Формирование и оптоэлектронные свойства периодических структур с массивами нанокристаллов кремния в диэлектрике

• Автор: Чугров, Иван Александрович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 153 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Е ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА СИСТЕМ МАССИВОВ
НАНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
МАТРИЦЕ. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
1.1. Формирование и эволюция нанокристаллов Б1, синтезированных
при термическом отжиге пленок БЮХ
1.1.1. Процесс фазового разделения при отжиге пленок БЮХ
1.1.2. Структурные свойства нанокристаллов кремния в пленках БЮХ
Е1.3. Люминесцентные свойства пленок субоксида кремния
1.2. Формирование многослойной системы а-БДБЮ2, как способ регулирования размера нанокристаллов Б1
1.2.1. Получение многослойных систем а-БЕБЮ2
1.2.2. Влияние отжига многослойных систем а-БЕБЮ2 на формирование нанокристаллов кремния
1.2.3. Влияние отжига на люминесцентные свойства многослойных систем ц-БЕБЮг
1.3. Формирование и свойства нанокристаллов Бц полученных при высокотемпературном отжиге многослойных систем а-БЮх/БЮ2
1.3.1. Управление размером нанокристаллов Б1 в многослойной
системе а-БЮх/БЮ2
1.3.2. О процессе кристаллизации ультратонких аморфных пленок
1.3.3. Оптические свойства многослойных систем а-БЮх/БЮ2
1.3.4. О механизмах фотолюминесценции нанокристаллов Б1
1.3.5. О применении систем с массивами нанокристаллов Б1 в матрице БЮ2
1.4. Электронный транспорт в системах с массивами нанокристаллов кремния в диэлектрической матрице
1.5. Альтернативные оксиды как перспективные материалы матрицы
для массивов нанокристаллов Б1
1.6. Выводы и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМ МАССИВОВ НАНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2Л. Формирование многослойных нанопериодических структур на основе нестехиометрического субоксида кремния и оксидов с разной диэлектрической проницаемостью (ЬЮг, АЕОз, ЪхО)
2.1 Л. Получение многослойных нанопериодических структур
«аморфный субоксид кремния/диэлектрик»
2.1.2. Параметры периодичности многослойных наноструктур
2.1.3. Методика проведения отжига
2.2. Методы исследования периодичности и структурных свойств наноструктур
2.2.1. Метод малоугловой рентгеновской дифракции
2.2.2. Метод высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии
2.3. Методы изучения оптических свойств образцов
2.3.1. Измерение фотолюминесценции
2.3.2. ИК Фурье-спектроскопия на пропускание
2.3.3. Измерение спектров комбинационного рассеяния света
2.4. Методы исследования электронного транспорта в многослойных наноструктурах
2.4.1. Подготовка экспериментальных образцов
2.4.2. Измерение вольтамперных характеристик
2.5. Методы модификации оптических свойств многослойных наноструктур
2.5.1. Метод ионного легирования
2.5.2. Метод гидрогенизации
ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИСТЕМ С ВЕРТИКАЛЬНО УПОРЯДОЧЕННЫМИ МАССИВАМИ НАНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ В МАТРИЦЕ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ (НК ЬЕЬЮг)
3.1. Зависимость оптических свойств многослойных наноструктур НК ЬЕЬЮг от условий формирования, геометрии и температуры отжига
3.2. Структурно-морфологические свойства многослойных наноструктур НК ЬГЬЮг

3.3. Влияние ионного легирования на люминесцентные свойства
массива НК Б1 в матрице 8Ю2
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ОТЖИГА НА ОПТИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМ С НАНОКРИСТАЛЛАМИ КРЕМНИЯ В МАТРИЦАХ ДИЭЛЕКТРИКОВ С ВЫСОКОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОСТОЯННОЙ (Ыёк-к) - Ъх02 и А1203
4.1. Оптические свойства МНС а-8Юх//ггД/г- оксид
4.1.1. Свойства многослойных массивов НК 81/7Ю2
4.1.2. Свойства многослойных массивов НК 81/А1203
4.2. Влияние гидрогенизации на люминесцентные свойства массивов
НК Si в матрицах Zr02 и А1203
4.2.1. Влияние гидрогенизации на свойства системы НК 81/А1203
4.2.2. Влияние гидрогенизации на свойства системы НК 81/гЮ2
4.3. Структурно-морфологические свойства массивов нанокристаллов кремния в оксидах циркония и алюминия
4.4. Влияние имплантации ионов В+, Р+ и №+ на люминесцентные свойства массивов НК 81 в матрицах Ъх02 и АЬ03
4.5. Выводы
ГЛАВА 5. ОБ ЭЛЕКТРОННОМ ТРАНСПОРТЕ В МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУРАХ С МАССИВАМИ НК 81 в матрицах 8Ю2, Zr02 и А1203
5.1. Вольтамперные характеристики многослойных массивов НК
в матрицах 8Ю2, Ъс02 и А1203
5.2. Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
БЛАГОДАРНОСТИ
ЛИТЕРАТУРА
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

модели кристаллизации для аморфных слоев Si и Ge (см., например, [62]). Отклонения от этой модели возможны, когда вместо слоев a-Si или a-Ge будет слой a-SiOA. Моделирование последнего случая довольно сложно, потому что в дополнение к толщинной зависимости температуры кристаллизации необходимо учитывать процесс разделения фаз, который приводит к образованию кластеров Si в матрице Si02- Так или иначе, компромисс состоит в том, что отжиг таких пленок при высоких температурах (1100 °С) дает гарантию полной кристаллизации даже для ультратонких слоев.
Процесс кристаллизации исследовался с помощью рентгеновской дифракции [62]. Уменьшение толщины слоя кремния привело к закономерному снижению среднего размера нанокристаллов, что следовало из уширения брэгговских пиков [62]. Увеличение температуры отжига выше температуры кристаллизации не изменило средний размер нанокристаллов, а привело только к увеличению их количества. На рис. 1.6 представлены зависимости температуры кристаллизации от толщины слоя, обогащенного полупроводником, для нескольких сверхрешеток из разных материалов и сочетаний гетерограниц.
1800 1650 ~ 1500

ш 1350
Cl £ ф
с 1200

1 1050
03 о

1 10 100 layer thickness (nm)
Рис. 1.6. Зависимость температуры кристаллизации от толщины слоя аморфных ве и Бі, зажатого между оксидом или нитридом. Сплошные линии соответствуют представленной модели [15, 62, 77, 78, 79, 80].