Научная статья на тему 'Влияние легирования фосфором и водородом на фотолюминесценцию нанокристаллов кремния в диэлектрической матрице'

Влияние легирования фосфором и водородом на фотолюминесценцию нанокристаллов кремния в диэлектрической матрице Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
247
60
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Белов А. И., Ершов А. В., Гапонова Д. М., Михайлов А. Н., Трухин А. А.

Приведены результаты исследования влияния ионного легирования фосфором и водородом, а также отжига в атмосфере водорода, на фотолюминесцентные свойства однослойных наноструктур SiO2:nc-Si, сформированных при высокотемпературном отжиге пленок a-SiO, полученных молекулярно-лучевым осаждением на кремний. Исследовано также влияние высокотемпературной постгидрогенизации многослойной системы (SiO2:nc-Si)/Al2O3, полученной путем отжига нанопериодических структур aSiO/Al2O3. Последние были изготовлены попеременным термическим (для SiO) и электроннолучевым (для Al2O3) испарением в вакууме. Обнаружено, что при легировании фосфором структур SiO2:nc-Si имеет место усиление полосы фотолюминесценции (ФЛ) 750-800 нм, обусловленной нанокристаллами (НК) кремния, и гашение этой полосы при ионном внедрении водорода. Постгидрогенизация структур обоих видов путем отжига в водороде приводит к пассивации дефектов на гетерограницах НК/матрица и, как следствие, росту интенсивности ФЛ от НК.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Белов А. И., Ершов А. В., Гапонова Д. М., Михайлов А. Н., Трухин А. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EFFECT OF PHOSPHORUS AND HYDROGEN DOPING ON THE PHOTOLUMINESCENCE OF SILICON NANOCRYSTALS IN A DIELECTRIC MATRIX

We present the results of studying the effect of phosphorus and hydrogen ion doping, as well as annealing in a hydrogen atmosphere, on photoluminescence (PL) properties of monolayer nanostructures SiO2:nc-Si formed in the process of high-temperature annealing of thin a-SiO films, which were obtained by the molecular-beam deposition on silicon. The effect of high-temperature posthydrogenation of multilayer system (SiO2:nc-Si)/ Al2O3 prepared by annealing of a-SiO/ Al2O3 nanoperiodic structure is also studied. The a-SiO/ Al2O3 structure was obtained by the alternation of the thermal (for SiO) and electron beam (for Al2O3) vacuum evaporation. It is shown that phosphorus ion doping of the SiO2:nc-Si structure leads to PL enhancement of 750-800 nm band inherent to silicon nanocrystals, and quenching of this band occurs under ion implantation of hydrogen. Posthydrogenation of both kinds of structures by annealing in hydrogen leads to the passivation of defects on nanocrystal/matrix interfaces and, as a result, enhancement of the nc-Si related PL.

Текст научной работы на тему «Влияние легирования фосфором и водородом на фотолюминесценцию нанокристаллов кремния в диэлектрической матрице»

ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА

УДК 537.9 + 539.534.9:535.37

ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРОВАНИЯ ФОСФОРОМ И ВОДОРОДОМ НА ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЮ НАНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕ

© 2007 г. А.И. Белов 1, А.В. Ершов 1, Д.М. Гапонова 2, А.Н. Михайлов 3,

А.А. Трухин 3, Д.А. Лаптев 1, Д.И. Тетельбаум 3

1 Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского

2 Институт физики микроструктур РАН, Нижний Новгород

3 Научно-исследовательский физико-технический институт

(НИФТИ ННГУ им. Н.И. Лобачевского)

belov@rifti.unn.ru

Поступкла в редакцкю 19.12.2006

Приведены результаты исследования влияния ионного легирования фосфором и водородом, а также отжига в атмосфере водорода, на фотолюминесцентные свойства однослойных наноструктур БЮ2:пс-Б^ сформированных при высокотемпературном отжиге пленок а-БЮ, полученных молекулярно-лучевым осаждением на кремний. Исследовано также влияние высокотемпературной постгидрогенизации многослойной системы (БЮ2:пс^)/А1203, полученной путем отжига нанопериодических структур а-БЮ/А1203. Последние были изготовлены попеременным термическим (для 8Ю) и электроннолучевым (для А1203) испарением в вакууме. Обнаружено, что при легировании фосфором структур БЮ2:пс^ имеет место усиление полосы фотолюминесценции (ФЛ) 750-800 нм, обусловленной нанокристаллами (НК) кремния, и гашение этой полосы при ионном внедрении водорода. Постгидрогенизация структур обоих видов путем отжига в водороде приводит к пассивации дефектов на гетерограницах НК/матрица и, как следствие, росту интенсивности ФЛ от НК.

Введение

Исследование процессов формирования и излучательных свойств нанокристаллов (НК) кремния, погруженных в диэлектрическую матрицу, актуально в связи с возможностью создания светоизлучающих устройств на основе дешевого и распространенного полупроводника - кремния, а также замены электрических межсоединений в интегральных схемах на оптические. Интенсивность

фотолюминесценции (ФЛ) системы НК в оксидной матрице определяется вкладом двух конкурирующих процессов - скоростями излучательной и безызлучательной

рекомбинации (БР) электронов и дырок. Центрами безызлучательной рекомбинации являются дефекты типа оборванной связи, а именно, поверхностные дефекты на границах раздела НК Б^матрица (Д-центры в случае БЮ2). Можно ожидать наличие центров БР и

внутри НК Введение примесей (водорода и фосфора) может приводить к снижению концентрации безызлучательных дефектов, и, как следствие, к увеличению интенсивности ФЛ. Эффект повышения эффективности ФЛ при легировании фосфором и водородом был показан в ионно-синтезированных образцах БЮ2 с НК Si [1-3].

В данной работе ионная имплантация и отжиг в атмосфере водорода применяются для модификации люминесцентных свойств наноструктурированных систем, полученных методами осаждения.

Методы исследования

В качестве исходного материала для получения однослойной системы БЮ2 с НК Si использовались пленки БЮХ, сформированные методом молекулярно-лучевого осаждения моноокиси кремния в вакууме на подложки

кремния. Толщина пленок составляла 350 нм, а показатель преломления, измеренный на длине волны 632,8 нм, был равен 1.85, что близко к показателю преломления пленок SiO [4]. Слои окиси кремния наносились в серийной вакуумной установке УВН-2М-1. Последующий отжиг в атмосфере осушенного азота при температурах 1000 и 1100° С приводит к восстановлению стехиометрии диоксида кремния в соответствии с химической реакцией

SiOx ^ (x/2)SiO2 + (1-x/2)Si.

Выделившийся кремний преципитирует в виде нанокристаллов.

Имплантация ионов P+ в интервале доз 10131016 см-2 и энергией 100 кэВ осуществлялась в исходные пленки SiO, то есть до термостимулированного формирования

нанокристаллов. Последующий отжиг проводился при температуре 1000° С в атмосфере азота в течение двух часов. Введение водорода осуществлялось в образцы с уже сформированными в результате отжига при 1000° С (2 ч.) НК Si и производилось двумя способами: 1) имплантация ионов H+ с дозами 1013-1016 см-2 и энергией 8 кэВ с последующим двухчасовым отжигом при 400° С в инертной атмосфере; 2) отжиг в молекулярном водороде (при давлении 1 атм.) в течение 2 часов при температурах 400 и 500° С. Энергии ионов фосфора и водорода подбирались таковыми, чтобы получить примерное совпадение профилей их распределения. Расчеты по программе TRIM при данных энергиях ионов и фиксированной дозе показали примерное равенство концентраций примесных атомов в максимумах распределений.

Многослойные нанопериодические

структуры (МНС) a-SiO/Al2O3 формировались на модернизированной вакуумной установке ВУ-1А методом электроннолучевого испарения на кремниевых подложках. Число периодов

равнялось 9. Толщина пленок БЮ составляли 6 нм, а пленок А1203 - 3 нм, и контролировались методом, описанным в [5]. Формирование структур, состоящих из слоев БЮ2 с НК Б1, отделенных друг от друга диэлектрическими слоями А1203, проходило в результате отжига при 1100° С в течение 2 часов в потоке осушенного азота. Легирование данной системы осуществлялось путем отжига в водородосодержащей атмосфере в условиях, аналогичных для системы БЮ2 с НК Б1.

Инфракрасная Фурье-спектроскопия на пропускание проводилась на спектральном комплексе РТБ-7000 (Б1§1ЬаЬ) со спектральным разрешением 8 см-1. Для увеличения отношения «сигнал-шум» применялось накопление сигнала. Спектры измерялись при комнатной температуре.

Измерения ФЛ в диапазоне 350-1000 нм были выполнены при комнатной температуре при возбуждениях импульсным азотным лазером на длине волны 337 нм и аргоновым лазером на длине волны 488 нм.

Результаты и обсуждение

Рассмотрим сначала спектры ФЛ исходных и отожженных структур. Как видно из рис.1, исходные пленки БЮ* и многослойные нанопериодические структуры а-БЮ/А1203 характеризуются наличием широкой полосы ФЛ в области 400-800 нм и 400-700 нм, соответственно. Основываясь на литературных данных [6-8], эту ФЛ можно связать с излучением кислородо-дефицитных дефектных центров, а именно, с нейтральными кислородными ди- и моновакансиями [7], немостиковыми атомами кислорода [6] в пленке БЮ*, а также с ^-центрами в А1203 [8]. Высокотемпературный отжиг приводит к частичному или полному гашению дефектной ФЛ и появлению полосы в области 700-900 нм. Люминесценция в этой области характерна для

Рис. 1. Спектры ФЛ до и после отжигов при температурах 1000 и 1100° С пленок БЮ* (а) и МНС а-8Ю/А1203 (б)

межзонной излучательной рекомбинации электронно-дырочных пар в нанокристаллах с участием фононов или локальных колебаний, сохраняющих импульс носителей [9,10].

Как следует из рис.1а, с ростом температуры отжига пленок БЮ* от 1000 до 1100° С наблюдается повышение интенсивности ФЛ при 700-900 нм со сдвигом пика в коротковолновую область, а также усиление полосы ФЛ в области 450 нм.

Высокая температура отжига способствует более полному разделению фаз и БЮ2 в пленке БЮ*, приводит к увеличению скорости зародышеобразования (т.е. к росту числа НК) и повышению качества границы раздела НК/матрица [11]. Концентрация оборванных связей кремния - центров БР - уменьшается, в результате чего интенсивность ФЛ повышается. В то же время большая скорость зародышеобразования при температуре 1100° С приводит к формированию НК меньшего размера по сравнению с отжигом 1000° С при условии равной концентрации избыточного кремния. В результате этого максимум ФЛ претерпевает синий сдвиг, что и наблюдается на спектрах рис.1а. Усиление ФЛ в области 400500 нм при 1100° С, по-видимому, связано с наличием дефектных оболочек БЮ*, окружающих НК [12].

В случае МНС изменения спектра ФЛ в результате отжига при 1100° С имеют подобный характер, но соотношение интенсивностей коротковолновой и длинноволновой полос здесь иное - первая выражена сильнее по сравнению со второй. Вероятно, это связано с различием влияния механических напряжений в однослойной и многослойной системах, а также приближением характера диффузии атомов кремния при фазовом разделении в ультратонких БЮ* слоях, входящих в МНС, от трехмерного к двухмерному, что снижает скорость разделения.

Процесс фазового разделения БЮ* на кремний и диоксид кремния при отжиге подтверждается данными по инфракрасной Фурье-спектроскопии. На рис. 2 приведены спектры ИК-пропускания БЮ* как до отжига, так и после отжига при 1000 и 1100° С. Полосы поглощения при 609 и 1107 см-1 происходят от подложки кремния (рис.2, кривая 1). Анализ литературных данных позволил связать поглощение при 609 см-1 с примесью углерода в позиции замещения, а полосу при 1107 см-1 - с междоузельным кислородом, содержащихся в исходном кремнии (подложке), выращенном

методом Чохральского [13].

Высокотемпературный отжиг (вплоть до 1100° С) не влияет ни на интенсивность, ни на положение этих пиков.

Для пленки БЮХ, как исходной, так и отожженной, в области 1000-1100 см-1 наблюдаются полосы поглощения, характерные для несимметричных валентных колебаний растяжения Б1-0-Б1 связей [14,15]. Относительно слабый и несимметричный пик поглощения 1010 см-1, имеющий место в исходной пленке, после отжига при 1000° С усиливается и сдвигается в сторону большего волнового числа.

( 51

400 600 300 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

Волновое число, см'1

Рис. 2. ИК-пропускание пленок БЮ* до и после отжига при 1000 и 1100° С

Повышение температуры отжига до 1100° С приводит к увеличению его интенсивности. Кроме того, форма этой полосы становится более симметричной. Положение моды несимметричных колебаний Б1-0-Б1 связей в пленке БЮ* зависит от стехиометрии *. Основываясь на различных экспериментальных данных, авторы [14] получили приближенную зависимость между частотой поглощения и составом * (для * = = 1^2): ю = 900 + 90* (см-1). Сдвиг основного пика в синюю область в наших образцах с ростом температуры отжига свидетельствует о фазовом разделении БЮ* в соответствии с реакцией: 2БЮ* ® *БЮ2 + (2-*)Б1 [16]. Кроме того, высокотемпературная обработка пленок БЮ* приводит к появлению полосы поглощения в области 460-465 см-1 и ее интенсивность повышается с ростом температуры отжига. Пик поглощения при ~ 460 см-1 типичен для пленок БЮ2 и приписывается моде качания Б1-0-Б1 связей [15]. Таким образом, из анализа спектров пропускания можно сделать вывод, что по мере

510 I 31

5Ю(в нм) І АІ.С^ (3 нм)

ш

Е

о

с

Є

£

и

О

X

ш

X

и

X

е

■'а =48вим 1-ИСЇ. 510 ("И

г.юоо "с

■ /г4 1 1-110С“С

Л 4-1(НИГС * 400 "С в Ні1

- п \ 5-1МЮ°С + 500 "С в Н;

/ 3

1

о

Е

о

сТ

е

и

о

X

о

=

о

X

£

і. =463 им ті'.. , (б)

2. 1 - 1100 с

- /ТДь г - ноо^с *4во "с в н;

У^/з 3 - иоп’с * ЯЮ^С вН:

700 зоо оос юоо Длина волны,нм

1100

700 800 400 1000

Длина волны, нм

1100

Рис. 3. Влияние отжига в атмосфере водорода при температурах 400 и 500° С на ФЛ пленок БЮ*, предварительно отожженных при 1000° С в инертной атмосфере (а) и МНС а-8Ю/А1203, отожженных при 1100° С (б)

700 Є0С 900

Длина вопны,ни

Рис. 4. Влияние ионного легирования системы БЮ2 с НЛ БІ на спектр ФЛ фосфором (а), водородом (б), фосфором и водородом (в). Режимы легирования указаны над спектрами, доза ионов — справа от спектра. Для наглядности спектры при разных дозах разнесены по вертикали

повышения температуры отжига пленок БЮ* происходит восстановление стехиометрии до БЮ2, а выделившийся при этом избыточный кремний преципитирует в НК Б1. Это хорошо согласуется с появлением ФЛ в районе 700900 нм, обсужденной выше (рис. 1).

Рассмотрим теперь влияние введения примесей на эффективность ФЛ наноструктур. Для легирования водородом были выбраны

пленки БЮ*, предварительно отожженные при температуре 1000° С (не оптимальной с точки зрения интенсивности ФЛ, т.е. в силу неполной пассивации границ раздела НК, содержащих большое количество оборванных связей) и МНС БЮ/А1203, отожженные при 1100° С. Имплантация ионов фосфора осуществлялась в исходные однослойные пленки БЮ* (до

формирования НК Бі), с последующим отжигом при 1000° С.

На рис. 3. приведены спектры ФЛ образцов до и после отжига в водородосодержащей атмосфере при 400 °С и 500 °С. Измерения проводились при возбуждении аргоновым лазером на длине волны 488 нм. Видно, что дополнительный отжиг в водороде ведет к усилению ФЛ от НК Бі как в однослойных (~ в 5 раз), так и в многослойных (~ в 1,5 раза) структурах [16]. Увеличение интенсивности излучения обусловлено пассивацией водородом оборванных связей, являющихся дефектами БР, на поверхности НК [17, 18]. Кроме того, можно заметить красный сдвиг спектра ФЛ (~ 50 нм) в структурах Бі02 с НК Бі (рис. 3а). Смещение максимума излучения обусловлено

преимущественным увеличением (после отжига в водороде) интенсивности ФЛ от НК Бі большего размера, поскольку такие кристаллы, в силу большей площади поверхности, до отжига в водороде содержали большее количество дефектов. В этом случае пассивация водородом приводит к более сильному увеличению интенсивности в длинноволновой области от больших НК интенсивностью ФЛ в области от НК меньшего размера [18]. Для МНС а-БЮ/Л1203, по-видимому, характерен меньший разброс по размерам НК, поскольку размер НК Бі ограничивается толщиной слоя БіО [19]. Это приводит к отсутствию красного сдвига спектра ФЛ в таких структурах после отжига в атмосфере водорода (рис. 3б). В то же время степень усиления интенсивности ФЛ после гидрогенизации МНС меньше, чем в однослойной системе, что согласуется с вышесделанным предположением о том, что в силу менее полного распада БіО (т.е. более

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

низкой концентрации НК Бі) резервы Рис. 4. Влияние ионного легирования счет системы Бі02 с НК Бі на спектр ФЛ фосфором (а), водородом (б), фосфором и водородом (в). Режимы легирования указаны над спектрами, доза ионов -справа от спектра. Для наглядностб спектры при разных дозах разнесены по вертикали

уве

пас

і

пос

сла

700

для

необходимой для формирования

люминесцирующих НК Бі. Температура 1100° С слишком высока для стандартной технологии интегральных схем, так как приводит к сильному диффузионному размытию профилей легирующих примесей. Не исключено дальнейшее понижение необходимой температуры отжига при формировании НК Бі в случае последующего отжига в водороде.

На рис.4. приведены спектры ФЛ образцов Бі02 с НК Бі, ионно-легированных фосфором (а), водородом (б), а также совместно фосфором и водородом (в). После имплантации только ионов фосфора имеет место усиление люминесценции. Максимальная интенсивность излучения, троекратно превосходящая интенсивность нелегированных НК, достигается при дозе фосфора 1 • 1016 см-2 (рис.5). Такое поведение согласуется с ранее полученными результатами для ионно-синтезированных структур Бі02 с НК Бі [20].

по сравнению с коротковолновой

тура вале асти и Бі

что

доп ит к

СуЩест------- ому усхх^хех хх ххо ххвахххово рмзмерНСИ

ФЛ в области 700-900 нм, превосходящей по своеИ интенсивности ФЛ для случая формирования НК при 1100° С без отжига в водороде (рис. 3). Это важно, поскольку становится возможным снижение температуры,

Доза примеси,см'

Рис. 5. Зависимость интенсивности ФЛ в области 800 нм ионно-легированных образцов Бі02 с НК Бі от дозы примеси

Один из механизмов усиления ФЛ заключается в пассивации фосфором оборванных связей (центров БР) на границе раздела НК/матрица [21], которая «перекрывает» канал безызлучательной рекомбинации. Другим возможным

механизмом, теоретически показанном для ионно-синтезированных систем Бі02 с НК Бі [22], является чисто квантовый эффект, заключающийся в том, что ионный остов донора притягивает к себе электроны, тем самым уменьшая эффективный размер КТ и увеличивая зависящую от него вероятность излучательной рекомбинации. Кроме того, поскольку фосфор вводится до формирования

НК, то он способен выступать в качестве центров гетерогенного зарождения НК [23]. Это, в свою очередь, должно увеличивать концентрацию НК, а их средний размер должен уменьшаться, при условии фиксированной концентрации избыточного кремния. Поскольку ФЛ при 750-800 нм обусловлена переходами между уровнями размерного квантования в НК Б1, то с изменением размера НК должен происходить сдвиг спектра. На рис.4а небольшой синий сдвиг наблюдается в области доз фосфора 1013-1014 см-2, что может быть объяснено участием примеси в ускорении зародышеобразования НК Б1.

Неожиданные результаты были получены при ионном легировании НК в БЮ2 водородом. В отличие от случая отжига в атмосфере водорода, где наблюдается пятикратное увеличение интенсивности ФЛ (рис. 3 а), имплантированный водород с

последующим отжигом при 400°С в инертной атмосфере приводит к ослаблению ФЛ от НК (рис. 4б, рис. 5). Полное гашение ФЛ

наблюдается при максимальных дозах 1015-1016 см-2. При совместной имплантации, когда ионы водорода внедрялись в образцы с легированными фосфором НК Б1, эффект гашения ФЛ водородом при максимальных дозах доминирует над усилением ФЛ фосфором (рис. 4в и рис. 5). Лишь при минимальной дозе водорода и фосфора наблюдается небольшой рост интенсивности люминесценции (рис. 5).

В качестве возможных причин снижения интенсивности ФЛ нанокристаллов вплоть до полного ее исчезновения при имплантации ионов Н можно выделить следующие. Во-первых, радиационные повреждения, вносимые при облучении. Отжиг при 400°С недостаточен для восстановления люминесценции, а при более высоких температурах возможен выход водорода из образцов [17]. Кроме того, при облучении возможно выбивание из химического соединения (БЮ2) кислорода, который, вступая в связь с ионами водорода, образует гидроксильные ОН-группы. Известно, что в лазерных фосфатных стеклах такие группы являются эффективными каналами безызлучательной релаксации электронных возбуждений [24]. Аналогичный эффект можно ожидать и в структурах БЮ2 с НК Б1. С ростом дозы ионов водорода увеличивается концентрация ОН-групп, что приводит к полному гашению ФЛ нанокристаллов в БЮ2.

Следует отметить, что при ионном легировании водородом структур БЮ2 с НК Б1, полученных путем ионно-лучевого синтеза [3],

наблюдалось усиление ФЛ. Причина такого различия пока не ясна. Не исключено, что в напыленных слоях SiO содержится молекулярный кислород или молекулы H2O, которые диссоциируют в процессе ионного облучения, а это способствует формированию групп OH.

Выводы

Исследовано влияние дополнительного отжига в водородосодержащей атмосфере на интенсивность однослойных структур SiO и многослойных нанопериодических структур a-SiO/Al2O3, предварительно отожженных при 1000 и 1100°С, соответственно, а также влияние ионной имплантации примесями фосфора и водорода в широком интервале доз на люминесценцию НК Si в SiO2. Установлено, что отжиг в водороде является эффективным способом усиления фотолюминесценции НК Si в результате пассивации оборванных связей на границе раздела НК/матрица. Показано, что ионная имплантация фосфора приводит к увеличению, а водорода - к уменьшению интенсивности ФЛ. Основными механизмами усиления при легировании фосфором является пассивация оборванных связей и увеличение вероятности излучательной рекомбинации в присутствии донора в НК. Гашение ФЛ при легировании водородом, по-видимому, связано с образованием радиационных дефектов и/или формированием гидроксильных OH-групп, являющихся «губителями» люминесценции. Однако для окончательного установления механизма отрицательного влияния

имплантированного водорода необходимы дополнительные исследования.

Работа выполнена при поддержке грантов Минобрнауки РФ (РНП.2.1.1 4022), CRDF BRHE (REC-001, Y2-P-01-09), РФФИ (05-02-16762).

Список литературы

1. Kachurin G.A., Cherkova S.G., Volodin V.A. et al. // NIMB. 2004. V. 222. P. 497-504.

2. Тетельбаум Д.И., Горшков О.Н., Бурдов В. А. и др. // ФТТ. 2004. Т. 46. B. I. C. 21-25.

3. Tetelbaum D.I., Trushin S.A., Burdov V.A. et al. // Nucl. Instr. Meth. B. 2001. V. 174. P. 123-129.

4. Rinnert H., Vergnat M., Bumeau A. // J. Appl. Phys. 2001. V 89. P. 237-243.

5. Nesheva D., Raptis C, Perakis A. et al. // J. Appl. Phys. 2002. V. 92. № 8. P. 4678-4683.

6. Ziegler J.F., Biersack J.P., Littmark U. // Pergamon Press, New York, 1985.

7. Chuchmai I.A., Khohlov A.F., Ershov A.V. // Phys. Low. Dim. Struct. 2001. V 3. P. 47-52.

8. Zacharias M, Heitmann J., Scholz R. et al. // Appl. Phys. Lett. 2002. V.80. № 4. P. 661-663.

9. Kajihara K., Skuja L., Hirano M., Hosono H. // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 79. № 12. P. 1757-1759.

10. Tohmon R., Mizuno H., Ohki Y. et al. // Phys. Rev.

B. 1989. V. 39. № 2. P. 1337-1345.

11. Evans B.D., Pogatshnik G.J., Chen Y. // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 1994. V. 91. P.258-262.

12. Garrido В., Lopez M., Perez-Rodriguez A., et.al. // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 2004. V. 216. P. 213-221.

13. Беляков B.A., Бурдов B.A., Гапонова Д.М. и др. // ФТТ. 2004. Т. 46. № 1. С. 31-34.

14. Garrido Fernandez B., Lopez M., Garcia C, Perez-Rodriguez A. et al. // J. Appl. Phys. 2002. V. 91. № 2. P. 798-807.

15. Daldosso N.. Luppi M., Ossicini S. et al. // Phys. Rev. B. 2003. V. 68. P. 085327.

16. Boyd I. W., Wilson J. I. B. // J. Appl. Phys. 1982. V.53, № 1. P. 4466-4172.

17. Ono H., Ikarashi T., Ando K., et.al. // J. Appl. Phys. 1998. V.84, №11. P.6064-6069.

18. Kirk C.T. // Phys. Rev. B. 1988. V.38. P.1255-1273.

19. Arnoldbik W.M., Tomozeiu N., Hattum E.D. et al. // Phys. Rev. B. 2005. V.71.P. 125329(1)- 125329(7).

20. Wilkinson A.R., Elliman R.G. // Phys. Rev. B. 2003. V.68. P. 155302(l)-l55302(8)

21. Cheylan S., Elliman R.G. //Appl. Phys. Lett. 2001. V.78, № 13. P. 1912-1914.

22. Tetelbaum D.I., Gorshkov O.N., Burdov V.A. et al. // Phys. Sol. State. 2004. V.46. P. 17-21.

23. Fujii M., Mimura A., Hayashi S. et al. // J. Appl. Phys. 2000. V. 87. № 4. P. 1855-1857.

24. Tetelbaum D.I., Burdov V.A., Mikhaylov A.N. et al. // Proc. SPIE 5023, 186 (2002).

25. Качурин Г. А., Яновская С.Г., Журавлев K.C. и др. // ФТП. 2001. Т.35. В. 10.С. 1235-1239.

EFFECT OF PHOSPHORUS AND HYDROGEN DOPING ON THE PHOTOLUMINESCENCE OF SILICON NANOCRYSTALS IN A DIELECTRIC MATRIX

A.I. Belov, A. V. Ershov, D.M. Gaponova, A.N. Mikhailov, AA. Trukhin,

D.A. Laptev, D.I. Tetelbaum

We present the results of studying the effect of phosphorus and hydrogen ion doping, as well as annealing in a hydrogen atmosphere, on photoluminescence (PL) properties of monolayer nanostructures SiO2:nc-Si formed in the process of high-temperature annealing of thin a-SiO films, which were obtained by the molecular-beam deposition on silicon.

The effect of high-temperature posthydrogenation of multilayer system (SiO2:nc-Si)/ Al2O3 prepared by annealing of a-SiO/ Al2O3 nanoperiodic structure is also studied.

The a-SiO/ Al2O3 structure was obtained by the alternation of the thermal (for SiO) and electron beam (for Al2O3) vacuum evaporation. It is shown that phosphorus ion doping of the SiO2:nc-Si structure leads to PL enhancement of 750-800 nm band inherent to silicon nanocrystals, and quenching of this band occurs under ion implantation of hydrogen. Posthydrogenation of both kinds of structures by annealing in hydrogen leads to the passivation of defects on nanocrystal/matrix interfaces and, as a result, enhancement of the nc-Si related PL.

26. Лазерные фосфатные стекла / Под ред. М.Е. Жаботинского. М.: Наука, ^G. ЗЗ2 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.