов, С.В. Свечников // ФТП, 2001, Т.35, №12, С.1445-1451.

14. Optical properties of Si clusters and Si nanocrystallites in high-temperature annealed SiO* films / T. Inokuma, Y. Wakayama, T. Muramoto, R. Aoki, Y. Kurata, S. Hasegawa // J. Appl. Phys, 1998, Vol.83, №4, P.2228-2234.

15. Nucleation and growth of nanociystalline 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, Vol.216, P.376-381.

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

17. Blue photoluminescence and local structure of Si nanostructures embedded in Si02 matrices / Q. Zhang, S.C. Bayliss, D.A. Hutt // Appl. Phys. Lett, 1995, Vol.66, №15. -P. 1977-1979

18. The structural and luminescence properties of porous silicon / A.G. Cullis, L.T. Canham, P.D.J. Calcott // Appl. Phys. Lett, 1997, Vol.82, №3, P.909-965.

19. Influence of light intensity on the photoluminescence of silicon nanostructures / D. Amans, O. Guillois, G. Ledoux, D. Porterat, C. Reynaud // J. Appl. Phys,2002, Vol.91, №8.-P.5334-5340.

20. Visible light emissions and single-electron tunneling from silicon quantum dots embedded in Si-rich Si02 deposited in plasma phase / Keunjoo Kim // Phys. Rev. B, 1998, Vol.57, №20, P.13072-13076.

21. Evidence of light-emitting amorphous silicon clusters confined in a silicon oxide matrix / H. Rinnert, M. Vergnat, A. Burneau // J. Appl. Phys, 2001, Vol.89, №l,P.237-243.

22. Raman scattering and photoluminescence from Si nanoparticles in annealed SiOx thin films / D. Nesheva, C. Raptis, A. Perakis, I. Bineva, Z. Aneva, Z. Levi, S. Alexandrova, H. Hofmeister// J. Appl. Phys, 2002, Vol.92, №8, P.4678-4683.

23. 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, Vol.81, №22, P.661-663.

24. Nanoprecipitation in transparent matrices using an energetic ion beam / T. Mohanty, A. Pradhan, S. Gupta, D. Kanjilal //Nanotechnology, 2004, Vol.15, P. 1620-1624.

25. Королев, Д.Н. Образование нановыделений при распаде пересыщенных твердых растворов в треках быстрых тяжелых ионов / Д.Н. Королев, А.Е. Волков // ЖТФ, 2004, Т.74, №10, С.64-68.

26. Photoionization of silicon particles in Si02 / V.V. Afanas'ev, A. Stesmans// Phys. Rev. B, 1999, Vol.59, №3, P.2025-2034.

27. Silicon nanocrystal memory devices obtained by ultra-low-energy ion-beam synthesis / P. Dimitrakis et al. // Solid-State Electronics, 2004, Vol.48,1. P.1511-1517.

28. Electroluminescence generated by a metal oxide semiconductor light emitting diode (MOS-LED) with Si nanocrystals embedded in Si02 layers by ion implantation / M. Kulakci, U. Serincan, R. Turan // Semicond. Sci. Technol, 2006, Vol.21, P.1527-1532.

29. Visible photoluminescence in Si+-mplanted silica glass / T. Shimizu-Iwayama, K. Fujita, S. Nakao, K. Saitoh, T. Fujita, N. Itoh // J. Appl. Phys, 1994, Vol.75, №12, P.7779-7783.

30. Characterization of Si nanocrystals grown by annealing Si02 films with uniform concentrations of implanted Si / S. Guha, S.B. Qadri, R.G. Musket, M.A. Wall, T. Shimizu- Iwayama // J. Appl. Phys, 2000, Vol.88, №7, P.3954-3961.

31. Effect of different preparation conditions on light emission from silicon implanted SiC>2 layers / G. Ghislotti, B. Nielsen, P. Asoka-Kumar, K.G. Lynn, A. Gambhir, L.F. Di Mauro, C.E. Bottani // J. Appl. Phys, 1996, Vol.79, №11, P.8660-8663.

32. О формировании нанокристаллов кремния при отжиге слоев SiO?, 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, №6, С.685-689.

33. В.И. Гавриленко, A.M. Грехов, Д.В. Корбутяк, В.Г. Литовченко. Оптические свойства полупроводников// Киев, Наукова думка, 1987, (608стр.)

34. Колобов Н.А. Основы технологии электронных приборов// М. Высшая школа, 1980, (стр.288)

35. В.А. Гриценко Строение и электронная структура аморфных диэлектриков в кремниевых МДП структурах// Новосибирск, 1993, (280 стр.)

36. Ближний порядок и микропористость в термических и пиролитических слоях двуокиси кремния.// Репникова Е.А, Алешина Л.А, Гуртов В.А, Фофанов А.Д. -Петрозаводск, 1987-Деп. в ВИНИТИ 12.08.87,№8301-В87

37. Радциг В.А. Парамагнитные центры на поверхности раскола кварца. Взаимодействие с молекулами Н2 и D2 //Кинетика и катализ, 1979, Т.20 №2, стр. 448-455

38. A model for the non-bridging oxygen center in fused silica./ Skuja L.N., Silin A.R. // Phisica Status Solidi (a)., 1982., V. 70, issue 1, pp 43-49

39. H.-J. Fitting, T. Barfels, A.N. Trukhin, B. Schmidt, A. Gulans, A. Von Czarnovski, Journal ofNon-Crystalline Solids 303, p.218-231, (2002)

40. А.Н.Трухин, А.Р.Силинь, Ю.Р.Закис "Собственная люминесценция кристаллов и стекол диоксида кремния" Тарту, 1989, т.63, стр. 93-105

41. A New Intrinsic Defect In Amorphous Si02: Twofold Coordinated Silicon / L.N.Skuja, A.N.Streletsky, A.B.Pakovich // Solid State Communication, 1984, V.50, № 12, p. 106943. Gee C.M, Kastner M, Journal of Non-Crystalline Solids p.557-586 (1980)

42. Бобышев A.A. и Радциг B.A. Физика и химия стекла, Т.14, № 4 стр. 501507 (1988)45. /M.V.Zamoryanskaya, V.I.Sokolov, V.Plotnikov. //Applied Surface Science -2004 V.234,1.1-46- P.214-217

43. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников // М, Наука, 1978, (615стр.)

44. Exciton energy levels in germanium and silicon./ McLean T.P., Loudon R. //J. Phys. Chem. Solids., 1960, V. 13, № 1, pp. 1-9

45. Оптические свойства и структура пленок a-Si, свободных от подложки./ Акимченко И.П., Бармин Ю.В., Вавилов В.С.,Гавриленко В.И., Золотухин И.В., Литовченко В.Г. //ФТП, 1984, Т. 18, № 12, стр. 2138-2141

46. Зависимость ширины оптической щели кремниевых квантовых точек от их размера /В.А. Бурдов // ФТП, 2002, Т.36, №10, С.1233-1236.

47. Т. Theory of quantum confinement effect on excitons in quantum dots of indirect-gap materials / T. Takagahara, K. Takeda // Phys. Rev. B, 1992, Vol.46, №23, P.15578-15581.

48. Theoretical aspects of the luminescence of porous silicon / C. Delerue, G. Allan, M. Lannoo // Phys. Rev. B, 1993, Vol.48, №15, P.l 1024-11036.

49. Nature of luminescent surface states of semiconductor nanocrystallites / G. Allan, C. Delerue, M. Lannoo // Phys. Rev. Lett, 1996, Vol.76, №16, P.2961-2964.

50. Quantum confinement and optical gaps in Si nanocrystals / S. Ogut, J.R. Chelikowsky, S.G. Louie // Phys. Rev. Lett, 1997, Vol.79, №9, P. 1770-1773.

51. The band gap in silicon nanocrystallites / V. Ranjan, M. Kapoor, V.A. Singh // J. Phys.: Condens. Matter, 2002, Vol.14, P.6647-6655.

52. Excitonic and quasiparticle gaps in Si nanocrystals / C. Delerue, M. Lannoo, G. Allan // Phys. Rev. Lett, 2000, Vol.84, №11, P.2457-2460.

53. Photoluminescence of size-separated silicon nanocrystals: Confirmation of quantum confinement / G. Ledoux, J. Gong, F. Huisken, O. Guillois, C. Reynaud // Appl. Phys. Lett. -2002, Vol.80, №25, P.4834-4836.

54. Size-dependent photoluminescence from surface-oxidized Si nanocrystals in a weak confinement regime / S. Takeoka, M. Fujii, S. Hayashi // Phys. Rev. B, 2000, Vol.62, №24, P.16820-16825.

55. Absorption and emission of light in nanoscale silicon structures. M.S. Hybertsen//Phys. Rev. Lett, 1994, Vol.72, №10, P. 1514-1517.

56. 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, Vol.82, №1, P. 197-200.

57. Surface control of optical properties in silicon nanoclusters / A. Puzder, A.J. Williamson, J.C. Grossman, G. Galli // J. Chem. Phys, 2002, Vol.117, №14, P.6721-6729.

58. Silicon nanostructures for photonics / P. Bettotti, M. Cazzanelli, L. Dal Negro, B. Danese, Z. Gaburro, C.J. Oton, G. Vijaya Prakash, L. Pavesi // J. Phys.: Condens. Matter, 2002, Vol.14, P.8253-8281.

59. Size, shape, and composition of luminescent species in oxidized Si nanocrystals and Hpassivated porous Si / S. Schuppler et al. // Phys. Rev. B, 1995, Vol.52, №7, P.4910-4925.

60. Photoluminescence of size-separated silicon nanocrystals: Confirmation of quantum confinement / G. Ledoux, J. Gong, F. Huisken, O. Guillois, C. Reynaud // Appl. Phys. Lett, 2002, Vol.80, №25, P.4834-4836.

61. Size-controlled highly luminescent silicon nanocrystals: A SiO/SiC>2 superlattice approach / M. Zacharias, J. Heitmann, R. Scholz, U. Kahler, M. Schmidt, J. Biasing // Appl. Phys. Lett, 2002, Vol.80, №4, P.661-663.

62. Resonantly excited photoluminescence from porous silicon: Effects of surface oxidation on resonant luminescence spectra / Y. Kanemitsu, S. Okamoto // Phys. Rev. B, 1997. Vol.56, №4, P.R1696-R1699.

63. Sidebands in nontunable photoluminescence of Si+-implanted Si02 / H.E. Porteanu, E. Lifshitz, Th. Dittrich, V. Petrova-Koch // Phys. Rev. B, 1999, Vol.60, №23, P.15538- 15541.

64. Breakdown of the k-Conservation Rule in Si Nanocrystals / D. Kovalev, H. Heckler, M. Ben-Chorin, G. Polisski, M. Schwartzkopff, F. Koch // Phys. Rev. Lett, 1998, Vol.81, №13. P.2803-2806.

65. Photoluminescent spectrum and dynamics of Si+-ion-implanted and thermally annealed Si02 glasses / Y. Kanemitsu, N. Shimizu, T. Komoda, P.L.F. Hemment, B.J. Sealy // Phys. Rev. B, 1996, Vol.54, №20, P.14329-14332.

66. Simulation of IR and VIS-NIR spectra of Si+ implanted Si02 glass / U.Herrmann, H.H. Dunken, E. Wendler, W. Wesch. //Journal of Non-Crystalline Solids, 1996, vol. 204, n3, pp. 273-281

67. В. Высокочувствительная система для катодолюминисцентных исследований к электронно-зондовому микроанализатору КАМЕБАКС / М. В. Заморянская, С.Г. Конников, А.Н. Заморянский.//Приборы и техника эксперимента, 2004 № 3 - с. 1-8

68. Penetration and energy-loss theory of electrons in solid targets / Kanaya K, Okayama S. // J. Phys. D. 1972. V. 5. № 1. P. 43-58.

69. Saturation effects of cathodoluminescence in rare-earth activated epitaxial Y3AI5O12 layers. / Fan M, der Weg W.F, Fan Tol M.V. //J. Appl.Phys.Lett, 1981, V.63-64, p.333

70. Cathodoluminescence of Si02/Si system. / Zamoryanskaya M.V. // Solid State Phenomena, 2010, vol. 156-158, 487-492

71. Г. Томас, М.Дж. Гориндж. Просвечивающая электронная микроскопия материалов, 1983, стр. 11-64, 120-190, 275-281 (345 стр.)

72. Study of Si Nanocrystals Formed by Electron-Induced Reduction of Si02 at High Temperature / M. Takeguchi, K. Furuya, K. Yoshinara Structure //Jpn. J. Appl. Phys. 1999, 38, 12B, 7140 7143

73. Исследование температурных полей, наводимых в образцах нитрида галлия электронным зондом/ С.К.Обыден, Г.А.Перловский, Г.В.Сапарин, С.И.Попов// Известия Академии Наук СССР, Сер. Физ. 1984, т.48, 12, 2374

74. Palik E.D. Handbook of optical constants of solids.// New York, 1985, P. 280

75. Inelastic collision of kV electrons in solids./ Ding Z.-J. and Shimizu R // Surf. Sci, 222,313-331 (1989)

76. Расчет теплового воздействия электронного зонда на образец нитрида галлия/ Л.А.Бакалейников, Е.В.Галактинов, В.В.Третьяков, Э.А.Тропп // ФТТ, 2001 том 43 - вып.5 - стр. 779-785

77. Crystal data for high-pressure phases of silicon/ Hu Jing Zhu, Merkle Larry D, Memoni C.S, Spain I.L. // Psys. Rev. B, 1986, vol.34, n 7, pp. 4679-4684

78. Куликов П.А. Термическая диссоциация соединений, Металлургия Москва 1969 (573 стр.)

79. Взаимодействие пористого кремния с водой: хемографический эффект/ Тутов Е.А, М.Н. Павленко, И.В. Протасова. В.М. Кашкаров, // Письма ЖТФ, 2002, Т.28, В. 17, стр.45-50

80. Р.Ш. Малкович Математика диффузии в полупроводниках, Санкт-Петербург, 1999, (390 стр.)

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

82. Three-dimensional domain growth on the size scale of the capillary length: Effective growth exponent and comparative atomistic and mean-field simulations / M. Strobel, K.-H. Heinig, W. Moller // Phys. Rev. B, 2001, Vol.64, P.245422.

83. Моделирование формирования нанопреципитатов в Si02, содержащем избыточный кремний / А.Ф. Лейер, Л.Н. Сафронов, Г.А. Качурин // ФТП, 1999, Т.ЗЗ, №4, С.З 89-394.

84. Size and location control of Si nanocrystals at ion beam synthesis in thin Si02 films / T. Muller, K.-H. Heinig, W. Moller // Appl. Phys. Lett, 2002, Vol.81, №16, P.3049- 3051.