Структурные и оптические свойства нанокластеров кремния в матрице субоксида кремния

• Автор: Маслова, Наталья Евгеньевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Содержание
Список используемых сокращений и обозначений
Введение
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1Л. Методы формирования кремниевых нанокластеров
1.2. Методы диагностики структурных свойств нанокристаллического кремния.. Л
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
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Список литературы

Список используемых сокращений и обозначений
с-8і - кристаллический кремний пс-Ъі - нанокристаллы кремния
«с-Ві/БіОг - ансамбли нанокристаллов кремния в матрице оксида кремния ас-8і - нанокластеры аморфного кремния
аг-8і/8і02 - ансамбли нанокластеров аморфного кремния в матрице оксида кремния
КРС - комбинационное рассеяние света
ИК - инфракрасная область
ФЛ - фотолюминесценция
МЛЭ - молекулярно-лучевая эпитаксия
ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия
СТМ - сканирующая туннельная микроскопия
АСМ — атомно-силовая микроскопия
ПК - пористый кремний
КРЭ - квантовый размерный эффект
БТО - быстрый термический отжиг

Введение
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 (с-Б]) является базовым материалом современной микроэлектроники и компьютерной техники, пристальное внимание уделяется изучению кремниевых нанокристаллов («081), свойства которых существенно отличаются от таковых для объемных фаз монокристаллического (с-БО и аморфного (а^) 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-Бг Свойства таких состояний в значительной степени определяются тем, в какой матрице расположены нанокристаллы. Более того, через твердотельную матрицу может осуществляться электрическое или оптическое возбуждение нс-8ц 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 ис-в^Юг, представляющий собой ансамбль ис-8ц внедренный в аморфную матрицу оксида кремния [2]. Следует отметить, что ис-Б! с размерами 2-5 нм, как правило, демонстрируют высокую эффективность люминесценции [3], что выгодно отличает их от с-8ц 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 (ас-81), для формирования которых, как правило, требуются меньшие температуры отжига [4]. Установлено, что образцы с ас-81 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

Наша» зЫЙ, сю
Рисунок 1.22. а - сравнение восстановленного спектра с экспериментальным без учета рассеяния в точке Ь (вверху) и разность между экспериментальным и расчетным спектрами (внизу). Ь — то же с добавлением рассеяния в точке Ь. Сплошная кривая -эксперимент, точки-расчет [11].
рассчитанной теоретической кривой и экспериментальных результатов, если не ввести дополнительный пик на частоте 495 см"1. В своей работе они поставили себе цель, изучая различные рамановские спектры пленок аморфно-нанокристаллического кремния, не задавать заранее какое-либо распределение наночастиц по размерам для описания спектров, а оценить это распределение из самого спектра. Используя пробные функции для различного размера нанокристаллов, учитывающую равнозначное распределение по размерам в процессе формирования нанокристаллов, авторами был рассчитан спектр, приведенный на рис. 1.22 (а). Из рисунка видно, что восстановленный спектр согласуется с экспериментальным в области рассеяния аморфной фазы и нанокристаллов и не согласуется в промежуточной области 490 - 500 см"1. Разность двух спектров (рис. 1.22 (я), внизу) имеет вид полосы гауссовой формы с частотой в максимуме при 496 см"1 и полушириной 23 см"1. Аналогичная особенность, но уже в виде хорошо разрешенной спектральной полосы, проявляется в образце с большим (порядка 60 %) содержанием нанокристаллической фазы. Хорошо известно, что в центре зоны Бриллюэна кремния возможно одно вырожденное