Структурные и оптические свойства нанокластеров кремния в матрице субоксида кремния

Маслова, Наталья Евгеньевна

Структурные и оптические свойства нанокластеров кремния в матрице субоксида кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Маслова, Наталья Евгеньевна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Структурные и оптические свойства нанокластеров кремния в матрице субоксида кремния»

Автореферат диссертации на тему "Структурные и оптические свойства нанокластеров кремния в матрице субоксида кремния"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

Маслова Наталья Евгеньевна

СТРУКТУРНЫЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОКЛАСТЕРОВ КРЕМНИЯ В МАТРИЦЕ СУБОКСИДА

КРЕМНИЯ

Специальность 01.04.10 Физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Физический факультет

1 7 т 2010

Москва-2010

004604125

Работа выполнена на кафедре общей физики и молекулярной электроники физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

Тимошенко Виктор Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Герасименко Николай Николаевич

кандидат физико-математических наук, Трифонов Артем Сергеевич

Ведущая организация:

Институт общей физики им. А.М. Прохорова

РАН

Защита состоится " 1Г " июня 2010 года в

часов на заседании

диссертационного совета Д 501.001.70 при Московском Государственном Университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 35, конференц-зал Центра коллективного пользования физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан

мая 2010 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501.001.70 доктор физико-математических наук, профессор

Г.С. Плотников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее время активно развивается технология формирования полупроводниковых наноструктур и ведутся работы по всестороннему изучению их физических свойств. Это обусловлено рядом факторов, в частности, потребностями в совершенствовании материальных основ информационной техники и возможностями обнаружения новых физических явлений, в том числе, в уже хорошо изученных веществах. Учитывая, что кристаллический кремний (c-Si) является базовым материалом современной микроэлектроники и компьютерной техники, пристальное внимание уделяется изучению кремниевых нанокристаллов (ne-Si), свойства которых существенно отличаются от таковых для объемных фаз монокристаллического (c-Si) и аморфного (a-Si) кремния. Установлено, что наряду с квантовым размерным эффектом, значительную роль для свойств нанокристаллических кремниевых систем могут играть электронные и колебательные состояния на развитой поверхности ne-Si. Свойства таких состояний в значительной степени определяются тем, в какой матрице расположены нанокристаллы. Более того, через твердотельную матрицу может осуществляться электрическое или оптическое возбуждение ис-Si, что необходимо для их применений при создании нового класса светоизлучающих устройств, совместимых с планарной кремниевой технологией интегральных схем. В качестве одного из основных материалов для светоизлучающих устройств рассматривается нанокомпозит wc-Si/Si02, представляющий собой ансамбль яс-Si, внедренный в аморфную матрицу оксида кремния [1]. Следует отметить, что ne-Si с размерами 2-5 нм, как правило, демонстрируют высокую эффективность люминесценции [2], что выгодно отличает их от c-Si, для которого, вследствие непрямозонности данного полупроводника, вероятность излучательной рекомбинации носителей заряда мала. При этом в качестве перспективных систем предлагается использовать структуры частично или полностью аморфных нанокластеров кремния (ac-Si), для формирования

которых, как правило, требуются меньшие температуры отжига [3]. Установлено, что образцы с oc-Si в легированной эрбием оксидной матрице могут обладать лучшими люминесцентными свойствами, чем структуры с нанокристаллами [4]. В то же время, несмотря на большие усилия по разработке кремниевых светоизлучающих диодов [1,2], их эффективность пока не недостаточна для практических применений. Одной из причин является то, что инжекция носителей заряда в m>Si/Si02 структурах затруднена [1]. Для решения данной проблемы необходима оптимизация размеров нанокристаллов, их концентрации в активном слое, а также правильный выбор твердотельной матрицы, обеспечивающей высокую эффективность и стабильность люминесцентных характеристик. Направлением решения данной задачи является создание структур с концентрацией кремниевых нанокластеров выше так называемого порога перколяции, который для трехмерного случая составляет около 16 % по объему [5]. Все это требует как разработки новых способов формирования систем на основе нанокластеров кремния, так и развития методов исследования их свойств. Перспективными методами создания структур с высокой концентрацией люминесцирующих кремниевых нанокластеров являются высокотемпературный отжиг слоев субоксида кремния [6], а также химическое травление слоев микрокристаллического кремния [7]. В качестве эффективных инструментов исследования таких систем широко используются бесконтактные оптические методы, позволяющие определять как состав, так и структурные характеристики нанокомпозитных материалов на основе кремния [8-10].

формирования нанокластеров кремния и их трансформация в структуры нанокристаллов до сих пор отсутствует. В то же время, такая информация крайне важна для разработки светоизлучающих устройств на основе кремниевых наноструктур.

Целью работы являлось выявление особенностей структурных и оптических свойств нанокластеров кремния в матрице субоксида кремния при различных концентрациях нанокластеров, а также построение моделей физических процессов, протекающих в таких системах, при высокотемпературном отжиге и фотовозбуждении.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать влияние параметров высокотемпературного отжига на структурные и оптические свойства слоев субоксида кремния с целью нахождения характерных температур формирования аморфных нанокластеров кремния, их кристаллизации и последующей трансформации в систему связанных нанокристаллов.

2. Разработать методику неразрушающего контроля структурных свойств слоев субоксида кремния, включая определение индекса стехиометрии, объемной доли фаз аморфного и кристаллического кремния и среднего размера нанокристаллов.

3. Исследовать роль подложки и температуры отжига слоев субоксида кремния на структурные и фотолюминесцентные свойства образующихся нанокристаллов кремния.

4. Изучить зависимость фотолюминесцентных свойств аморфных и кристаллических нанокластеров кремния от их концентрации в слоях субоксида кремния с целью выявления роли перколяции в системах связанных нанокластеров.

5. Исследовать возможность формирования слоев, содержащих высокую концентрацию люминесцирующих нанокластеров кремния, при помощи

термического отжига слоев аморфного кремния.

Для решения поставленных задач был применен комплекс методов исследования, включающий просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ), оптическую спектроскопию отражения и поглощения, инфракрасную (ИК) Фурье-спектроскопию, спектроскопию комбинационного рассеяния (КРС) и метод фотолюминесценции (ФЛ).

Достоверность полученных результатов обеспечена применением набора взаимодополняющих экспериментальных методов, детальным анализом физических явлений и процессов, определяющих свойства исследуемых структур.

Автор защищает:

1. Вывод о наличии пороговых значений концентраций аморфных и кристаллических нанокластеров кремния в матрице субоксида кремния, при которых происходит образование систем связанных нанокластеров с возможностью перколяции по ним фотовозбужденных носителей заряда.

2. Новые результаты по зависимости объемной доли и средних размеров нанокристаллов кремния в слоях субоксида кремния от температуры отжига данных структур, приготовленных на подложках из кварца и сапфира.

3. Вывод о зависимости времен жизни фотолюминесценции нанокристаллов кремния от концентрации последних в матрице субоксида кремния.

4. Предложенный метод формирования слоев люминесцирующих кремниевых нанокристаллов посредством быстрого термического отжига аморфного кремния с последующим химическим травлением.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации:

1. Впервые экспериментально исследованы закономерности формирования

систем связанных аморфных и кристаллических нанокластеров кремния в

матрице субоксида кремния при ее высокотемпературном отжиге и

предложено объяснение их фотолюминесцентных свойств в рамках теории

перколяции.

2. Предложен и реализован метод одновременного экспериментального нахождения объемной доли и средних размеров кремниевых нанокристаллов в слоях субоксида кремния по спектрам ИК поглощения и комбинационного рассеяния света.

3. Обнаружено уменьшение времени жизни фотолюминесценции нанокристаллов кремния при увеличении их концентрации выше порога перколяции, что указывает на возможность миграции экситонов по системе связанных нанокристаллов.

4. Предложен новый метод формирования слоев люминесцирующих нанокластеров кремния посредством быстрого термического отжига аморфного кремня в комбинации с химическим травлением.

Научная и практическая значимость работы состоит в получении новых результатов, характеризующих зависимость структурных и оптических свойств ансамблей нанокластеров кремния от условий их формирования, и в объяснении полученных данных в рамках единой модели структурно-фазовых трансформаций с учетом возможной перколяции фотовозбужденных носителей заряда по системам связанных нанокластеров. Особую практическую значимость имеет предложенный способ одновременного определения фазового состава пленки и среднего размера образующихся в ней наночастиц. Такого рода информация может быть полезна при создании светоизлучающих структур, совместимых с планарной кремниевой технологией микроэлектроники.

Личный вклад. Роль диссертанта в экспериментальных исследованиях и теоретическом анализе полученных результатов является определяющей.

Апробация результатов работы.

Материалы, вошедшие в диссертацию, опубликованы в 17 работах, из которых 7 - статьи в научных журналах и сборниках (см. список публикаций) и 10 - тезисы докладов в материалах конференций. Апробация проходила на

следующих конференциях: XII Международный симпозиум "Нанофизика и Наноэлектроника", Нижний Новгород, Россия, 10-14 марта 2008; SED WAL Workshop, Levico Terme - Trento, Italy, 13-15 April 2008; E-MRS 2008 Spring Meeting, Strasbourg, France, May 26-30, 2008; XI Международная конференция "Физика диэлектриков" (Диэлектрики - 2008), Санкт-Петербург, 2008; 17th International Laser Physics Workshop Trondheim, Norway, June 30 - July 4, 2008; International Conference "Advanced Laser Technologies" (ALT'08), Siofok, Hungary, September 13 - 18,2008; 4th International Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics, Chisinau, Moldova, September 23-26, 2008; X International Conference ILLA/LTL, Bulgaria, Smolyan, 18-22 October 2009; XIII Международная научная конференция «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул», г. Звенигород, Ершово, Московская область, 5-9 октября 2009.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и основных выводов, и списка цитируемой литературы из 128 наименования. Общий объем работы составляет 128 страниц машинописного текста, включая 86 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, поставлены задачи исследований, дан анализ научной новизны полученных результатов и их практической ценности, приведены положения, выносимые на защиту, а также предоставлен перечень конференций, в рамках которых происходила апробация работы, и список публикаций.

Первая глава является обзором литературы и посвящена изложению основных подходов к описанию оптических свойств светоизлучающих систем, основанных на структурах «c-Si/Si02. В разделе 1.1 обсуждаются основные методы формирования кремниевых нанокластеров. Раздел 1.2 посвящен методам диагностики структурных свойств нанокристаллического кремния. Делается вывод о необходимости развития метода неразрушающего контроля

размеров нанокристаллов в исследуемых системах. В разделе 1.3 содержится информация о возможностях применения метода спектроскопии комбинационного рассеяния света к анализу свойств нанокластеров кремния. Дается информация о факторах, влияющих на результаты такого анализа. В разделе 1.4 обсуждаются особенности оптических свойств систем на основе нанокластеров кремния в УФ, видимой и ближней ИК области спектра. Раздел 1.5 посвящен проявлению квантового размерного эффекта в электронных и оптических свойствах кремниевых нанокристаллов. Раздел 1.6 содержит информацию об экспериментальных исследованиях свойств систем кремниевых нанокластеров в матрице субокида кремния. В разделе 1.7 сформулированы выводы из обзора литературы и поставлены задачи исследования.

Вторая глава посвящена описанию методов получения и экспериментального исследования образцов, изучаемых в диссертации. В разделе 2.1 изложена методика изготовления и основные параметры исследуемых структур. Для их приготовления использовались несколько методов, которые позволяли менять как размер, так и концентрацию нанокластеров. В образцах типа I1 осаждение на подложки Б!, 8Ю2 и А1203 пленок БЮ* с х= 1-1,2 осуществлялось из исходного гранулированного порошка 810 методом резистивного испарения и конденсации в вакууме на вакуумной установке ВАК-600 при остаточном давлении Р<10"3Па. Режимы осаждения пленок варьировались температурой подложки Т= 100-400 °С и скоростью осаждения V = 2 - 20 А/с. Толщины пленок БЮХ в случае кремниевой подложки составляли с1 = 80 - 500 нм, а в случае подложек из плавленого кварца и сапфира -(¿= 250 - 500 нм. Термический отжиг образцов проводился в печи в атмосфере азота при температурах Та = 350 —1200 °С в течение Ъ, = 0.1 -4 ч.

Образцы типа II были получены одновременным распылением мишеней и БЮг с последующим отжигом в атмосфере азота N2 при Та =1100 °С и {а = 1 ч.

' Образцы типа I были приготовлены в Институте Проблем Лазерных и Информационных Технологий РАН и предоставлены В.Н. Семиноговым.

Толщина таких пленок составляла 300 нм. Данные образцы2 представляют собой пример структур с относительно низкой концентрацией нанокристаллов, взаимодействием между которыми можно пренебречь.

Образцы типа III3 были получены быстрым термическим отжигом слоев a-Si при температурах 900 - 950 °С. В данной серии присутствуют 4 образца, отличающиеся способом отжига (быстрый термический или отжиг в печи) и последующим химическим травлением. Время травления варьировалось от 3 с до 15 мин в растворах HF:HN03(1000:1) и HF:FeCl3:HCl(1:2:2). Толщина пленок этой серии образцов составила 100 - 1000 нм.

В разделе 2.2 описаны экспериментальные установки и приборы, использованные в работе. Для анализа структурных свойств образцов проводились исследования на просвечивающем электронном микроскопе LEO 912 AB. Помимо наблюдения картин, полученных в режиме прошедших и отраженных электронов, также анализировались картины электронной дифракции4. Измерение спектров пропускания инфракрасного излучения образцов осуществлялось с помощью ИК-спектрометра с обратным Фурье-преобразованием Bruker IFS 66 v/S в спектральном диапазоне 350-9000 см"1 с разрешением 2 см"1. Измерение спектров оптического отражения и поглощения было проведено на спектрофотометре Perkin-Elmer в диапазоне 200-1100нм. Также в этом разделе приведены схемы экспериментальных установок для измерения спектров комбинационного рассеяния, а также спектров и кинетик фотолюминесценции. Измерение спектров КРС производилось на установке MicroRaman LabRAM HR Visible. В качестве источника возбуждения использовалось излучение Ar-лазера на длине волны 488 нм. Для измерения спектров фотолюминесценции были использованы следующие источники возбуждающего излучения: 1) импульсный ^-лазер (энергия квантов hv = 3.7

2 Образцы типа II были приготовлены в группе M.Fujji в Университете Кобе (Япония). 5 Образцы типа III были приготовлены в Казахском Национальном Университете им. Аль-Фараби в группе

профессора Т.И. Таурбаева.

4 Измерения были выполнены С.А. Абрамчуком в лаборатории электронной микроскопии МГУ им. М.В. Ломоносова.

эВ, длительность импульса т = 10 не, энергия в импульсе Е = 80 мкДж, частота следования импульсов v = 10 Гц); 2) непрерывный Art- лазер (энергия квантов hv = 2.55 эВ, средняя мощность Рср = 5 мВт); 3) непрерывный Nd:YAG лазер (энергия квантов hv = 1.17 эВ, средняя мощность Рср = 1 270 мВт). Схема экспериментальной установки приведена в этом же разделе.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию структурных и оптических свойств ансамблей нанокластеров кремния, сформированных с помощью различных методов. В разделе 3.1 приведены изображения ПЭМ и картины дифракции электронов для исследуемых образцов. Из их анализа делается вывод о появлении как фракции ас-Si (при низких температурах отжига), так и пс-Si (при Та =900-1100 °С) в исследуемых структурах. Из картин дифракции образцов, содержащих кремниевые нанокристаллы, было проведено вычисление межплоскостных расстояний, величины которых оказались примерно равны значениям для c-Si.

Раздел 3.2 посвящен изучению оптических свойств образцов с нанокластерами кремния в УФ, видимом и ближнем ИК-диапазонах. Исследование спектров отражения показало, что с увеличением температуры отжига происходит изменение периода интерференционных экстремумов, что, по-видимому, является следствием образования некой подсистемы нанокластеров; в спектре все отчетливее проявляются пики отражения, соответствующие прямым оптическим переходам в oSi, что указывает на появление ис-Si. Делается вывод о том, что в процессе термического отжига SiO, может претерпевать последовательные превращения, в результате которых часть атомов кремния выделяется в виде нанокластеров, исходная пленка трансформируется в систему ис-Si/SiO^ с у>х, которая представляет собой матрицу SiO^ с внедренными в нее нанокластерами атомов Si. Данную реакцию разделения фаз можно описать формулой:

у SiOx->(y-x) Si + xSiOy. (1)

Так как кремний прозрачен в области 990 - 1100 см"1, то ИК спектр

поглощения в данной области характеризует состояние матрицы SiOr А именно, с увеличением температуры отжига происходит изменение индекса стехиометрии у, что ведет к смещению частоты пика поглощения (ППИк) на связях O-Si-O [8]. Проведенная нами экстраполяция экспериментальных данных по смещению пика поглощения дает следующую формулу для определения индекса стехиометрии:

у = 1 + а(Ппт - 980) + Ь(Ппп - 980)2 - с(Ппш< - 980)3, а = 2.1х 10~3 см, Ь = 1.05х 10~4 см2, с = 2.85х 1(Г7 см3, (2)

где Q„„K задается в см"1.

Таким образом, можно определить зависимость параметра у от температуры Та. Такая зависимость для больших длительностей отжига приведена на рис. 1. Очевидно, что при высоких температурах отжига матрица SiOy должна преобразовываться в Si02, что в пределах погрешности и наблюдается в эксперименте. Далее, в работе с использованием полученного индекса стехиометрии были получены зависимости объемной доли кремния, содержащегося в нанокластерах, от температуры и длительности отжига.

Из рис. 1 видно, что в случае исходной пленки с х = 1 при Т„ = 580 - 600 °С

200 400 600 800 1000 1200

т, "с

200 400 600 800 1000 1200

Т.-С

Рис. 1. Зависимости индекса стехиометрии у (а) и объемной доли (б) от температуры отжига Т„ исходных пленок 8ЮХ (х=1). Отжиг проводился в течение 1 часа (незаполненные символы) и 2 часов (заполненные символы).

объемная доля фазы кремния достигает 0.16. Это значение является пороговым для наступления перколяции [5]. При этом, очевидно, могут образовываться цепочки ac-Si. Пленки с Vc.s, <0,16, по-видимому, состоят из преимущественно изолированных oc-Si. Перколяционная перестройка структуры пленок субоксида кремния может привести к изменению их оптических и люминесцентных свойств.

В разделе 3.3 из данных КРС (рис. 2) делается вывод о том, что процесс кристаллизации кремния начинается при Т„ = 900950 °С, когда в спектрах наблюдается характерный пик рассеяния на частоте около 520 см'1. Таким образом, в исследуемых слоях зарождается дополнительный ансамбль ис-Si. При Та = 1050 - 1100 °С объемная доля ис-Si достигает значения 0.167, что превышает перколяционный порог для данной фазы.

Анализ спектров КРС исследуемых образцов проводился с учетом вкладов рассеяния на фононах в ne-Si и на колебаниях атомов в ac-Si (рис. 3). В общем случае спектр КРС может быть аппроксимирован суммой трех слагаемых:

ISUM(M) = ICl(®) + IC2(ra)+IA(t°). (3)

где 1л(ю) описывает широкую низкочастотную компоненту, которая связана с рассеянием света в ac-Si [9]:

Волновое число (см1)

Рис. 2. Спектры КРС пленок пс-81/8Юу, сформированных на кварцевых подложках в результате отжига при различных температурах, указанных вблизи соответствующей кривой, а также спектр с-51, приведенный для сравнения. Спектры разнесены по вертикальной оси для удобства представления данных.

где Од = 480 см"' и Гл = 70 см"1, Вл - константа.

В формуле (3) компонента 1С1(*и) с максимумом на а <520 см"' обусловлена

рассеянием света на фононах в центре зоны Бриллюэна (трехкратно вырожденное

колебание к,8, включающее в себя

два поперечных и продольный оптические фононы). Данная

440 460 480 500 520 540 560 Волновое число, см'1

1 ° 1щ,(«>>

компонента КРС зависит от

Рис. 3. Разложение спектра КРС структуры пространственной локализации пс-в^Юг, полученной в результате отжига при

температуре 1100 °С на подложке сапфира.

(конфаймента) фононов из-за

малого размера ис-Бь В предположении сферической формы нанокластеров и в пренебрежении их дисперсией по размерам выражение для 1с1(<и) имеет вид [9]:

где Ь = Ой/а0, - диаметр ис-Бь а„= 0,543 нм - постоянная решетки кристаллического кремния, ГС1 = 3 см"' - ширина рамановской линии в с-Б^ Я = 0/(2,т/а„) - волновой вектор фонона, выраженный в единицах (2я /а0), ®(я) -закон дисперсии оптических фононов, который аппроксимируется в случае кремния зависимостью ¿а(я) = <ус,(1-0.18цг), аа - частота оптических фононов с-Бь Вс) - константа.

Компонента 1С2(а») в формуле (3) необходима для точного описания экспериментальной формы линии КРС. Ее появление может быть приписано

(5)

рассеянию света на поперечных оптических фононах, принадлежащих точке Ь зоны Бриллюэна, и описано следующей формулой [10]:

(ш-а)с1)2~]

1с2(г«) = вс2 ехр

2 S*a 'j

S„ =

2\Î2\n2

(6)

где тС1 =493-495 см"1 и Гс2=23 см"1 - положение максимума спектра и его ширина на полувысоте соответственно, ВС2 - константа. Детальный анализ вклада пика в спектры КРС различных образцов проведен в тексте

диссертации.

На основе разложений спектров КРС по формуле (3) были вычислены средние размеры ne-Si, образующихся в результате термического отжига в таких системах, и объемная доля кремния, содержащегося в них (рис. 4). Установлено, что в случае пленок, сформированных на сапфировых подложках, доля кристаллической фазы в образующихся структурах меньше, чем в кварцевых, но сами нанокристаллы имеют больший размер, что, по-видимому, является следствием напряжений, возникающих на границе пленка/подложка из-за различия коэффициентов термического расширения. Указанное напряжение может стимулировать диффузию атомов кремния, образующихся согласно реакции по формуле (1).

о Сапфир ■ Кварц

950 1000 1050 1100 1150 1200

т/С

950 1000 1050 1100 1150 1200

т,°с

Рис. 4. Зависимости среднего размера нанокристаллов (а) и их объемной доли (б) от температуры отжига для образцов типа I.

400

600 800 1000 Длина волны, нм

Изучение ФЛ свойств исследуемых образцов приведено в разделе 3.4. Для пленок Si О* с исходным х = 1, где максимальная объемная доля избыточного кремния равна 0,31 - 0,32, спектры ФЛ для различных Т„ приведены на рис 5. Видно, что для свежеприготовленных пленок и образцов после отжига с Та < 750 °С в спектре

Рис. 5. Нормированные спектры ФЛ образцов типа

, v н «/ j J4 с-л присутствует полоса с

I, а именно: исходной (as deposited) пленки SiOx и

пленок, отожженных при различных Т„, указанных максимумом в районе 600 нм, вблизи соответствующей кривой. Спектры

разнесены по вертикальной оси для удобства которую можно объяснить представления. -

г рекомбинациеи носителей заряда,

захваченных на электронных состояниях в ас-Si и на границе ac-Si/SiOr При увеличении температуры отжига до 950 °С наблюдается сужение данной полосы и ее сдвиг в длинноволновую часть спектра, что можно связать с уменьшением вклада дефектов на границе ac-Si/SiO^ и преимущественной ФЛ электронных состояний ac-Si. Термический отжиг при Та = 950-1100 °С ведет к формированию полосы, которую можно связать с ФЛ экситонов в ис-Si. Данная полоса демонстрирует немонотонное поведение максимума ФЛ от Та, что указывает на то, что она является суперпозицией вкладов от нанокристаллов с различными размерами, распределение которых зависит от Та. При Та = 1200 °С наблюдается значительный сдвиг максимума ФЛ в длинноволновую сторону, свидетельствующий об увеличении средних размеров нанокристаллов в полном согласии с данными КРС (см. рис. 4).

Немонотонная зависимость интенсивности ФЛ от температуры термического отжига,

представленная на рис. 6, хорошо согласуется с перколяционной картиной структурных превращений в пленках субоксида кремния. В области температур Т„ = 200 -600 °С рост интенсивности ФЛ обусловлен возрастанием объемной доли кремния, содержащегося в изолированных ac-Si. В области 600 °С < Та < 950 °С объемная доля кремния, содержащегося в изолированных ac-Si, падает благодаря слипанию нанокластеров в цепочки oc-Si. В области 950°С<Т<,< 1100°С возникает ансамбль изолированных «c-Si, и с ростом температуры растет их объемная доля, что ведет к увеличению интенсивности ФЛ. Увеличение температуры отжига в диапазоне Т„> 1100 °С сопровождается достижением второго перколяционного порога, возрастанием объемной доли цепочек ne-Si и уменьшением объемной доли изолированных ис-Si и, как следствие, к уменьшению интенсивности ФЛ. Дополнительным фактором, ведущим к уменьшению интенсивности ФЛ в этой области температур, является увеличение размеров изолированных кристаллических ne-Si благодаря их коалесценции, что ведет к ужесточению правил отбора на непрямые оптические переходы. Таким образом, экспериментальные данные по ФЛ пленок SiOy подтверждают, в целом, перколяционную картину фазово-структурных трансформаций при термическом отжиге.

200 400 600 800 1000 1200 Температура отжига Т^'С

Рис. 6. Зависимость интенсивности спектра ФЛ в максимуме полосы от температуры отжига Та. Интенсивность нормирована на ее значение при Т0 = 850 °С.

Изучение кинетик ФЛ,

проведенное в этом же разделе,

показало, что для всех образцов с

нанокластерами кремния

наблюдается падение времени

релаксации ФЛ с уменьшением

длины волны детектируемого

излучения (рис. 7). Кинетики ФЛ

были аппроксимированы согласно Рис. 7. Зависимость времени жизни ФЛ от температуры отжига для образцов типа I, формуле измеренные для трех значений длин волны ФЛ.

I?L = I0exp{-(t/rf} (7)

где х - среднее время жизни ФЛ, /?- параметр неэкспоненциальности. Фотолюминесценция, описываемая таким законом, обычно наблюдается для неупорядоченных твердотельных систем, характеризующихся дисперсией времен рекомбинации, например, для пористого кремния [2]. Короткие времена г при Та < 900 °С указывают на быстрые процессы безызлучательной рекомбинации в системе oc-Si. При формировании изолированных «c-Si при Та = 950 - 1100 °С времена т достигают значений 3-20 мкс, что хорошо объясняется излучательной рекомбинацией экситонов в ансамблях ис-Si, распределенных по размерам [2]. При этом более крупные ne- Si, люминесцирующие на больших длинах волн, обладают большими временами жизни, как видно из данных рис. 7. Интересно отметить, что при максимальных Та = 1200 °С наблюдается некоторое укорочение времен жизни ФЛ для крупных wc-Si (Adet= 800 нм на рис.7), что можно объяснить миграцией экситонов по цепочкам связанных ис-Si с последующей рекомбинацией на безызлучательных центрах. Данный вывод подтверждается значением параметра/3» 0.5. Отметим, что для образцов типа II, с хорошо изолированными яс-Si, анализ кинетик ФЛ дает значения т = 100 - 300 мкс и/3 » 1.

В разделе 3.4. приводятся также результаты исследования ФЛ свойств

а. 1

0.1

800

-•— = 700 нм

det

о - Я., -750 нм

ilet

- Я... = 800 ни

900

1000 1100 Т/С

1200

образцов типа III, полученных кристаллизацией слоев аморфного кремния. Установлено, что непосредственно после термического отжига в вакууме или быстрого термического отжига в потоке азота образцы не обладают заметной ФЛ при комнатной температуре. Эффективная ФЛ со спектром в области 600 - 900 нм возникает после кратковременного травления образцов в растворах на основе плавиковой кислоты. Эксперименты показали, что максимальная интенсивность ФЛ достигается для образцов, подвергнутых быстрому термическому отжигу с последующим травлением в смеси HF:FeCI3:HCl. Данные образцы содержат лс-Si с размерами 4-5 нм и объемной долей более 40%, как следует из спектров КРС. ФЛ также наблюдалась для структур со средними размерами 4 - 8 нм и объемной долей ne-Si до 90 %. Анализ кинетик ФЛ образцов типа III дает значения г = 10-20 мке и /?« 0.5 - 0.7, что указывает на процессы миграции экситонов по цепочкам связанных ис-Si. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности предложенного метода для получения люминесцирующих структур с высокой концентрацией ne-Si.

На основе приведенных в работе измерений и анализа экспериментальных данных в разделе 3.5 предложена модель структурно-фазовых трансформаций в композитных системах на основе нанокластеров кремния. Для слоев субоксида кремния с исходным значением индекса стехиометрии 1 указанные трансформации можно разделить на следующие этапы: 1) образование изолированных öc-Si (200 < Та 600 °С), 2) формирование цепочек oc-Si (600 < Т„ 950 °С), 3) образование изолированных ис-Si (Та > 950 °С), 4) формирование цепочек ис-Si (Та>1100°С), 5) коалесценция ис-Si (Та = 1200 °С).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В работе были изучены оптические свойства нанокластеров кремния, сформированных в результате термического отжига, и выявлены основные закономерности влияния структурных параметров образцов и концентрации нанокластеров в них на оптические свойства таких систем. Были получены следующие основные результаты:

1. С использованием комплекса экспериментальных методов изучено влияние термического отжига на процесс формирования кремниевых нанокластеров в слоях субоксида кремния БЮ* (1 < 2) и выявлены следующие закономерности: при температурах отжига до 600 "С происходит образование фазы аморфного кремния; при температурах отжига до 900 °С формируются цепочки аморфных нанокластеров кремния, по которым возможно движение носителей заряда; при температурах отжига около 1000 °С начинается образование нанокристаплов кремния; при температурах отжига более 1100 сС формируются цепочки нанокристаллов, по которым возможна миграция экситонов; при температурах больше или порядка 1200 °С происходит укрупнение (коалесценция) нанокристаллов кремния.

2. Из данных ИК-спектроскопии поглощения на кремний-кислородных связях установлено, что объемная доля фазы кремния увеличивается с 0 до 30 % для слоев Б ¡О* (х»1) при увеличении температуры отжига от 200 до 1200 °С. Указанные изменения фазового состава слоев приводят к изменению эффективного показателя преломления в УФ, видимом и ближнем ИК-диапазонах спектра.

от 950 до 1200 °С. Обнаруженное увеличение размеров нанокристаллов при максимальных температурах отжига объяснено эффектом слияния (коалесценции) близкорасположенных контактирующих нанокристаллов кремния в процессе отжига.

4. Обнаружено влияние подложки на процесс формирования нанокристаллов кремния при высокотемпературном отжиге слоев SiO* (i» 1). По данным спектроскопии комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции, установлено, что при использовании в качестве подложки пластин сапфира средние размеры нанокристаллов на 10-15% больше, чем для слоев, сформированных на кварцевых подложках, что может быть объяснено влиянием механических напряжений, стимулирующих диффузию атомов кремния при высокотемпературном отжиге.

5. Выявлена немонотонная зависимость интенсивности и положения максимума ФЛ, измеренной в спектральном диапазоне от 500 до 1100 нм в слоях SiOj (хя 1), подвергнутых термическому отжигу при температурах 200-1200 °С. Локальный максимум такой зависимости при температуре около 600 °С можно объяснить ФЛ изолированных нанокластеров аморфного кремния, объемная доля которых в слоях достигает перколяционного порога 16 %). При дальнейшем увеличении температуры отжига объемная доля превышает указанное выше значение, что приводит к возможности протекания заряда по системе контактирующих нанокластеров, а, следовательно, к уменьшению интенсивности их ФЛ. Установлено, что наибольшего значения интенсивность ФЛ достигает при температурах 1000-1050 °С, обеспечивающих формирование системы нанокристаллов кремния, объемная доля которых приближается к перколяционному порогу. При температурах около 1200 °С интенсивность ФЛ снижается, что можно объяснить эффектом взаимовлияния нанокристаллов, которые при максимальных температурах отжига могут объединяться, образуя более

крупные нанокристаллы.

6. Установлено, что времена жизни ФЛ нанокристаллов кремния зависят от их концентрации, уменьшаясь при увеличении последней, что можно объяснить взаимовлянием нанокристаллов, увеличивающим степень делокализации фотовозбужденных носителей заряда (экситонов). При увеличении объемной доли нанокристаллов в слоях SiO* времена жизни экситонной ФЛ укорачиваются, а степень неэкспоненциальности кинетик ФЛ возрастает, что объясняется эффектом миграции экситонов по цепочкам взаимодействующих нанокристаллов с последующей безызлучательной рекомбинацией на дефектах.

7. Впервые продемонстрировано, что слои люминесцирующих нанокристаллов кремния с характерными размерами от 4 до 8 нм и объемной долей от 40 до 90 % могут быть сформированы кратковременным высокотемпературным (900-950 °С) отжигом с последующим химическим травлением в растворах на основе плавиковой кислоты. Исследование спектров и кинетик ФЛ указывает на то, что природой данной люминесценции является излучательная рекомбинация экситонов в нанокристаллах кремния с пассивированными поверхностными связями.

Цитируемая литература

1. N. Daldosso, L. Pavesi // Laser & Photon. Rev., 2009, v.3, pp.508-534.

2. A.G.Cullis, L.T.Canham, P.D.G. Calcott // J.Appl. Phys, 1997, v.82, pp.909-964.

3. F.Iacona etal. //J. Appl. Phys., 2004, v.95, № 7, pp.3723-3733.

4. С.А.Дьяков, Д.М.Жигунов, В.Ю.Тимошенко // ФТП, 2010, т.44, с.486-490.

5. R. Tsu et al. II Appl. Phys. Lett., 1982, v.40, № 6, pp. 534-535.

6. M. Zacharias et al. II Appl. Phys. Lett., 2002, v.80, pp.661-663.

7. I. Solomon etal. //J.Appl.Phys., 2008, v.103, pp.083108-1 - 083108-4.

8. M Nakamura et al. II Sol. Stat. Comm., 1984, v.50, pp.1079-1081.

9. В.Г. Голубев и др. IIФТТ, 1997, т.39, с.1348-1353.

10. С. В. Гайслер и др. II ФТТ, 2004, т.46., с.1023-1025.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах

Al. D.M. Zhigunov, V.N. Seminogov, V.Yu. Timoshenko, V.I. Sokolov, V.N. Glebov, N.E. Maslova, O.A. Shalygina, S.A. Dyakov, P.K. Kashkarov, V.Ya. Panchenko, "Effect of Thermal Annealing on Structural and Photoluminescence Properties of Silicon-rich Silicon Oxides" // Physica E, 2009, v. 41, pp. 1006-1009.

A2. Л.А. Головань, И.О. Джунь, A.E. Докукина, С.В. Заботнов, А.А. Ежов, П.К. Кашкаров, Н.Е. Маслова, И.О. Остапенко, В.И. Панов,

B.Ю. Тимошенко, "АСМ исследования наночастиц, формирующихся при модифицировании поверхности кремния фемтосекундными лазерными импульсами" // Изв. РАН, сер. физическая, 2009, т. 73, № 1, с. 43-45.

A3. В.Н. Семиногов, В.И. Соколов, В.Н. Глебов, A.M. Малютин, Е.В. Троицкая,

C.И. Молчанова, А.С. Ахманов, В.Я. Панченко, В.Ю. Тимошенко, Д.М. Жигунов, П.А. Форш, О.А. Шалыгина, Н.Е. Маслова, С.С. Абрамчук, П.К. Кашкаров, "Исследование структурно-фазовых трансформаций и оптических свойств композитов на основе нанокластеров кремния в матрице оксида кремния" // Дин. сложн. сист., 2009, №2, т.З, с. 3-16.

А4. Y. Т. Taurbayev, V. Yu. Timoshenko, N. Е. Maslova, К. A. Gonchar, К. К. Dihanbayev, V. Е. Nikulin, Е. A. Svanbayev, and Т. I. Taurbayev, "Formation of luminescent nanocrystalline silicon films from a-Si:H by using rapid thermal annealing and wet chemical etching" // Вестник КазНУ, серия физическая, 2009, №4, с. 67-72.

А5. V.Yu. Timoshenko, К.А. Gonchar, N.E. Maslova, Y.T. Taurbayev and T.T. Taurbayev, "Electrochemical nanostructuring of semiconductor wafers by capillary-force-assisted method" // Int. Journal of Nanoscience, 2010, v. 9, No. 2, pp. 1-5.

A6. Н.Е. Маслова, А.А. Антоновский, Д.М. Жигунов, В.Ю. Тимошенко,

B.Н. Глебов, В.Н. Семиногов, "Исследование нанокристаллов кремния в слоях субоксида кремния методом комбинационного рассеяния света" // ФТП, 2010, №8, с. 1074-1077.

А7. В.Н. Семиногов, В.И. Соколов, В.Н. Глебов, A.M. Малютин, Е.В. Троицкая,

C.И. Молчанова, А.С. Ахманов, В.Я. Панченко, В.Ю. Тимошенко, Д.М. Жигунов, П.А. Форш, О.А. Шалыгина, Н.Е. Маслова, П.К. Кашкаров, "Перколяционный анализ структурных превращений и образование нанокластеров кремния при термическом отжиге пленок SiO*" // Перспективные материалы, 2010, № 8 (принята к печати).

Подписано в печать 14.05.2010 г. Тираж 100 экз. Заказ № 1234 Отпечатано в типографии «АллА Принт» Тел. (495) 621-86-07, факс (495) 621-70-09 www.aUapTint.ru

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Маслова, Наталья Евгеньевна

Список используемых сокращений и обозначений.

Введение.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Методы формирования кремниевых нанокластеров.

1.2.Методы диагностики структурных свойств нанокристаллического кремния.

1.3. Метод спектроскопии комбинационного рассеяния света для исследования полупроводниковых наноструктур.

1.4. Диагностика слоев наноструктурированного кремния методами оптической спектроскопии поглощения и отражения.

1.5. Влияние квантового размерного эффекта на электронные и оптические свойства кремния.

1.6. Особенности структурных и оптических свойств нанокристаллов кремния, сформированных в слоях субоксида кремния.

1.7. Выводы из обзора литературы и постановка задачи.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1. Исследуемые образцы.

2.2. Методика проведения измерений.

2.2.1. Просвечивающая электронная микроскопия.

2.2.2. Оптическая спектроскопия поглощения и отражения.

2.2.3. Спектроскопия комбинационного рассеяния.

2.2.4. Фотолюминесценция.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. Исследование структуры образцов с помощью ПЭМ.

3.2. Исследование слоев субоксида кремния с нанокристаллами кремния методами оптической спектроскопии отражения и поглощения.

3.2.1. Исследование образцов методом спектроскопии отражения в УФ, видимом и ИК-диапазонах.

3.2.2. Определение состава пленок из данных ИК-спектроскопии.

3.3. Определение среднего размера наночастиц с помощью спектроскопии КРС.

3.4. Фотолюминесцентные свойства слоев с нанокластерами кремния.

3.5. Модель структурно-фазовых трансформаций в слоях субоксида кремния, подвергнутых высокотемпературному отжигу.

Введение диссертация по физике, на тему "Структурные и оптические свойства нанокластеров кремния в матрице субоксида кремния"

Актуальность работы

В последнее время активно развивается технология формирования полупроводниковых наноструктур и ведутся работы по всестороннему изучению их физических свойств. Это обусловлено рядом факторов, в частности, потребностями в совершенствовании материальных основ информационной техники и возможностями обнаружения новых физических явлений, в том числе, в уже хорошо изученных веществах. Учитывая, что кристаллический кремний (c-Si) является базовым материалом современной микроэлектроники и компьютерной техники, пристальное внимание уделяется изучению кремниевых нанокристаллов (ис-Si), свойства которых существенно отличаются от таковых для объемных фаз монокристаллического (c-Si) и аморфного (a-Si) кремния [1]. Установлено, что наряду с квантовым размерным эффектом, значительную роль для свойств нанокристаллических кремниевых систем могут играть электронные и колебательные состояния на развитой поверхности ис-Si. Свойства таких состояний в значительной степени определяются тем, в какой матрице расположены нанокристаллы. Более того, через твердотельную матрицу может осуществляться электрическое или оптическое возбуждение ис-Si, что необходимо для их применений при создании нового класса светоизлучающих устройств, совместимых с планарной кремниевой технологией интегральных схем. В качестве одного из основных материалов для светоизлучающих устройств рассматривается нанокомпозит wc-Si/SiC>2, представляющий собой ансамбль ис-Si, внедренный в аморфную матрицу оксида кремния [2]. Следует отметить, что ис-Si с размерами 2-5 нм, как правило, демонстрируют высокую эффективность люминесценции [3], что выгодно отличает их от c-Si, для которого, вследствие непрямозонности данного полупроводника, вероятность излучательной рекомбинации носителей заряда мала. При этом в качестве перспективных систем предлагается использовать структуры частично или полностью аморфных нанокластеров кремния (ac-Si), для формирования которых, как правило, требуются меньшие температуры отжига [4]. Установлено, что образцы с ac-Si в легированной эрбием оксидной матрице могут обладать лучшими люминесцентными свойствами, чем структуры с нанокристаллами [5]. В то же время, несмотря на большие усилия по разработке 4 кремниевых светоизлучающих диодов [2,3], их эффективность пока не недостаточна для практических применений. Одной из причин этого является то, что инжекция носителей заряда в яс-БУБЮг структурах затруднена [2]. Для решения данной проблемы необходима оптимизация размеров нанокристаллов, их концентрации в активном слое, а также правильный выбор твердотельной матрицы, обеспечивающей высокую эффективность и стабильность люминесцентных характеристик. Направлением решения данной задачи является создание структур с концентрацией кремниевых нанокластеров выше так называемого порога перколяции, который для трехмерного случая составляет около 16 % по объему [6]. Все это требует как разработки новых способов формирования систем на основе нанокластеров кремния, так и развития методов исследования их свойств. Перспективными методами создания структур с высокой концентрацией люминесцирующих кремниевых нанокластеров являются высокотемпературный отжиг слоев субоксида кремния [7], а также химическое травление слоев микрокристаллического кремния [8]. В качестве эффективных инструментов исследования таких систем широко используются бесконтактные оптические методы, позволяющие определять как состав, так и структурные характеристики нанокомпозитных материалов на основе кремния [9-11].

К моменту постановки данного диссертационного исследования в научной литературе отсутствовали систематические данные о влиянии структурных характеристик систем на основе кремниевых нанокластеров в матрице оксида кремния на их оптические и люминесцентные свойства. Несмотря на то, что такого типа системы, полученные высокотемпературным отжигом слоев субоксида кремния, исследовались в ряде работ, полная картина процессов формирования нанокластеров кремния и их трансформация в структуры нанокристаллов до сих пор отсутствует. В то же время, такая информация крайне важна для разработки светоизлучающих устройств на основе кремниевых наноструктур.

Все это обусловливает актуальность задачи по одновременному неразрушающему исследуемый образец определению фазового состава многофазных пленок и среднего размера образующихся в них наночастиц. Поэтому целью данной работы являлось исследование структурных и оптических свойств нанокластеров кремния в матрице субоксида кремния при различных 5 концентрациях нанокластеров, а также разработка моделей физических процессов, протекающих в таких системах, при высокотемпературном отжиге и фотов озбуждении.

В работе были поставлены следующие задачи:

5. Исследовать возможность формирования слоев, содержащих высокую концентрацию люминесцирующих нанокластеров кремния, при помощи термического отжига слоев аморфного кремния.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации:

1. Впервые экспериментально исследованы закономерности формирования систем связанных аморфных и кристаллических нанокластеров кремния в матрице субоксида кремния при ее высокотемпературном отжиге и предложено объяснение их фотолюминесцентных свойств в рамках теории перколяции.

Автор защищает:

Научная и практическая ценность:

Получены новые результаты, характеризующие зависимость структурных и оптических свойств ансамблей нанокластеров кремния от условий их формирования, и дано объяснение полученных данных в рамках единой модели структурно-фазовых трансформаций с учетом возможной перколяции фотовозбужденных носителей заряда по системам связанных нанокластеров. Особую практическую значимость имеет предложенный способ одновременного определения фазового состава пленки и среднего размера образующихся в ней наночастиц. Такого рода информация может быть полезна при создании светоизлучающих структур, совместимых с планарной кремниевой технологией микроэлектроники.

Апробация работы

Результаты, вошедшие в диссертацию, опубликованы в 17 работах, из которых 7 - статьи в научных журналах и сборниках (см. список публикаций) и 10- тезисы докладов в материалах конференций. Апробация проходила на следующих конференциях: XII Международный симпозиум "Нанофизика и Наноэлектроника", Нижний Новгород, Россия, 10-14 марта 2008; SED WAL Workshop, Levico Terme - Trento, Italy, 13-15 April 2008; E-MRS 2008 Spring Meeting, Strasbourg, France, May 26-30, 2008; XI Международная конференция "Физика диэлектриков" (Диэлектрики - 2008), Санкт-Петербург, 2008; 17th International Laser Physics Workshop Trondheim, Norway, June 30 - July 4, 2008; International Conference "Advanced Laser Technologies" (ALT'08), Siofok, Hungary, September 13 - 18, 2008; 4th International Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics, Chisinau, Moldova, September 23-26, 2008; X International Conference ILLA/LTL, Bulgaria, Smolyan, 18-22 October 2009; XIII Международная научная конференция «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул», г. Звенигород, Ершово, Московская область, 5-9 октября 2009.

Основные результаты работы опубликованы в следующих статьях:

AI. D.M. Zhigunov, V.N. Seminogov, V.Yu. Timoshenko, V.l. Sokolov, V.N. Glebov, N.E. Maslova, O.A. Shalygina, S.A. Dyakov, P.K. Kashkarov, V.Ya. Panchenko, "Effect of Thermal Annealing on Structural and Photoluminescence Properties of Silicon-rich Silicon Oxides" // Physica E, 2009, v. 41, pp. 1006-1009.

А2. JLA. Головань, И.О. Джунь, А.Е. Докукина, С.В. Заботнов, А.А. Ежов, П.К. Кашкаров, Н.Е. Маслова, И.О. Остапенко, В.И. Панов, В.Ю. Тимошенко, "АСМ исследования наночастиц, формирующихся при модифицировании поверхности кремния фемтосекундными лазерными импульсами" // Изв. РАН, сер. физическая, 2009, т. 73, № 1, с. 43-45.

A3. В.Н. Семиногов, В.И. Соколов, В.Н. Глебов, A.M. Малютин, Е.В. Троицкая, С.И. Молчанова, А.С. Ахманов, В .Я. Панченко, В.Ю. Тимошенко, Д.М. Жигунов, П.А. Форш, О.А. Шалыгина, Н.Е. Маслова, С.С. Абрамчук, П.К. Кашкаров, "Исследование структурно-фазовых трансформаций и оптических свойств композитов на основе нанокластеров кремния в матрице оксида кремния" // Дин. сложн. сист., 2009, №2, т.З, с. 3-16.

А4. Y.T. Taurbayev, V.Yu. Timoshenko, N.E. Maslova, K.A. Gonchar, K.K. Dihanbayev, V.E. Nikulin, E.A. Svanbayev, and T.I. Taurbayev, "Formation of luminescent nanocrystalline silicon films from a-Si:H by using rapid thermal annealing and wet chemical etching" // Вестник КазНУ, серия физическая, 2009, №4, с. 67-72.

А5. V.Yu. Timoshenko, K.A. Gonchar, N.E. Maslova, Y.T. Taurbayev and T.T. Taurbayev, "Electrochemical nanostructuring of semiconductor wafers by capillary-force-assisted method" // Int. Journal of Nanoscience, 2010, v. 9, No. 2, pp. 1-5.

A6. Н.Е. Маслова, А.А. Антоновский, Д.М. Жигунов, В.Ю. Тимошенко,

А7. В.Н. Семиногов, В.И. Соколов, В.Н. Глебов, A.M. Малютин, Е.В. Троицкая,

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. С использованием комплекса экспериментальных методов изучено влияние термического отжига на процесс формирования кремниевых нанокластеров в слоях субоксида кремния 8ЮЛ (1<х<2) и выявлены следующие закономерности: при температурах отжига до 600 °С происходит образование фазы аморфного кремния; при температурах отжига до 900 °С формируются цепочки аморфных нанокластеров кремния, по которым возможно движение носителей заряда; при температурах отжига около 1000 °С начинается образование нанокристаллов кремния; при температурах отжига более 1100 °С формируются цепочки нанокристаллов, по которым возможна миграция экситонов; при температурах больше или порядка 1200 °С происходит укрупнение (коалесценция) нанокристаллов кремния.

2. Из данных ИК-спектроскопии поглощения на кремний-кислородных связях установлено, что объемная доля фазы кремния увеличивается с 0 до 30 % для слоев БЮ* (х»1) при увеличении температуры отжига от 200 до 1200 °С. Указанные изменения фазового состава слоев приводят к изменению эффективного показателя преломления в УФ, видимом и ближнем ИК-диапазонах спектра.

3. Из данных спектроскопии комбинационного рассеяния света с использованием методики одновременного определения средних размеров и объемной доли нанокристаллов кремния установлено, что средние размеры нанокристаллов увеличиваются с 4 нм до 7 нм, а их объемная доля возрастает до 17% при увеличении температуры отжига слоев БЮ* (х ~ 1) от 950 до 1200 °С. Обнаруженное увеличение размеров нанокристаллов при максимальных температурах отжига объяснено эффектом слияния коалесценции) близкорасположенных контактирующих нанокристаллов кремния в процессе отжига.

4. Обнаружено влияние подложки на процесс формирования нанокристаллов кремния при высокотемпературном отжиге слоев SiO* (х ~ 1). По данным спектроскопии комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции, установлено, что при использовании в качестве подложки пластин сапфира средние размеры нанокристаллов на 10-15% больше, чем для слоев, сформированных на кварцевых подложках, что может быть объяснено влиянием механических напряжений, стимулирующих диффузию атомов кремния при высокотемпературном отжиге.

5. Выявлена немонотонная зависимость интенсивности и положения максимума спектра ФЛ, измеренной в спектральном диапазоне от 500 до 1100 нм в слоях SiO^(x«l), подвергнутых термическому отжигу при температурах 200-1200 °С. Локальный максимум такой зависимости при температуре около 600 °С можно объяснить ФЛ изолированных нанокластеров аморфного кремния, объемная доля которых в слоях достигает перколяционного порога (« 16%). При дальнейшем увеличении температуры отжига объемная доля превышает указанное выше значение, что приводит к возможности протекания заряда по системе контактирующих нанокластеров, а, следовательно, к уменьшению интенсивности их ФЛ. Установлено, что наибольшего значения интенсивность ФЛ достигает при температурах 1000- 1050 °С, обеспечивающих формирование системы нанокристаллов кремния, объемная доля которых приближается к перколяционному порогу. При температурах около 1200 °С интенсивность ФЛ снижается, что можно объяснить эффектом взаимовлияния нанокристаллов, которые при максимальных температурах отжига могут объединяться, образуя более крупные нанокристаллы.

6. Установлено, что времена жизни ФЛ нанокристаллов кремния зависят от их концентрации, уменьшаясь при увеличении последней, что можно объяснить взаимовлянием нанокристаллов, увеличивающим степень делокализации фотовозбужденных носителей заряда (экситонов). При увеличении объемной доли нанокристаллов в слоях вЮ* времена жизни экситонной ФЛ укорачиваются, а степень неэкспоненциальности кинетик ФЛ возрастает, что объясняется эффектом миграции экситонов по цепочкам взаимодействующих нанокристаллов с последующей безызлучательной рекомбинацией на дефектах.

В заключение хочу выразить глубокую благодарность своему научному руководителю профессору В.Ю. Тимошенко за руководство работой и всестороннюю поддержку в процессе диссертационной работы. Также хочу поблагодарить В.Н. Глебова (ИПЛИТ ФИАН), М. Рицп (Япония) и профессора Т.И. Таурбаева (КНУ им. Аль-Фараби) за любезно предоставленные образцы кремниевых наноструктур в матрице субоксида кремния, а также В.Н Семиногова за помощь в исследовании образцов кремниевых наноструктур в матрице субоксида кремния, многократные обсуждения по физике процессов, протекающих в исследуемых структурах, С.А. Абрамчука за помощь в экспериментах, связанных с ПЭМ, Д.М. Жигунова за полезные и плодотворные дискуссии по теме диссертации, аспиранта С.А. Дьякова и студента К.А. Гончара за помощь в люминесцентных измерениях. Выражаю свою благодарность заведующему кафедрой общей физики и молекулярной электроники профессору П.К. Кашкарову за предоставленную возможность выполнения диссертационного исследования, а также всем сотрудникам кафедры за доброе отношение и помощь на протяжении всех лет обучения.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Маслова, Наталья Евгеньевна, Москва

1. Н.Н. Герасименко, Ю.Н. Пархоменко, Кремнии — материал ианоэлектроники, М. Техносфера, 2007, 352 с.

2. N. Daldosso, L. Pavesi "Nanosilicon photonics" // Laser & Photon. Rev., 2009, v.3, pp.508-534.

3. A.G.Cullis, L.T.Canham, P.D.G. Calcott "The structural and luminescence properties of porous silicon" // J.Appl. Phys, 1997, v.82, pp.909-964.

4. F. Iacona et al. "Formation and evolution of luminescent Si nanoclusters produced by thermal annealing of SiOx films" // J. Appl. Phys., 2004, v. 95, № 7, pp.3723-3733.

5. С.А.Дьяков, Д.М.Жигунов, В.Ю.Тимошенко "Особенности фотолюминесценции 1 ионов эрбия в структурах с аморфными и кристаллическими нанокластерами кремния в матрице диоксида кремния" // ФТП, 2010, т.44, с.486-490.

6. R. Tsu et al. "Critical volume fraction of crystallinity conductivity percolation in phosphorus-doped Si:F:H alloys" //Appl. Phys. Lett., 1982, v. 40, № 6, pp. 534-535.

7. M. Zacharias et al. "Size-controlled highly luminescent silicon nanocrystals: A Si0/Si02 superlattice approach" // Appl. Phys. Lett., 2002, v. 80, pp. 661-663.

8. I. Solomon et al. "Intense photoluminescence of thin films of porous hydrogenated microcrystalline silicon"//J.Appl.Phys., 2008, v. 103, pp. 083108-1 083108-4.

9. M Nakamura et al. "Infrared absorption spectra and compositions of evaporated silicon oxides (SiOx)" // Sol. Stat. Comm., 1984, v. 50, pp. 1079-1081.

10. В.Г. Голубев и др. "Спектры рамановского рассеяния и электропроводность тонких пленок кремния со смешанным аморфно-кристаллическим составом: определение объемной доли нанокристалической фазы" // ФТТ, 1997, т. 39, с. 1348-1353.

11. С. В. Гайслер и др. "Анализ рамановских спектров аморфно-нанокристаллических пленок кремния" // ФТТ, 2004, т. 46., с. 1023-1025.

12. Yu. Ishikawa, N. Shibata, S. Fukatsu "Fabrication of highly oriented Si:Si02 nanoparticles using low energy oxygen ion implantation during Si molecular beam epitaxy" // Apll. Phys. Lett., 1996, v. 68, № 16, pp. 2249-2251.

13. H.Z. Song, X.M. Bao, N.S. Li, X.L. Wu "Strong ultraviolet photoluminescence from silicon oxide films prepared by magnetron sputtering" // Appl. Phys. Lett., 1998, v. 72, № 3, pp. 356-358.

14. T. Shimizu-Iwayama et al "Optical properties of silicon nanoclusters fabricated by ion implantation" // J. Appl. Phys., 1998, v. 83, №11, pp. 6018-6022.

15. Ю. В. Афанасьев, О. H. Крохин, "Газодинамическая теория воздействия излучения лазера на конденсированные среды" // Труды ФИ АН СССР, 1970, т. 52, с. 118-170.

16. L. Patrone et al "Photoluminescence of silicon nanoclusters with reduced size dispersion produced by laser ablation" // J. Appl. Phys., 2000, v. 87, № 8, pp. 3829-3837.

17. B.H. Буримое, A.H. Жерихин, B.JI. Попков "" // Квант, электр., 1996, т. 23, с. 73-75.

18. T. Inokuma et al "Optical properties of Si clusters and Si nanocrystallites in high-temperature annealed SiOx films" Hi. Appl. Phys., 1998, v. 83, № 4, pp. 2228-2234.

19. M. Dovrat et al "Radiative versus nonradiative decay processes in silicon nanocrystals probed by time-resolved photoluminescence spectroscopy" // Phys. Rev. B, 2004, v. 69, № 15, pp. 155311-1 155311-8.

20. A. H. Карпов и др. "Формирование SiOx-слоев при плазменном распылении Si- и 8Ю2мишеней" // ФТП, 2008, т. 42, вып. 6, с. 753-758.

21. V. Lehmann, R. Stengl, A. Luigar "On the morphology and the electrochemical formation mechanism of mesoporous silicon" // Mat. Sci. Eng. B, 2000, v. 69-70, pp. 1122.

22. J. Rouquerol et al "Recommendations for the characterization of porous solids" // Pure&Appl. Chem., 1994, v. 66, № 8, pp. 1739-1758.

23. R.L. Smith, S.D. Collins "Porous silicon fonnation mechanisms" // J. Appl. Phys., 1992, v. 71, №8, pp. R1-R22.

24. K.H. Jung, S. Shih, D.L. Kwong "Developments in luminescent porous Si" // J. Electrochem. Soc., 1993, v. 140, № 10, pp. 3016-3064.

25. Я. С. Уманский, Рентгенография металлов и полупроводников, М., 1969, с. 496.

26. Д.В. Штанский "Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения в нанотехнологических исследованиях" // Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.М. Менделеева,2002, т. XLV1, № 5, с. 81-90.

27. А.Н. Полянкевич, Электронные микроскопы, Киев, 1976, с.

28. В.В. Ратников и др "Рентгеновская дифрактометрия и электронная микроскопия слоев пористого Si на разных стадиях окисления на воздухе" // ФТТ, 2009, т. 51, вып. 51, с. 2289-2295.

29. В.Л. Миронов, Основы сканирующей зондовой микроскопии, Москва, Техносфера, 2004, с. 144.

30. В. М. Корнилов, А.Н. Лачинов, "К вопросу о модификации поверхности кремния при ее исследовании методом сканирующей туннельной микроскопии" // ФТП,2003, т. 37, вып. 3, с. 323-327.

31. В.М. Корнилов и др, "Сканирующая туннельная микроскопия структуры Si-SiCb: использование режима ошибки обратной связи при исследовании поверхности" // ФТП, 2009, т. 43, вып. 6, с. 850-853.

32. М. Кардона, Рассеяние света в твердых телах, М.: Мир, 1979, с. 379.

33. Н. J. Stolz, G. Abstreiter "Raman spectroscopy as a surface sensitive technique on semiconductors"//J. Vac. Sci. Tech., 1981, v. 19 issue 3, pp. 415—418.

34. Л.А. Головань, A.B. Зотеев, П.К. Кашкаров, В.Ю. Тимошенко "Исследование пористого кремния методами комбинационного рассеяния света и генерации второй гармоники" // Письма в ЖТФ, 1994, т. 20, вып. 8, с.37-41.

35. Jian Zi et al, "Raman shifts in nanocrystals" // Appl. Phys. Lett., 1996, v. 69, issue 2, pp. 200-202.

36. H. Campbel, P. M. Fauchet "The effect of microcrystal size and shape on the one phonon raman spectra of crystalline semiconductors" // Solid State Comm., 1986, v. 58, pp.739-743.

37. P. M. Fauchet and I. H. Campbell "Raman spectroscopy of low-dimensional semiconductors" // Crit. Rev. Solid State Mater. Sci., 1988, v. 14, pp. S79-S101.

38. C.A. Ахманов, С.Ю. Никитин, Физическая оптика, М.: Наука, 2004, с. 654.

39. М. Кардона, Введение в физику полупроводников, М.: Физматлит, 2002, с. 440.

40. A. Compaan, М. С. Lee and G. J. Trott "Phonon population by nanosecond-pulsed Raman scattering in Si " // Phys. Rev B, 1985, v. 32, pp. 6731-6741.

41. С. Зи, Физика полупроводниковых приборов, М.: Мир, 1984, с. 455.

42. A. Compaan and Н. J. Trodahl "Resonance Raman scattering in Si at elevated temperatures" // Phys. Rev. B, 1984, v. 29, pp. 793-801.

43. G. E. Jellison, Jr. and F. A. Modine "Optical functions of silicon between 1.7 and 4.7 eV at elevated temperatures" // Phys. Rev. B, 1983, v. 27, pp. 7466 7472.

44. Ingrid De Wolf "Raman spectroscopy: about chips and stress" // J. Spectroscopy Europe, 2003, v. 15, issue 2, pp. 6-13.

45. P.A. Temple, C.E. Hathaway "Multiphonon Raman Spectrum of Silicon" // Phys. Rev. B, 1973, v. 7, pp. 3685-3697.

46. T.R. Hart, R.L. Aggarwal, Benjamin Lax "Temperature Dependence of Raman Scattering in Silicon" // Phys. Rev. B, 1970, v. 1, pp. 638-642.

47. Landolt-Bornstein "Numerical Data in Science and Technology" // Group 3, 1982, v. 17, Subvolume A, p. 43 48.

48. K.W. Adu et al, "Inhomogeneus laser heating and phonon confinement in silicon nanowires: A micro-Raman scattering study" // Phys.Rev. B, 2006, v. 73, pp. 155333-1 -155333-9.

49. U. Fano "Effects of Configuration Interaction on Intensities and Phase Shifts" // Phys. Rev., 1961, v. 124, № 6, pp. 1866-1878.

50. F. Cerdeira, T.A. Fjeldly, M. Cardona "Effect of Free Carriers on Zone-Center Vibrational Modes in Heavily Doped p-type Si. II. Optical Modes" // Phys. Rev. B, 1973, v. 8, № 10, pp. 4734-4745.

51. Y. Kobayashi, M. Nakamura, T. Suzuki "Effect of heat treatment on residual stress and electron Hall mobility of laser annealed silicon-on-sapphire" // Appl. Phys. Lett., 1982, v. 40, № 12, pp. 1040-1042.

52. C. R. B. Miranda et al "Morphology and Stress Study of Nanostructured Porous Silicon as a Substrate for PbTe Thin Films Growth by Electrochemical Process" // Mat. Res., 2004, v. 7, № 4, pp. 619-623.

53. G.H. Li et al "Photoluminescence and Raman scattering of silicon nanocrystals prepared by silicon ion implantation into Si02 films" // J. Appl. Phys., 2000, v. 88, № 4, pp. 14391442.

54. D.J. Olego, H. Baumgart "Raman scattering characterization of the microscopic structure of semi-insulating polyciystallinr Si thin films" // J. Appl. Phys., 1988, v. 63, № 8, pp.2669-2673.

55. V. G. Baru et al "Optical properties of Si nanociystals prepared by magnetron sputtering" //Appl. Phys. Lett., 1996, v. 69, pp.4148-4150.

56. F. Moser, R. Beserman "Stress relief in heavily doped silicon layers" // J. Appl. Phys., 1983, v. 54, pp. 1033-1036.

57. H. Richter, Z.P. Wang, L. Ley "The one phonon Raman spectrum in microcrystalline silicon" // Sol. Stat. Comm., 1981, v. 39, pp. 625-629.

58. M. Fujii, S. Hayashi, K, Yamamoto "Raman scattering from quantum dots of Ge embedded in Si02 thin films" // Appl. Phys. Lett., 1990, v.57, pp. 2692-2694.

59. E. Bustarred, M.A. Hachicha "Experimental determination of the nanocrystalline volume fraction in silicon thin films from Raman spectroscopy" // Appl. Phys. Lett., 1988, v. 52, №20, pp. 1675-1677.

60. M. Balkanski, M. Nusimovici//Phys. Stat. Solid., 1964, v. 5, pp. 635.

61. М.Г. Лисаченко, E.A. Константинова, В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров "Особенности рекомбинации неравновесных носителей заряда в образцах кремния с различной морфологией наноструктур" // ФТП, 2002, т. 36, вып. 3, с. 344-348.

62. А.Н. Образцов, В.А. Караванский, X. Окуши, X. Ватанбе "Поглощение света и фотолюминесценция пористого кремния" // ФТП, 1998, т. 32, вып. 8, 1001-1005.

63. Кросс А., Введение в практическую инфракрасную спектроскопию, пер. с англ., 1961, М., с. 275.

64. M. Борн, Э. Вольф Основы оптики, М.: Наука, 1973, с. 651-653.

65. J.C. Maxwell Garnett "Colours in metal glasses and in metallic films" // Phil. Trans. R. Soc. Lond., 1904, v. 203, pp. 385-420.

66. D.A.G. Bruggeman "Berechnung verschiedener physicakalisher konstanten von heterogen substanzen" // Ann. Phys. (Leipzig), 1935, v. 24, pp. 634-664.

67. Ч. Китель, Введение в физику твердого тела", М.: Наука, 1978, с. 465-492.

68. J.E. Spanier, I.P. Herman "Use of hybrid phenomenological and statistical effective medium theories of dielectric functions to model the infrared reflectance of porous SiC films" // Phys. Rev. В., 2000, v. 61, № 15, pp. 10437-10449.

69. W.L. Bragg, A.B. Pippard "The form birefringence of macromolecules" // Acta Cryst., 1953, v. 6, pp. 865-867.

70. V. Lehmann, U. Gösele "Porous silicon formation: A quantum wire effect" // Appl. Phys. Lett., 1991, v. 58, № 8, pp. 856-858.

71. Sagnes et al "Optical absorption evidence of a quantum size effect in porous silicon" // Appl. Phys. Lett., 1993, v. 62, pp. 1155-1157.

72. D. Kovalev et al "The temperature dependence of the absorption coefficient of porous silicon" //J. Appl. Phys., 1996, v. 80, pp. 5978-5983.

73. D.B. Mawhinney, J. A. Glass, Jr., J. T. Yates, Jr. "FTIR Study of the Oxidation of Porous Silicon" //J. Phys. Chem. B, 1997, v. 101, pp. 1202-1206.

74. Theis W. "Optical properties of porous silicon" // Surf. Science Rep., 1997, v.29, pp.91-192.

75. К. Накамото, Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединении, М.: Мир, 1966, с. 412.

76. А. Borghei et al "Characterization of porous silicon inhomogeneties by high spatial resolution infrared spectroscopy" // Sol. Stat. Comm., 1993, v. 87, №1, pp.1-4.

77. Y.H. Xie et al "Luminescence and structural study of porous silicon films" // J. Appl. Phys., 1992, v.71, №5, pp.2403-2407.

78. J. Salonen, V-P. Lehto, E. Laine "Thermal oxidation of free-standing porous silicon films" // Appl Phys. Lett., 1997, v.70, pp. 637-639.

79. B.A. Данько и dp "Кинетика фазово-структурных преобразований в тонких пленках SiOx в процессе быстрого термического отжига" // ФТП, 2005, т. 39, вып. 10, с. 1239-1245.

80. И.П. Лисовский и др "Фазово-структурные превращения в пленках SiOx в процессе вакуумных термообработок" // ФТП, 2003, т. 37, вып. 1, с. 98-103.

81. L.P. Lisovskii et al "IR study of short-range and local order in SiC>2 and SiOx films" // J. Non-Cryst. Sol., 1995, v. 187, pp. 91-95.

82. P. Lisovskii et al "Structure of the modified surface layer formed by ion bombardment of Si02 films" // Thin Sol. Films, 1994, v. 247, pp. 264-270.

83. D. Kovalev et al "Optical Properties of Si Nanocrystals" // Phys. Stat. Sol. (b), 1999, v. 215, pp. 871-932.

84. В. А. Кульбачинский, Двумерные, одномерные, нульмерные структуры и сверхрешетки, М.: Физ. фак. МГУ, 1998, с. 162.

85. В.М. Луцкий, Т.Н. Пинскеп, Размерное квантование, М.: Наука, 1983, с. 56.

86. Lockwood D.J., Wang A., Bryskiewicz В "Optical absorption evidence for quantum confinement effects in porous silicon" // Sol. Stat. Comm., 1994, v. 89, № 7, pp. 587-589.

87. П.К. Кашкаров, В.Ю. Тимошенко, Оптика твердого тела и систем пониженной размерности, М., 2008, с. 192.

88. L.T. Canham "Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers" // Appl. Phys. Lett., 1990, v. 57, pp. 1046-1048.

89. V. Grivickas, P. Basmaji "Optical absorption in porous silicon of high porosity" // Thin Solid Films, 1993, v. 235, pp. 234-238.

90. M.H. Chan, S.K. So, K.W. Cheak "Optical absorption of free-standing porous silicon films" // J. Appl. Phys., 1996, v. 79, pp. 3273-3275.

91. Y. Kanemitsu et al "Microstructure and optical properties of free-standing porous silicon films: Size dependence of absorption spectra in Si nanometer-sized crystallites" // Phys. Rev. B, 1993, v. 48, pp. 2827-2831.

92. O. Bisi, S. Ossicini, L. Pavesi, "Porous silicon: a quantum stronge structure for silicon based optoelectronics" // Surface Science Report, 2000, v. 38, pp. 1-126.

93. A. Colli et al "Synthesis and optical properties of silicon nanowires grown by different methods" Hi. Appl. Phys. A, 2006, v. 85, pp. 247-253.

94. Z. G. Bai et al "Synthesis and photoluminescence properties of semiconductor nanowires" // Mater. Sci. Eng. B, 2000, v. 72, pp. 117-120.

95. К. В. Шалимова, Физика полупроводников, Москва, Энергоатомиздат, 1985, с. 390.

96. В. Л. Бонч-Бруевич., С. Г. Калашников, Физика полупроводников, М.: Наука, 1990, с. 679.

97. S.Tong et al "Visible electroluminescence from nanocrystallites of silicon films prepared by plasma enhanced chemical vapor deposition" // J. Appl. Phys. Lett., 1996, v. 69, pp. 596-598.

98. A. Polman "Erbium implanted thin film photonic materials" // J. Appl. Phys., 1997, v. 82, pp. 1-39.

99. J. Palm et al "Electroluminescence of erbium-doped silicon" // Phys. Rev. B, 1996, v. 54, pp. 17603-17615.

100. D. Pacifici et al "Modeling and perspectives of the Si nanocrystals-Er interaction for optical amplification" // Phys. Rev. B, 2003, v. 67, pp. 245301-245313.

101. A. Zunger, L.-W. Wang "Theory of silicon nanostructures" // Appl. Surf. Sci., 1996, v. 102, pp. 350-359.

102. M. Schmidt et al "Er doping of nanocrystalline-Si/SiCh superlattices" // Thin Sol. Film., 2001, v. 397, pp. 211-215.

103. L. Pavesi, M. Ceschini "Stretched-exponential decay of the luminescence in porous silicon" // Phys. Rev. B, 1993, v. 48, pp. 17625-17628.

104. R. Chen "Apparent stretched-exponential luminescence decay in crystalline solids"// J. Lumin., 2003, v. 102-103, pp. 510-518.

105. J. Linnros et al "Analysis of the stretched exponential photoluminescence decay from nanometer-sized silicon crystals in SiCV // J. Appl. Phys., 1999, v. 86, pp. 61286134.

106. Y. Kanemitsu "Photoluminescence spectrum and dynamics in oxidized silicon nanocrystals: A nanoscopic disorder system" // Phys. Rev. B, 1996, v. 53, pp. 1351513520.

107. B.M. Агранович, М.Д. Галанин, Перенос энергин электронного возбуждения в конденсированных средах, Москва, "Наука", 1978.

108. F. d'Acapito et al "Structure of Er-0 complexes in crystalline Si" // Phys. Rev. B, 2004, v. 69, pp. 153310-153314.

109. В. Смайт, Электростатика и электродинамика, М. Ин. Лит, 1954.

110. Y. S. Tang et al "Characteristics of rare-earth element erbium implanted in silicon" // Appl. Phys. Lett., 1989, v. 55, pp. 432-433.

111. M. Pophristic et al "Time-resolved photoluminescence measurements of quantum dots in InGaN multiple quantum wells and light-emitting diodes" // J. Appl. Phys., 1999, v. 86, pp. 1114-1118.

112. Б.М. Буллах и dp "О влиянии процесса окисления на эффективность и спектр люминесценции пористого кремния" // ФТП, 2006, т. 40, вып. 5, с. 614-620.

113. Р D J Calcott et al "Identification of radiative transitions in highly porous silicon" // J. Phys: Condens. Matter, 1993, v. 5, L91-L98.

114. Y. Kanemitsu, S. Okamoto "Resonantly excited photoluminescence from porous silicon: Effects of surface ocidation on resonant luminescence spectra" // Phys. Rev. B, 1997, v. 56, RI696-R1699.

115. G.G. Qin et al "Experimental evidence for luminescence from silicon oxide layers in oxidized porous silicon" // Phys. Rev. B, 1996, v. 54, pp. 2548-2555.

116. I.M. Chang, Y.F. Chen "Light emitting mechanism of porous silicon" // J. Appl. Phys., 1997, v. 82, pp. 3514-3518.

117. Yu.A. Skryshevskii, V.A. Skryshevskii "Thermally stimulated luminescence in porous silicon"//J. Appl. Phys., 2001, v. 89, pp. 2711-2714.

118. X.L. Wu et al "Stabilized electronic state and its luminescence at the surface of oxygen-passivated porous silicon" // Phys. Rev. B, 2000, v. 62, pp. R7759-R7762.

119. H.E. Корсунсукая и dp "Природа излучения пористого кремния, полученного химическим травлением" // ФТП, 2010, т. 44, № 1, с. 82-86.

120. B.C. Вавилов, В.Ф. Киселев, Б.Н. Мукашев, Дефекты в кремнии и на его поверхности, М., Наука, 1990, с. 216.

121. G.F. Cerofolini, L. Meda "Physical Chemistry of, in and on Silicon", Berlin, 1989, p. 121.

122. H. Rinnet, M. Vergant, A. Burneau "Evidence of light-emitting amorphous silicon clusters confined in a silicon oxide matrix" // J. Appl. Phys., 2001, v. 89, № 1, pp. 237243.

123. L.A. Nesbit "Annealing characterization of Si-rich SiC>2 films" // Appl. Phys. Lett., 1985, v. 46, № 1, pp. 38-40.

124. В.И. Емельянов, B.H. Семиногов "Зависимость доли кристаллической фазы в системе нанокластеров Si в матрице от температуры отжига" // ПЖТФ, 2006, т. 32, в. 24, с. 18-23.

125. V. Paillard et al "Improved one-phonon confinement model for an accurate size determination of silicon nanocrystals" // J. Appl. Phys., 1999, v. 86, № 4, pp. 1921-1924.

126. A.T. Voutsas et al "Raman spectroscopy of amorphous and microcrystalline silicon films deposited by low-pressure chemical vapor deposition" // J. Appl. Phys., 1995, v. 78, № 12, pp. 6999-7006.