CC BY
16
https://doi.org/10.15350/17270529.2023.2.16
УДК 535.016+535.39+535.44
Рост, структура и оптическое отражение пленок силицида магния, выращенных на пористом кремнии в условиях высокого вакуума
Н. Г. Галкин1, А. В. Шевлягин1, В. М. Ильященко1, Д. Т. Ян2, К. Н. Галкин1
1 Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Россия, 690041, Владивосток, ул. Радио, 5
2 Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Россия, 680021, Хабаровск, ул. Серышева, 47
Аннотация. В работе впервые апробирован рост силицида магния на пористом кремнии в условиях высокого вакуума (10-5 - 10-6 Тор) без химического удаления оксида кремния и в ограниченном температурном диапазоне предварительного отжига (Ta = 450 °С). Установлено, что минимальной температурой подложки, при которой осаждаемый магний начинает разрушать оксид кремния и взаимодействовать с кремнием путем образования силицида магния (Mg2Si), является температура 290 °С. При твердофазной реакции магния с пористым кремнием оптимальной температурой, при которой после разрушения оксида кремния начинается образование сплошной пленки Mg2Si, стала температура 350 °С. Показано, что при температуре отжига Ta = 420 °С формируется только островковая пленка Mg2Si хорошего кристаллического качества. Формирование силицида магния во всех случаях подтверждено данными рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии, КРС спектроскопии или КРС микрокартирования. Установлено, что спектр отражения системы Mg2Si/nK/Si соответствует отражению от пористого кремния с частичным его увеличением при 500 - 900 нм за счет вклада в отражение от силицида магния, который возрастает с ростом толщины его пленки. Доказано, что после температурных обработок пористого кремния и роста силицида магния с толщинами до 90 нм сохраняется фотолюминесценция ПК, излучение которого регистрируется с частичным затуханием в пленке Mg2Si без изменения спектрального состава, как сразу после роста, так и после длительного хранения в атмосферных условиях (до 8 месяцев).
Ключевые слова: мезопористый кремний, силицид магния, рост пленок, вакуум, спектры отражения.
И Николай Галкин, e-mail: ngalk@iacp. dvo. ru
Growth, Structure, and Optical Reflection of Magnesium Silicide Films Grown on Porous Silicon under High Vacuum Conditions
Nikolay G. Galkin1, Aleksandr V. Shevlyagin1, Vladimir M. Il'yashchenko, Dmitriy T. Yan2, Konstantin N. Galkin1
1 Institute of Automation and Control Processes of FEB RAS (5, Radio St., Vladivistok, 690041, Russian Federation)
2 Far Eastern State Transport University (47, Serysheva St., Khabarovsk, 680021, Russian Federation)
Summary. The growth of magnesium silicide on porous silicon was first tested under high vacuum conditions (10-5 - 10-6) without chemical removal of silicon oxide and in a limited temperature range of preliminary annealing (Ta = 450 °C). It is found that the minimum substrate temperature at which deposited magnesium begins to destroy silicon oxide and interact with silicon by forming magnesium silicide (Mg2Si) is 290 °C. In the solid-phase reaction of magnesium with porous silicon, after the destruction of silicon oxide, the optimum temperature, at which the formation of a continuous Mg2Si film begins, is 350 °C. It is shown that at the annealing temperature Ta = 420 °C only island Mg2Si films with good crystalline quality is formed. For all the cases, the formation of magnesium silicide is confirmed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, or Raman micromapping. It is established that the reflection spectrum of the Mg2Si/PS/Si system corresponds to the reflection from porous silicon with its partial increase at 500 - 900 nm due to the contribution to the reflection from magnesium silicide, which increases with increasing film thickness. It is proved that after the thermal treatment of porous silicon and the growth of magnesium silicide with a thickness of up to 90 nm, PS photoluminescence is retained. The radiation of PS is recorded with partial attenuation in the Mg2Si film without a change in the spectral composition, both immediately after growth and after long-term storage under atmospheric conditions (up to 8 months).
Keywords: mesoporous silicon, magnesium silicide, film growth, vacuum, reflection spectra.
И Nikolay Galkin, e-mail: ngalk@iacp. dvo. ru
ВВЕДЕНИЕ
Одной из проблем солнечных элементов является создание эффективных покрытий с малым отражением в диапазоне света от видимого до ближнего ИК-диапазона. В современных кремниевых солнечных элементах для этой цели используют слой наноструктурированного кремния [1], полученного методом химического [2] или плазменного травления [3], что позволяет снизить коэффициент отражения до нескольких процентов в диапазоне энергий фотонов 0.4 - 1.0 мкм [3 - 5]. Дальнейшее уменьшение энергии фотонов приводит к росту коэффициента отражения, что связано с переходом кремния в область прозрачности [6] и увеличением вклада отражения от объемных слоев нижележащего кремния, который обладает коэффициентом отражения не менее 30 %. Одним из возможных путей снижения коэффициента отражения в более длинноволновой области спектра может быть использование пористого кремния как подслоя для роста на нем более узкозонного полупроводника, например, силицида магния с шириной запрещенной зоны 0.78 эВ [7] и низкой температурой формирования [8]. Пористый кремний (ПК) обладает достаточно низким коэффициентом отражения (единицы процентов [5, 9, 10]) в рассматриваемом диапазоне энергий фотонов или длин волн, поэтому рост на нем силицида магния может привести к некоторому снижению суммарного коэффициента отражения с учетом возможного развития его морфологии на пористой подложке. Хорошо известны методы роста силицида магния на монокристаллическом кремнии в условиях сверхвысокого и высокого вакуума (методы МЛЭ, ТФЭ) [11 - 13] и метод магнетронного распыления [14]), которые обеспечивают создание пленок различной толщины, но требуют, высокотемпературных обработок поверхности подложек для их очистки, специально подготовленных источников, больших временных затрат и поэтому достаточно дороги для широкомасштабной реализации. Более доступным методом является высокоскоростное осаждение атомов магния из резистивного испарителя на поверхность ПК методом твердофазной эпитаксии в вакууме (1 - 2)-10-4 Па при откачке турбомолекулярным насосом. Основными проблемами использования пористого кремния в качестве подложки для роста пленок силицида магния в условиях данного вакуума являются: 1) отсутствие опыта химической очистки ПК от продуктов анодирования перед помещением в вакуумную камеру; 2) преобразование его наноструктуры при температурных обработках выше 650 оС в структуру с микронными порами [15, 16], что увеличивает его термическую устойчивость вместе с коэффициентом отражения; 3) неизвестность механизма силицидообразования в условиях наличия на поверхности ПК оксида кремния, который препятствует при низких температурах силицидообразованию; 4) неисследованность режимов роста силицида магния в виде сплошных тонких пленок на пористом кремнии, но с сохранением наноструктуры пористого кремния.
Целью данной работы явилось нахождение условий роста силицида магния методами твердофазной и реактивной эпитаксии на пористом кремнии после его промывания, сушки и термического отжига в условиях высокого вакуума без нарушения наноструктуры ПК и определение влияния пленки силицида магния на спектр коэффициента отражения гетероструктуры Mg2Si/ПК/c-Si в видимом и ближнем ИК-диапазоне и на спектры комбинационного рассеяния света (КРС) и фотолюминесценции ПК.
ЭКСПЕРИМЕНТ
Для получения мезопористого кремния использовали подложки двухсторонне полированного монокристаллического кремния р-типа проводимости с ориентацией (100) и удельным сопротивлением 1 - 2 Ом-см. Для обеспечения однородного электрического контакта на обратную сторону подложки осаждали в высоком вакууме при комнатной температуре слой алюминия толщиной 15 нм. Образцы кремния для анодирования имели размеры 15^8 мм . Процесс анодирования кремния проводили в специальной ячейке,
состоящей из двух деталей: 1) фторопластового корпуса с резьбой и встроенным заподлицо медным электродом (анод) и 2) фторопластового стакана, который накручивали на анодный блок на глубину до 20 мм, обеспечивая гидроизоляцию при анодировании. Кремниевый образец (со стороны алюминиевой пленки) приклеивали на медный электрод с помощью серебряной пасты для уменьшения контактного сопротивления. Боковую поверхность образца защищали лаком, оставляя свободную поверхность образца с размером около 10^6 мм , которая далее контактировала с химическим раствором при анодировании. В качестве катода использовалась платиновая проволока, а в качестве анода Al контакт к задней поверхности образца. Анодное травление свободной поверхности кремния проводили в растворе HF : C3H7OH = 1 : 1 при плотности тока 10 мА/см и продолжительности травления 10 минут. После анодного травления образцы промывались деионизованной водой и высушивались в потоке аргона при комнатной температуре. Было сформировано два образца пористого кремния с ориентировочной толщиной около 4.5 мкм в соответствии с ранее полученными данными для данной плотности тока и времени анодирования [17]. Затем полученные образцы ПК разрезались пополам вдоль длинной стороны образца, что обеспечило четыре образца для дальнейших исследований по формированию пленок силицида магния на пористом кремнии.
Рост пленок силицида магния на пористом кремнии проводили в вакуумной камере с безмасляной откачкой турбомолекулярным насосом до вакуума 2-10-6 Тор. Камера была оснащена трехкоординатным манипулятором с держателем образца, печью косвенного нагрева образца, источником магния в виде танталовой ячейки, нагреваемой пропусканием тока, оптическим вводом и держателем с двумя кварцами. На один кварц можно было осаждать поток магния, а второй был защищен от осаждения и являлся эталоном. При осаждении магния контролировалась разность частот, фиксирующая количество осажденного магния. Поскольку кварцы находились в исходном состоянии при одной температуре, а нагрев от источника магния был незначительный, то это позволяло фиксировать изменение сдвига частоты через несколько минут после завершения осаждения магния и далее оперативно определять скорость осаждения магния на кварц. Контроль скорости осаждения проводили до и после роста пленки магния для установления стабильности скорости осаждения магния. Дополнительно проводились измерения толщины осажденных с определенной скоростью пленок магния на кремний (с использованием маски для формирования "ступеньки") методом атомной силовой микроскопии (АСМ) и устанавливалось соответствие с данными толщины по кварцу при фиксированном времени осаждения.
После выгрузки образцов из ростовой камеры поверхность выращенных пленок исследовали методом сканирующей электронной микроскопии с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) Ultra 50 + (Carl Zeiss, Germany). Структуру пленок силицида магния исследовали методом рентгеновской дифракции на дифрактометре RIGAKU SmartLab с параллельной оптикой в режиме 29/ю. Пики РД идентифицировали с использованием базы данных ICDD PDF-2 [18]. Спектры отражения образцов с силицидом магния регистрировали на двухлучевых спектрометрах: Hitachi U-3010 (200 - 900 нм) и Varian Carry 5000 (200 - 1800 нм) с интегрирующими сферами. Спектры комбинационного рассеяния света (КРС) регистрировались в макрорежиме и в микрорежиме с картированием на установке NTEGRA Spectra II при комнатной температуре и возбуждении лазерным излучением с длиной волны X = 473 нм. Спектры фотолюминесценции регистрировали при комнатной температуре на экспериментальной установке с модулированным лазерным возбуждением при двух длинах волн: X = 405 нм и X = 532 нм, оптической системой сбора сигнала фотолюминесценции, системой регистрации с синхронным детектором и использованием монохроматора MS-3504Í в диапазоне длин волн 500 - 900 нм. Контроль толщины пленки магния на кремнии после дополнительных осаждений при комнатной температуре проводили на сканирующем зондовом микроскопе Solver P47.
РЕЗУЛЬТАТЫ
После анодирования для образцов методом СЭМ исследована морфология поверхности слоя пористого кремния и установлено, что она имеет систему трещин (рис. 1, а), что свидетельствует о больших напряжениях, возникающих после промывки в деионизованной воде и последующего высыхании в слое ПК. Размеры блоков ПК составляют от десятков до сотен микрон. Ситуация характерна для всех полученных образцов, сформированных при одних и тех же условиях анодирования.
Рис. 1. СЭМ-изображения поверхности пористого кремния (ПК) без пленки Mg2Si с малым (а) и большим (b) увеличением и СЭМ-изображения пленки Mg2Si поверх поверхности ПК с малым (с) и большим (d) увеличением (для образца № 18-1)
Fig. 1. SEM images of porous silicon (PS) surface without Mg2Si film with small (a) and large (b) magnification and SEM images of Mg2Si film atop PS surface with small (c) and large (d) magnification (for sample # 18-1)
При дополнительном увеличении на поверхности видна неоднородность поверхности с системой пор с размерами 10 - 20 нм (рис. 1, Ь). Далее каждый из четырех образцов по одному помещался в ростовую камеру с базовым давлением 4.6-10-6 Тор, в которой они дегазировались в вакууме 1.0-10-4 Тор при температуре 450 оС в течение 10 минут. Однако на поверхности пористого кремния оставался оксид кремния, который должен был препятствовать образованию силицида магния при осаждении и отжиге магния. Осаждение магния проводили либо при комнатной температуре, с последующим отжигом (метод твердофазной эпитаксии, ТФЭ), либо при выбранной температуре (метод реактивной эпитаксии, РЭ). При этом осажденная пленка магния при комнатной температуре имеет высокое отражение (металлический блеск), а пленка силицида магния, как известно [19], имеет синий цвет. Поэтому силицидообразование фиксировали по появлению синего цвета при визуальном контроле в обоих (ТФЭ или РЭ) ростовых процессах. Для всех образцов
формирование пленки синего цвета наблюдалось, что свидетельствует о разрушении в рабочем вакууме тонкого слоя окисла кремния при взаимодействии с магнием и формировании силицида магния. В результате ростовых процедур на поверхности четырех образцов пористого кремния были сформированы пленки силицида магния разной толщины в соответствии с температурными режимами, представленными в табл. 1.
Таблица 1. Параметры дегазации ПК и роста силицида магния
Table 1. Parameters of PS degassing and growth of magnesium silicide
Sample, # Degassing uMg, nm/min Growth modes
РЭ Reactive deposition epitaxy ТФЭ Solid phase epitaxy
t, min Р, Тор т, оС before after TSl, оС t, min dMg, nm Р, Тор Ta, оС t, min dMg, nm Р, Тор
i8-i i0 i •ю-4 450 i2.5 i3.9 - - - - 420 8 100-110 4^i0-6
i8-2 i0 i •ю-4 450 28 28.8 290 6 i68-i73 4T0-5 - - - -
i9-i i0 i •ю-4 450 27 29 - - - - 350 i0 290 i^rn-5
i9-2 i0 8.6-10-5 400 27.9 28 - - - - 350 i0 280 í.2^10-5
В процессе РЭ при температуре TSi = 290 оС часть осажденного магния из примерно 170 нм (табл. 1) разрушала оксид кремния и формировала силицид магния, что далее доказано методом КРС, а остальная его часть - десорбировала с поверхности ПК, поскольку ранее низкая температура десорбции (100 оС) наблюдалась для слоев магния поверх атомарно-чистого кремния в сверхвысоком вакууме [20]. В процессе твердофазной эпитаксии атомы осажденного магния взаимодействовали с оксидом кремния по поверхности ПК, разрушая его при температурах подложки 350 и 420 оС и обеспечивая силицидообразование. Часть осажденного магния десорбировала с поверхности. За счет увеличения скорости осаждения магния за примерно равные промежутки времени осаждали пленки различной толщины (13 - 29 нм/мин, табл. 1). Контроль поверхности ПК методом СЭМ после силицидобразования показал, что при средней скорости осаждения около 13.2 нм/мин при ТФЭ (Та = 420 оС) сформировалась островковая пленка силицида магния на всей поверхности блоков ПК (рис. 1, с), которая состояла из ограненных кристаллитов с размерами 100 - 200 нм (рис. 1, d). Увеличение скорости осаждения магния 28 - 29 нм/мин с последующим отжигом при температуре 350 оС (табл. 1) привело к формированию на поверхности ПК с порами 10 - 20 нм (рис. 2, b) сплошной пленки силицида магния (рис. 2. а), которая состояла из хаотически расположенных зерен (рис. 2, с) и имела толщину по данным поперечного скола около 80 - 90 нм (рис. 2, d).
После выгрузки из ростовой камеры для контроля структуры и состава трех выращенных пленок с разными процедурами формирования были зарегистрированы спектры рентгеновской дифракции (рис. 3). На спектре видно, что основной вклад при малых углах вносит в виде галло аморфизованная фаза пористого кремния, под которой виден значительный вклад от монокристаллической подложки Si(004). Сформированные пленки силицида магния имеют очень малый вклад при углах от 40.1 до 47.9°, которые соответствуют кристаллическим зернам Mg2Si(220) и Mg2Si(311). Наиболее ориентированные и относительно крупные кристаллиты (31 нм) перпендикулярно плоскости (331) - из полуширины пика дифракции по Шереру [21] наблюдались на образце №18-2 для пленки силицида магния, выращенной методом РЭ при TSi = 290 оС (табл. 1). При этом часть магния десорбировала с поверхности силицида магния. Пленка на образце № 18-1, выращенная методом ТФЭ при Та = 420 оС, имела зерна с размером около 33 нм перпендикулярно плоскости Mg2Si(220) и минимальную интенсивность пика кремния Si(004) (табл. 1), что свидетельствует более толстому слою пористого кремния по сравнению с образцами № 19-1 и № 19-2. При этом пленка Mg2Si является островковой при данной температуре отжига с хорошей огранкой зерен (рис. 1, d). Для пленки силицида магния в
образце № 19-2 наблюдался малый по интенсивности и уширенный пик при 40.1°, что соответствует малым размерам (7 нм) перпендикулярно зернам с ориентацией М§2Б1(220) (рис. 3) и может соответствовать ее чешуйчатой структуре.
Фононная структура зерен силицида магния в выращенных пленках была исследована методом КРС при комнатной температуре. Спектры КРС всех образцов представлены для сравнения на рис. 4 вместе со спектром КРС для монокристаллической кремниевой подложки 81(100). Необходимо отметить наличие одного пика при 251 - 256 см- , который отвечает основному фонону в М§2Б1 и различный характер спектров в области 440 - 520 см-1. Для образцов № 18-1, № 18-2 и № 19-2 наблюдаются пики, отвечающие за монокристаллический кремний подложки, а также - слабое уширение, характерное для пористого аморфизованного кремния. А для образца № 19-1 степень аморфизации ПК значительно увеличилась и вклад от монокристаллической подложки фактически не наблюдается. При этом увеличилась интенсивность пиков КРС от М§2Б1, что соответствует увеличению толщины сформированного на них силицида магния. Если для пленок на образцах № 18-1, № 18-2 и № 19-2 положение КРС-пика (256 см-1) соответствует объемному и ненапряженному силициду магния [22], то на образце № 19-1 наблюдается сдвиг КРС пика в область меньших значений (251 см-1), что свидетельствует напряженному состоянию пленки [23] и очень малым размерам зерен М§2Б1 по одному из направлений.
c) d)
Рис. 2. СЭМ-изображения границы раздела пористого кремния и пленки силицида магния при малом увеличении (а), поверхности пленки пористого кремния (b) и силицида магния (с) при большом увеличении и скола образца с пленки силицида магния (d) (для образца № 19-2). Стрелки на (d) указывают толщину пленки в поперечном сколе
Fig. 2. SEM images of the interface between porous silicon and a magnesium silicide film at low magnification (a), porous silicon film's surface (b) and magnesium silicide (c) at high magnification, and a cleavage of a sample with a magnesium silicide film (d) (for sample #19-2). The arrows on (d) indicate the film thickness at the cross-section
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 20, degree
Рис. 3. Спектры РД образцов № 18-1, № 18-2 и № 19-2 после выращивания пленок M^Si
на поверхности пористого кремния
Fig. 3. XRD spectra for samples #18-1, #18-2 and #19-2 after growth of Mg2Si films on porous silicon surface
Raman shift, cm-1
Рис. 4. Спектры КРС образцов № 18-1, № 18-2, № 19-1 и № 19-2 после выращивания пленок Mg2Si на поверхности пористого кремния и для монокристаллического кремния (Si(100))
Fig. 4. Raman spectra for samples #18-1, #18-2, # 19-1 and #19-2 after growth of Mg2Si films on porous silicon surface and for monocrystalline silicon (Si(100))
Морфология пленки в образце № 19-2 (рис. 2, d) соответствует некоторой чешуйчатой структуре зерен перпендикулярно поверхности подложки, для которой наблюдается основной пик при 256 см-1 и дополнительный пик при 329 см-1. Последний пик может быть связан с проявлением тонкой структуры переходов фононов в чешуйчатой структуре пленки по сравнению с объемным Mg2Si [22]. При этом вместе с вкладом от аморфизованного пористого кремния около 440 - 500 см-1, наблюдается слабый вклад от монокристаллического кремния при 520 см-1. Пик КРС от Mg2Si в образце № 19-1 (рис. 4) является меньшим по интенсивности и немного большим по полуширине по сравнению с
оным в пленке образца № 19-2, указывая на несколько худшее кристаллическое качество пленки силицида магния при равной толщине по данным табл. 1. А широкий пик на спектре КРС в образце № 19-1 в районе 440 - 500 см-1 и отсутствие пика от монокристаллического кремния подложки при 520 см-1 (рис. 4) соответствует большей толщине слоя ПК под пленкой силицида магния в данной части образца и коррелирует с уменьшением вклада от кремниевой подложки под слоем ПК.
Дополнительная информация о локализации фазы силицида магния на поверхности кремния получена при проведении картирования поверхности пленки М§2Б1 в образце № 19-2 методом КРС-микроскопии. На фотографии (рис. 5, а) показана граница на поверхности между слоем пористого кремния и пленкой силицида магния на ПК. Видно, что поверхность пленки (справа) является хорошо отражающей, но имеет неоднородности и проколы, связанные с морфологией и микроструктурой ПК.
c) d)
Рис. 5. (а) Фотография плоской границы между слоем por-Si (темная) и пленкой Mg2Si на слое por-Si (светлая) на образце № 19-2; на вставке: микро-спектры комбинационного рассеяния из красного квадрата; (b) увеличенное фото выделенного красного квадрата на (а). Картирование спектров комбинационного рассеяния: (с) интенсивность карты MgjSi (260 см-1); (d) карта интенсивности Si (520 см-1)
Fig. 5. (a) Photo of the planar interface between por-Si layer (dark) and Mg2Si film on the por-Si layer (bright) on the sample #19-2; on the Insert: micro-Raman spectra from the red square; (b) the increased photo of the selected red square on (a). Raman mapping: (c) Mg2Si (260 cm-1) map intensity; (d) Si (520 cm-1) map intensity
Для КРС-картирования выбрана площадь, выделенная красным квадратом на рис. 5, а, который в увеличенном масштабе представлен на рис. 5, b. КРС спектр (вставка на рис. 5, а показывает, что на данной области основной вклад при 260 см-1 вносит пленка Mg2Si. Карта КРС при сдвиге около 260 см-1, соответствующем основному КРС-пику для Mg2Si, показана на рис. 5, с. Видно, что максимумы интенсивности соответствуют некоторым неоднородностям, канавкам и проколам в слое ПК, которые наблюдаются в оптическом изображении (рис. 5, b). Следовательно, наиболее активно силицидообразование происходит на данных неоднородностях, но при этом вся поверхность покрыта силицидом магния. Это доказывает также карта КРС (рис. 5, d) при сдвиге 520 см-1 (монокристаллический кремний), который соответствует распределению кремния на поверхности в местах наблюдения максимумов вклада от силицида магния, а также от монокристаллического остова в слое пористого кремния из-за проколов в пленке силицида магния. При этом заметный вклад от самого слоя ПК при 460 - 500 см-1 не замечен согласно КРС спектру на вставке на рис. 5, а, что соответствует его малой толщине и коррелирует с данными макро спектра КРС (рис. 4, образец № 19-2).
Основная предпосылка данной статьи заключалась в снижении эффективного коэффициента отражения кремния (монокристаллического или пористого) за счет создания поверх него слоя узкозонного полупроводника, такого как силицид магния с шириной запрещенной зоны около 0.78 эВ [7]. Для выяснения этого вопроса были для сравнения записаны спектры отражения (рис. 6) от двухсторонне полированной кремниевой подложки, двух слоев пористого кремния различной толщины и от слоев силицида магния поверх слоев пористого кремния на монокристаллическом кремнии в диапазоне длин волн 200 - 1800 нм.
80 -,-
С
[и
и—
О
о
и с о
ts
ч—
а! CL
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1800 1800 Wavelength, nm
Рис. 6. Спектры отражения образцов № 18-1 и № 19-2 со слоем Mg2Si поверх слоя пористого кремния, образцов со слоем пористого кремния разной толщины (№ 2-3 и № 2-4) и подложки из
монокристаллического кремния (с-Si)
Fig. 6. Reflectance spectra of samples #18-1 and #19-2 with Mg2Si layer atop porous silicon layer, samples with porous silicon layer with different thickness (#2-3 and #2-4) and the monocrystalline silicon substrate (с-Si)
Из спектра отражения (рис. 6) слоя пористого кремния поверх монокристаллического кремния видно, что в области 200 - 600 нм резко снижается коэффициент отражения за счет снижения коэффициента преломления в пористой структуре [24]. Поскольку ПК имеет эффективную ширину запрещенной зоны 1.8 - 2.0 эВ [24], то коэффициент отражения зависит от пористости слоя ПК [25]. При увеличении пористости коэффициент отражения
уменьшается в видимом и ультрафиолетовом диапазонах длин волн, что наблюдается по спектрам отражения при переходе от образца № 2-4 к образцу № 2-3 (рис. 6). В случае роста пленки силицида магния на поверхности ПК до длины волны 500 нм изменения в коэффициенте отражения не наблюдаются не зависимо от толщины пленки. При увеличении длины волны от 500 нм до 900 нм начинается рост коэффициента отражения сначала в более толстой пленке (образец № 19-2), затем в островковой пленке Mg2Si (образец № 18-1). Однако это не коррелирует с понижением коэффициента отражения (0.45 - 0.35) от силицида магния [26, 27] в этом диапазоне длин волн. Несмотря на достаточно большой коэффициент поглощения силицида магния (а = (3 - 5)-104 см-1 [26]) при толщине пленки (образец № 19-2) в d = 80 - 90 нм (рис. 2, d), ее прозрачность падает с уменьшением длины волны, а коэффициент отражения должен расти. При этом не забываем, что пленка силицида магния выращены на пористом кремнии, и поэтому с уменьшением длины волны уменьшается отражение света за счет увеличения безвозвратного рассеяния света в пористом кремнии. Тонкая пленка силицида магния не может внести заметный вклад в отражение по той же причине безвозвратных потерь света, как в пленке, так и в пористом слое при длинах волн менее 500 нм. При меньшей толщине пленки (образец № 18-1) отражение от пленки силицида магния в диапазоне 500 - 900 нм меньше, чем от пленки в образце № 19-2, что связано с меньшим отражением от островковой пленки силицида магния. Полная величина коэффициента отражения от пленки силицида магния на ПК возрастает по сравнению с пористым кремнием (рис. 6, образцы № 2-3 и № 2-4) в диапазоне от 500 до 900 нм.
Расчеты средней величины коэффициента отражения в образцах № 18-1 и № 19-2, а также монокристаллического кремния в диапазоне длин волн 280 - 1800 нм с учетом спектра источника света (галогеновая лампа [28]) в спектрофотометре Varian Carry 5000 представлены в табл. 2. Средние значения коэффициента отражения для двух образцов с ПК рассчитаны в диапазоне 200 - 900 нм (спектрофотометр Hitachi U3010) и также внесены в табл. 2. Они показывают, что добавление пленки силицида магния независимо от ее толщины увеличивает средний коэффициент отражения по сравнению с пористым кремнием. В длинноволновой части спектра отражения (1600 - 1800 нм) от системы пленка Mg^i/H^Si коэффициент отражения определяется вкладом от пористого кремния, поскольку пленка силицида магния становится прозрачной. Следовательно, идея снижения коэффициента отражения за счет осаждения пленки узкозонного полупроводника на пористый кремний не подтвердилась. Основной вклад в снижение отражения определяется только слоем ПК и его пористостью, за счет увеличения которой снижается эффективная плотность состояний, коэффициент преломления и коэффициент отражения.
Таблица 2. Расчеты средней величины коэффициента отражения для монокристаллического кремния и пленок силицида магния на пористом кремнии
Table 2. Calculations of the average value of the reflection coefficient for single-crystal silicon and magnesium silicide films on porous silicon
c-Si Mg2Si/por-Si (#18-1) Mg2Si/por-Si (#19-2) por-Si (#2-3) Por-Si (#2-4)
37.2 % 16.1 % 20.4 % 9.2 % 13.3 %
Визуальный контроль фотолюминесценции при освещении всех образцов лазером с длиной волны 405 нм сразу после выгрузки образцов ПК с пленками М§2Б1 из ростовой камеры показал наличие свечения красного цвета из под полупрозрачной пленки силицида. Регистрация спектра ФЛ была проведена через 8 месяцев хранения образца в атмосферных условиях только для образца № 18-1 при двух длинах волн лазерного излучения (рис. 7). Форма и положение пиков ФЛ соответствует возбуждению фотолюминесценции в слое ПК [24, 29], но дополнительный сигнал ФЛ от слоя силицида магния, как непрямозонного полупроводника [7], не наблюдается (рис. 7). Ранее сигнал ФЛ наблюдался от квазинульмерного силицида магния при комнатной температуре в работе [30].
2,5
Wavelength, nm
Рис. 7. Спектры фотолюминесценции (ФЛ) образца № 18-1 со слоем Mg2Si поверх слоя пористого кремния при двух длинах волн лазерного излучения (405 нм - "синий" и 532 нм - "зеленый") и спектры ФЛ пористого кремния с различной пористостью в образцах № 2-3 и № 2-4 на "синей" длине волны
Fig. 7. Photoluminescence (PL) spectra for #18-1 sample with Mg2Si layer atop porous silicon layer at two laser wavelengths (405 nm - "blue" and 532 nm - "green") and PL spectra for porous silicon with different porosity in
samples #2-3 and #2-4 at "blue" wavelength
Следовательно, в пленках М§2Б1 на ПК толщиной 50 - 90 нм собственный сигнал ФЛ не наблюдается, а наблюдаемое излучение соответствует спектру ФЛ пористого кремния [24, 29], которое частично гасится в слое силицида магния. Основное различие в спектрах ФЛ наблюдается при изменении длины волны возбуждающего лазерного излучения при переходе от X = 405 нм к X = 532 нм (рис. 7). При длине волны лазерного излучения X = 405 нм наблюдается несимметричная форма спектра ФЛ с максимумом при 685 нм и вторым пиком около 725 нм. При регистрации спектра ФЛ при X = 532 нм происходит сдвиг максимума спектра ФЛ в положение около 718 нм с уменьшением его амплитуды, что соответствует более сильному затуханию в слое М§2Б1 для более коротковолнового излучения. То есть затухание излучения ФЛ происходит в соответствии с зависимостью коэффициента поглощения в силициде магния в области сильного межзонного перехода [26].
На рис. 7 также приведены спектры ФЛ от двух образцов ПК с различной пористостью, полученных при анодировании с другими условиями (плотность тока 20 мА/см , время 20 минут и 30 минут). Пористость была минимальной для образца № 2-4, исходя из более высокого коэффициента отражения и сохранения пиков при 378 нм и 284 нм характерных для монокристаллического кремния [6] (рис. 6) и, соответственно, более высокая - для образца № 2-3, отражение которого было минимальным. Это обусловило более высокую интенсивность ФЛ для образца № 2-3 (рис. 7).
Сравнение двух типов спектров ФЛ (после роста М§2Б1 и без его роста) показывает, что не наблюдаются принципиальные изменения спектрального состава люминесценции, что подтверждает сохранение микроструктуры пористого кремния после его термообработки в вакууме при 450 оС и роста на нем силицида магния при температурах от 290 оС до 420 оС.
ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ экспериментальных данных по морфологии, структуре и оптическим свойствам пленок силицида магния, выращенных на пористом кремнии в условиях высокого вакуума и без высокотемпературных обработок, показал, что при твердофазной эпитаксии минимальной температурой, при которой начинается разрушение оксида кремния поверх слоя ПК и взаимодействие атомов магния и кремния с последующим силицидообразованием, является температура 350 °С. Толщина пленки М§2Б1, оцененная их данных скола методом СЭМ, составила 80 - 90 нм, что соответствует примерно 65 нм магния (из осажденных 280 нм) (образец № 19-2, табл. 1), которые успели прореагировать с кремнием. Следовательно, около 78 % магния десорбировало с поверхности в процессе отжига. Увеличение температуры отжига до 420 °С привело к еще большей десорбции атомов магния с поверхности пористого кремния и формированию островков М§2Б1 с хорошей огранкой и латеральными размерами от 50 до 150 нм. В случае реактивной эпитаксии магния на поверхности ПК силицидообразование наблюдалось только при температуре 290 °С при скорости осаждения магния около 28 нм/мин (табл. 1, образец № 18-2). Исходя из данных КРС (рис. 4) интенсивность пика 256 см-1 примерно в 5 раз меньше интенсивности данного пика в образце № 18-1 (ТФЭ при 420 оС), что можно оценить, как аналогичное уменьшении толщины сформированной пленки М§2Б1. То есть в методе РЭ более 98 % осаждаемого магния не вступили в реакцию с пористым кремнием и десорбировало. Следовательно, наиболее приемлемым методом для формирования силицида магния на пористом кремнии без его предварительной очистки является твердофазная эпитаксия при температуре отжига 350 °С. При этом в реакцию с пористым кремнием вступает порядка 20 - 22 % магния, что обеспечивает возможность формирования сплошных пленок силицида магния с управлением его толщиной за счет подбора толщины осажденного слоя магния.
Обсудим влияние толщины пленки силицида магния на возможность снижения коэффициента отражения по сравнению с монокристаллическим кремнием, а также - с пористым кремнием. Как видно из рис. 6 отражение от пористого кремния в области прозрачности монокристаллического кремния определяется его толщиной и пористостью. При реальных толщинах ПК в несколько микрон и эффективной ширине запрещенной зоны 1.7 - 2.1 эВ коэффициент отражения ПК при длинах волн более 1200 нм составляет 20 - 28 %, что только на 2 - 10 % ниже, чем оный для односторонне полированного монокристаллического кремния (30 - 31 %). Нанесение на слой ПК пленки силицида магния приводит к тому, что ниже ширины запрещенной зоны 0.76 эВ или более 1630 нм ее коэффициент отражения будет составлять 33 - 34 % [27], но при условии ее бесконечно большой толщине (единицы - десятки микрон). При толщине пленки силицида магния в десятки нанометров, как в нашем случае, ее вклад в отражение образца будет возрастать с уменьшением длины волны за счет роста коэффициента отражения от силицида магния в видимом и ближнем ИК-диапазоне (длины волн 500 - 900 нм). Последнее связано с уменьшением отражения от слоя пористого кремния за счет безвозвратных потерь света в микроструктуре пористого кремния. При этом увеличение толщины пленки силицида магния приведет лишь к возрастанию отражения системы М§281/ПК/Б1(100), как и наблюдалось при переходе от образца № 18-1 к образцу № 19-2. Силицидообразование идет в большей мере за счет участия в реакции атомов магния и кремния в аморфизованном слое с сетью проколов (рис. 1, Ь и рис. 2, Ь), который обычно [31, 32] закрывает нижележащую микроструктуру ПК в виде системы наностолбов и вертикальных пор с размерами от десятков до сотен нанометров на кремнии с ориентацией (100) [33]. Некоторое уменьшение коэффициента отражения от пленки силицида магния в указанном диапазоне длин волн можно ожидать при развитии ее рельефа, но этого сложно осуществить при низкотемпературном ростовом процессе на пористом кремнии и без предварительного разрушения или травления верхнего слоя с пониженной пористостью.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Образцы пористого кремния (ПК), полученные методом анодирования из кремниевых пластин с ориентацией (100), после их промывки в деионизованной воде и сушки при комнатной температуре в потоке сухого азота загружались в вакуумную камеру с безмасляной откачкой и базовым давлением 4.6-10-6 Тор. Перед осаждением магния образцы подвергались термическому отжигу (дегазации) при 450 оС в течение 10 минут в вакууме 1.040-4 Тор. Для формирования пленок силицида магния использованы два метода: 1) реактивной эпитаксии (РЭ) и 2) твердофазной эпитаксии (ТФЭ). В методе РЭ установлена оптимальная температура подложки (TSi = 290 оС), при которой происходило силицидообразование после разрушения оксида на поверхности ПК. Толщина пленки силицида магния была незначительной, а при дальнейшем увеличении температуры подложки адсорбция магния отсутствовала. При твердофазной эпитаксии апробированы две температуры. При температуре отжига Ta = 420 оС оксид разрушался и формировалась островковая пленка Mg2Si с огранкой зерен, но большая часть атомов магния десорбировала с поверхности при этом. Для формирования сплошной пленки силицида магния температуру подложки пришлось снизить до 350 оС, что, тем не менее, обеспечивало разрушение оксида кремния на поверхности слоя ПК и реакцию силицидообразования. При этом сформировалась пленка толщиной 80 - 90 нм, что соответствует десорбции около 78 % осажденного в пленке магния. Формирование Mg2Si доказано методами РД, КРС спектроскопии и КРС микроскопического картирования. Установлено, что в пленке силицида магния на пористом кремнии в спектре отражения появляется локальный максимум при длинах волн от 500 нм до 900 нм, который связан с вкладом Mg2Si и который возрастает с увеличением толщины пленки. Снижение коэффициента отражения с уменьшением длины волны ниже 500 нм определяется увеличением безвозвратных потерь в слое пористого кремния, независимо от толщины пленки Mg2Si при толщинах не выше 100 нм. Установлено, что сформированные пленки Mg2Si являются полупрозрачными для излучения фотолюминесценции от пористого кремния с длинами волн 400 - 900 нм и не вносят собственный спектральный вклад в люминесценцию. Исследования фотолюминесценции показали, что термический отжиг пористого кремния в условиях высокого вакуума при температуре 450 °С не приводит к нарушению микроструктуры пористого кремния, а сформированная пленка силицида магния стабилизирует фотолюминесценцию на срок не менее 8 месяцев, в течение которых создавались и исследовались данные образцы.
Авторы благодарят к.ф.-м.н. А.А. Кучмижака за проведение съемки морфологии пленок методом СЭМ и к.х.н. А.В. Герасименко (ИХ ДВО РАН) - за регистрацию рентгеновских спектров образцов. Признательны администрации Института химии ДВО РАН за предоставление возможности проведения рентгенофазовых исследований на экспериментальном оборудовании центра коллективного пользования.
The authors thank Ph.D. A.A. Kuchmizhak for conducting SEM film morphology surveys and Ph.D. A.V. Gerasimenko (IC FEB RAS) for recording the X-ray spectra of the samples. We are grateful to the administration of the Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences for providing the opportunity for providing the opportunity to conduct X-ray phase studies on the experimental equipment of the center for collective use.
Работа выполнена с финансовой поддержкой государственного бюджета по теме ИАПУ ДВО РАН в 2021 году (№ 0202-2021-0002).
The work was carried out with financial support from the state budget on the subject of IACP FEB RAS in 2021 (No. 0202-2021-0002).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
REFERENCES
1. Lv J., Zhang T., Zhao Y, Li S. Review application of nanostructured black silicon // Nanoscale Research Letters, 2018, vol. 13, 110. https://doi.org/10.1186/s11671-018-2523-4
2. Kashyap V., Chaudhary N., Goyal N., Kumar C., Saxena K. Comparative study of quantum confinmebts effect present in silicon nanowires using absorption and Raman spectroscopy // Optical Materials, 2021, vol. 121, 111538. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111538
3. Kadlechikova M, Vanco L., Breza J., Mikolasek M., Husekova K., Frohlich K., Procel P., Zeman M, Isabella O. Raman spectroscopy of silicon with nanostructured surface // Optik, 2022, vol. 257, 168869. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2022.168869
4. Ting C.-Y., Sheu H.-S., Wu W.-F., Wan B.-Z. Porosity Effects on Properties of Mesoporous Silica Low-k Films Prepared Using Tetraethylorthosilicate with Different Templates // Journal of the Electrochemical Society, 2007, vol. 154, pp. G1-G5. https://doi.org/10.1149/1.2388852
5. Haddadi I., Amor S. B., Bousbih R., Whibi S. E., Bardaoui A., Dimassi W., Ezzaouia H. Metal deposition on porous silicon by immersion on plating to improve photoluminescence properties // Journal of Luminescence, 2016, vol. 173, pp. 257-262. https://doi.org/10.1016/i.ilumin.2016.01.020'
6. Greenaway D. L, Harbeke G. Optical properties and band structure of semiconductors. Pergamon Press Ltd., Oxford, London, GB, 1968, 160 p. https://doi.org/10.1016/C2013-0-02109-3
7. Morris R. G., Redin R. D., Danielson G. C. Semiconducting Properties of Mg2Si Single Crystals // Physical Review Journal Archive, 1958, vol. 109, 1909. https://doi.org/10.1103/PhysRev.109.1909
8. Chu W. K., Lau S. S., Mayer J. W., Müller H., Tu K. N. Implanted noble gas atoms as diffusion markers in silicide formation // Thin Solid Films, 1975, vol. 25, pp. 393-402. https://doi.org/10.1016/0040-6090(75)90057-7
9. Галкин Н. Г., Ян Д. Т., Галкин К. Н., Боженко М. В. Влияние погружения слоев пористого кремния в водные растворы Fe(NO3)3 на фотолюминесценцию в процессе длительного хранения // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 125, № 2. С. 191-196.
https://doi.org/10.21883/OS.2018.08.46358.81-18
10. Соколов В. И., Шелых А. И. Некоторые характеристики пористого кремния (отражение, рассеяние, показатель преломления, микротвердость) // Письма в Журнал технической физики. 2008. Т. 34, № 5. С. 34-39.
11. Mahan J. E., Vantomme A., Loungouchi G., Becker J. P. Semiconducting Mg2Si films prepared by molecular beam epitaxy // Physical Review B, 1996, vol. 54, no. 23, pp. 1696516971. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.16965
12. Janega P. L., McCaffrey J., Landheer D., Buchanan M., Denhoff M., Mitchel D. Contact resistivity of some magnesium/silicon and magnesium silicide/silicon structures // Applied Physics Letters, 1988, vol. 53, 2056. https://doi.org/10.1063/1.100496
13. Wittmer M., Lüthy W., Von Allmen M. Laser induced reaction of magnesium with silicon // Physics Letters A, 1979, vol. 75, iss. 1-2, pp. 127-130. https://doi.org/10.1016/0375-9601(79)90300-1
1. Lv J., Zhang T., Zhao Y, Li S. Review application of nanostructured black silicon. Nanoscale Research Letters, 2018, vol. 13, 110. https://doi.org/10.1186/s11671-018-2523-4
2. Kashyap V., Chaudhary N., Goyal N., Kumar C., Saxena K. Comparative study of quantum confinmebts effect present in silicon nanowires using absorption and Raman spectroscopy. Optical Materials, 2021, vol. 121, 111538. https://doi.org/10.1016/i.optmat.2021.111538
3. Kadlechikova M, Vanco L., Breza J., Mikolasek M., Husekova K., Frohlich K., Procel P., Zeman M, Isabella O. Raman spectroscopy of silicon with nanostructured surface. Optik, 2022, vol. 257, 168869. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2022.168869
4. Ting C.-Y., Sheu H.-S., Wu W.-F., Wan B.-Z. Porosity Effects on Properties of Mesoporous Silica Low-k Films Prepared Using Tetraethylorthosilicate with Different Templates. Journal of the Electrochemical Society, 2007, vol. 154, pp. G1-G5."https://doi.org/10.1149/1.2388852
5. Haddadi I., Amor S. B., Bousbih R., Whibi S. E., Bardaoui A., Dimassi W., Ezzaouia H. Metal deposition on porous silicon by immersion on plating to improve photoluminescence properties. Journal of Luminescence, 2016, vol. 173, pp. 257-262.
https://doi. org/10.1016/j .ilumin.2016.01.020
6. Greenaway D. L, Harbeke G. Optical properties and band structure of semiconductors. Pergamon Press Ltd., Oxford, London, GB, 1968, 160 p.
https://doi. org/10.1016/C2013-0-02109-3
7. Morris R. G., Redin R. D., Danielson G. C. Semiconducting Properties of Mg2Si Single Crystals. Physical Review Journal Archive, 1958, vol. 109, 1909. https://doi.org/10.1103/PhysRev.109.1909
8. Chu W. K., Lau S. S., Mayer J. W., Müller H., Tu K. N. Implanted noble gas atoms as diffusion markers in silicide formation. Thin Solid Films, 1975, vol. 25, pp. 393-402. https://doi.org/10.1016/0040-6090f75j90057-7
9. Galkin N. G., Galkin K. N., Bozhenko M. V., Yan D. T. The influence of immersion of porous silicon in aqueous solutions of Fe(NO3)3 on photoluminescence during long storage. Optics and Spectroscopy, 2018, vol. 125, no. 2, pp. 199-204.
https://doi.org/10.1134/S0030400X18080064
10. Sokolov V. I., Shelykh A. I. Some Characteristics of Porous Silicon (Reflection, Scattering, Refractive Index, Microhardness). Technical Physics Letters, 2008, vol. 34,
iss. 3, pp. 196-198.
https://doi.org/10.1134/S1063785008030061
11. Mahan J. E., Vantomme A., Loungouchi G., Becker J. P. Semiconducting Mg2Si films prepared by molecular beam epitaxy. Physical Review B, 1996, vol. 54, no. 23, pp. 1696516971. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.16965
12. Janega P. L., McCaffrey J., Landheer D., Buchanan M., Denhoff M., Mitchel D. Contact resistivity of some magnesium/silicon and magnesium silicide/silicon structures. Applied Physics Letters, 1988, vol. 53, 2056. https://doi.org/10.1063/L100496
13. Wittmer M., Lüthy W., Von Allmen M. Laser induced reaction of magnesium with silicon. Physics Letters A, 1979, vol. 75, iss. 1-2, pp. 127-130. https://doi.org/10.1016/0375-9601f79j90300-1
14. Tejeda J., Cardona M. Valence bands of the Mg2X(X=Si, Ge, Sn) semiconductor compounds // Physical Review B. 1976,
vol. 14, 2559. https://doi.org/10. 1103/PhysRevB.14.2559
15. Labunov V. A., Bondarenko V. P., Borisenko V. E., Dorofeev A. M. High-Temperature Treatment of Porous Silicon // Physica Status Solidi (a), 1987, vol. 102, pp. 193-198. https://doi.org/10.1002/pssa.2211020119
16. Ogata Y. H., Yoshimi N., Yasuda R., Tsuboi T., Sakka T., Otsuki A. Structural change in p-type porous silicon by thermal annealing // Journal of Applied Physics, 2001, vol. 90, iss. 12, 6486. https://doi.org/10.1063/1.1416862
17. Галкин Н. Г., Ян Д. Т., Галкин К. Н., Непомнящий А. В. Установление взаимосвязи между коэффициентами отражения, преломления и показателем пористости для слоев пористого кремния с различной морфологией поверхности // Химическая физика и мезоскопия. 2021.
Т. 23, № 4. С. 420-430. https://doi.org/10.15350/17270529.2021.4.38
18. База данных ICDD PDF-2 2023. URL: https://www.icdd.com/pdf-2/ (дата обращения: 10.01.2023).
19. Большая энциклопедия нефти и газа. URL: https://www.ngpedia.ru/id423007p1.html (дата обращения: 10.01.2023).
20. Galkin K. N., Kumar M., Govind, Shivaprasad S. M., Korobtsov V. V., Galkin N. G. A study of the temperature dependence of adsorption and silicidation kinetics at the Mg/Si(111) interface // Thin Solid Films, 2007, vol. 515, pp. 8192-8196. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.02.041
21. Langford J. L., Wilson A. J. C. Scherrer after sixty years: A survey and some new results in the determination of crystallite size // Journal of Applied Crystallography, 1978, vol. 11, pp. 102-113.
https://doi.org/10.1107/S0021889878012844
22. Atanassov A., Zlateva G., Baleva M., Goranova E., Amov B., Angelov C., Mikli V. Raman Scattering Characterization of Ion-Beam Synthesized Mg2Si, 1. Influence of the Technological Conditions on the Formation of the Mg2Si in (100) Si Matrix // Plasma Processes and Polymers, 2006, vol. 3, iss. 2, pp. 219-223. https://doi.org/10.1002/ppap.200500088
23. Onari S., Cardona M., Schonherr E., Stetter W. Effect of stress on the Raman spectra of Mg2Si and Mg2Sn // Physica Status Solidi (b), 1977, vol. 79, iss. 1, pp. 269-276. https://doi.org/10.1002/pssb.2220790127
24. Handbook of porous silicon. Ed. L. Canham. Switzerland: Springer International Publishing, 2014. 1017 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-05744-6
25. Астрова Е. В., Воронков В. Б., Ременюк А. Д., Толмачев В. А., Шуман В. Б. Изменение параметров и состава тонких пленок пористого кремния в результате окисления. Эллипсометрические исследования // Физика и техника полупроводников. 1999. Т. 33, № 10. С. 1264-1270.
26. Galkin N. G., Vavanova S. V., Maslov A. M., Galkin K. N., Gerasimenko A. V., Kaidalova T. A. Solid phase growth and properties of Mg2Si films on Si(111) // Thin Solid Films, 2007, vol. 515, iss. 22, pp. 8230-8236. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.02.049
14. Tejeda J., Cardona M. Valence bands of the Mg2X(X=Si, Ge, Sn) semiconductor compounds. Physical Review B. 1976, vol. 14, 2559. https://doi.org/10.1103/PhysRevB. 14.2559
15. Labunov V. A., Bondarenko V. P., Borisenko V. E., Dorofeev A. M. High-Temperature Treatment of Porous Silicon. Physica Status Solidi (a), 1987, vol. 102, pp. 193-198. https://doi. org/10. 1002/pssa.2211020119
16. Ogata Y. H., Yoshimi N., Yasuda R., Tsuboi T., Sakka T., Otsuki A. Structural change in p-type porous silicon by thermal annealing. Journal of Applied Physics, 2001, vol. 90, iss. 12, 6486. https://doi.org/10.1063/1.1416862
17. Galkin N. G., Yan D. T., Galkin K. N., Nepomnyashchiy A. V. Ustanovlenie vzaimosvyazi mezhdu koeffitsientami otrazheniya, prelomleniya i pokazatelem poristosti dlya sloev poristogo kremniya s razlichnoy morfologiey poverkhnosti [Establishment of Relationship between the Reflection and Refraction Coefficients and the Porosity Index for Mesoporous Silicon Layers with Different Surface Morphology]. Khimicheskaya fizika i mezoskopiya [Chemical Physics and Mesoscopy], 2021, vol. 23, no. 4, pp. 420-430. (In Russian). https://doi.org/10.15350/17270529.202L4.38
18. Database ICDD PDF-2 2023. URL: https://www.icdd.com/pdf-2/ (accessed January 10, 2023).
19. Bol'shaya entsiklopediya nefti i gaza [Big Encyclopedia of Oil and Gas]. URL: https://www.ngpedia.ru/id423007p1.html (accessed January 10, 2023).
20. Galkin K. N., Kumar M., Govind, Shivaprasad S. M., Korobtsov V. V., Galkin N. G. A study of the temperature dependence of adsorption and silicidation kinetics at the Mg/Si(111) interface. Thin Solid Films, 2007, vol. 515, pp. 8192-8196. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.02.041
21. Langford J. L., Wilson A. J. C. Scherrer after sixty years: A survey and some new results in the determination of crystallite size. Journal of Applied Crystallography, 1978, vol. 11, pp. 102-113.
https://doi.org/10.1107/S0021889878012844
22. Atanassov A., Zlateva G., Baleva M., Goranova E., Amov B., Angelov C., Mikli V. Raman Scattering Characterization of Ion-Beam Synthesized Mg2Si, 1. Influence of the Technological Conditions on the Formation of the Mg2Si in (100) Si Matrix. Plasma Processes and Polymers, 2006, vol. 3, iss. 2, pp. 219-223. https://doi.org/10.1002/ppap.200500088
23. Onari S., Cardona M., Schonherr E., Stetter W. Effect of stress on the Raman spectra of Mg2Si and Mg2Sn. Physica Status Solidi (b), 1977, vol. 79, iss. 1, pp. 269-276. https://doi.org/10.1002/pssb.2220790127
24. Handbook of porous silicon. Ed. L. Canham. Switzerland: Springer International Publishing, 2014. 1017 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-05744-6
25. Astrova E. V., Voronkov V. B., Remenyuk A. D., Tolmachev V. A., Shuman V. B. Variation of the parameters and composition of thin films of porous silicon as a result of oxidation: Ellipsometric studies. Semiconductors, 1999, vol. 33, no. 10, pp. 1149-1155. https://doi.org/10.1134/L1187885
26. Galkin N. G., Vavanova S. V., Maslov A. M., Galkin K. N., Gerasimenko A. V., Kaidalova T. A. Solid phase growth and properties of Mg2Si films on Si(111). Thin Solid Films, 2007, vol. 515, iss. 22, pp. 8230-8236. https://doi.org/10.1016/itsf.2007.02.049
27. Scouler W. J. Optical Properties of Mg2Si, Mg2Ge, and Mg2Sn from 0.6 to 11.0 eV at 77°K // Physical Review, 1969, vol. 178, iss. 3, pp. 1353-1357. https://doi.org/10.1103/PhysRev.178.1353
28. ZEISS. Education in Microscopy and Digital Imaging. URL: https://zeiss-
campus.magnet.fsu.edu/articles/lightsources/tungstenhalogen.ht ml (дата обращения: 12.12.2022).
29. Fauchet P. M., Tsybeskov L., Duttagupta S. P., Hirschman K. D. Stable photoluminescence and electroluminescence from porous silicon // Thin Solid Films,
1997, vol. 297, iss. 1-2, pp. 254-260. https://doi.org/10.1016/S0040-6090i96i09438-2
30. Koga T., Tamaki R., Meng X., Numazawa Y., Shimura Y., Ahsan N., Okada Y., Ishida A., Tatsuoka H. Fine structural and photoluminescence properties of Mg2Si nanosheet bundles rooted on Si substrates // Japanese Journal of Applied Physics, 2021, vol. 60, iss. SB, SBBK07. https://doi.org/10.35848/1347-4065/abdf23
31. Chamard V., Dolino G., Muller F. Origin of parasitic surface film on p+ type porous silicon // Journal of Applied Physics,
1998, vol. 84, iss. 12, pp. 6659-6666. https://doi.org/10.1063/1.369041
32. Fukuda Y., Zhou W., Furuya K., Suzuki H. Photoluminescence change As-prepared and aged porous silicon with NaOH treatment // Journal Electrochemical Society, 1999, vol. 146, no. 7, pp. 2697-2701. https://doi.org/10.1149/1.1391994
33. Errien N., Vellutini L., Louarn G., Froyer G. Surface characterization of porous silicon after pore opening processes inducing chemical modifications // Applied Surface Science, 2007, vol. 253, iss. 17, pp. 7265-7271. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.03.017
27. Scouler W. J. Optical Properties of Mg2Si, Mg2Ge, and Mg2Sn from 0.6 to 11.0 eV at 77°K. Physical Review, 1969, vol. 178, iss. 3, pp. 1353-1357. https://doi.org/10.1103/PhysRev.178.1353
28. ZEISS. Education in Microscopy and Digital Imaging. URL: https://zeiss-
campus.magnet.fsu.edu/articles/lightsources/tungstenhalogen.ht ml (accessed December 12, 2022).
29. Fauchet P. M., Tsybeskov L., Duttagupta S. P., Hirschman K. D. Stable photoluminescence and electroluminescence from porous silicon. Thin Solid Films, 1997, vol. 297, iss. 1-2, pp. 254-260. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(96)09438-2
30. Koga T., Tamaki R., Meng X., Numazawa Y., Shimura Y., Ahsan N., Okada Y., Ishida A., Tatsuoka H. Fine structural and photoluminescence properties of Mg2Si nanosheet bundles rooted on Si substrates. Japanese Journal of Applied Physics, 2021, vol. 60, SBBK07. https://doi.org/10.35848/1347-4065/abdf23
31. Chamard V., Dolino G., Muller F. Origin of parasitic surface film on p+ type porous silicon. Journal of Applied Physics, 1998, vol. 84, iss. 12, pp. 6659-6666. https://doi.org/10.1063/L369041
32. Fukuda Y., Zhou W., Furuya K., Suzuki H. Photoluminescence change As-prepared and aged porous silicon with NaOH treatment. Journal Electrochemical Society, 1999, vol. 146, no. 7, pp. 2697-2701. https://doi.org/10.1149/L1391994
33. Errien N., Vellutini L., Louarn G., Froyer G. Surface characterization of porous silicon after pore opening processes inducing chemical modifications. Applied Surface Science, 2007, vol. 253, iss. 17, pp. 7265-7271. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.03.017
Поступила 27.01.2023; принята к опубликованию 10.02.2023 Received January 27, 2023; accepted February 10, 2023
Информация об авторах
Галкин Николай Геннадьевич, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, ИАПУ ДВО РАН, Владивосток, Российская Федерация, е-mail: [email protected]. т
Шевлягин Александр Владимирович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, ИАПУ ДВО РАН, Владивосток, Российская Федерация
Ильященко Владимир Михайлович, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, ИАПУ ДВО РАН, Владивосток, Российская Федерация
Ян Дмитрий Тхякбонович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, ДВГУПС, Хабаровск, Российская Федерация
Галкин Константин Николаевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, ИАПУ ДВО РАН, Владивосток, Российская Федерация
Information about the authors
Nikolay G. Galkin, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, Chief Researcher, Institute of Automation and Control Processes FEB RAS, Vladivostok, Russian Federation, e-mail: ngalk@iacp. dvo.ru
Aleksandr V. Shevlyagin, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Researcher, Institute of Automation and Control Processes FEB RAS, Vladivostok, Russian Federation
Vladimir M. Il'yashchenko, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Researcher, Institute of Automation and Control Processes FEB RAS, Vladivostok, Russian Federation
Dmitriy T. Yan, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Researcher, Far Eastern State University of Railways, Khabarovsk, Russian Federation
Konstantin N. Galkin, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Researcher, Institute of Automation and Control Processes FEB RAS, Vladivostok, Russian Federation
