mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2014-4-252-256mateltech-179Research ArticleМатериаловедение и технология. ПолупроводникиMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. SEMICONDUCTORSРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРОВ ДИСЛОКАЦИОННОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ D1 В КРЕМНИИ, ПОДВЕРГНУТОМ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНОВ Si+, И МОДЕЛЬ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИDistribution of D1 Dislocation Luminescence Centers in Si+–Implanted Silicon and the Photoluminescence ModelНагорныхС. Н.NagornykhS. N.

доцент, к.ф.−м.н.

Associate Professor, Cand. Sci. (Phys.–Math.)

algoritm@sandy.ruПавленковВ. И.PavlenkovV. I.

зам. декана, к.ф.−м.н.

Deputy Dean, Cand. Sci. (Phys.–Math.)

pavlenkov.arz@rambler.ruТетельбаумД. И.TetelbaumD. I.

ведущий научный сотрудник, д.ф.−м.н.

Leading Researcher, Dr. Sci. (Phys.– Math.)

tetelbaum@phys.unn.ruМихайловА. Н.MikhailovA. N.

зав. лабораторией, к.ф.−м.н.

Head of Laboratory, Cand. Sci. (Phys.–Math.)

mian@nifti.unn.ruБеловА. И.BelovA. I.

научный сотрудник, к.ф.−м.н.

Researcher, Cand. Sci. (Phys.–Math.)

belov@nifti.unn.ruКоролевД. С.KorolevD. S.

ассистент, аспирант

Assistant, Postgraduate Student

dmkorolev@mail.ruШушуновА. Н.ShushunovA. N.

младший научный сотрудник

Junior Researcher

anshu@nifti.unn.ruБобровА. И.BobrovA. I.

инженер, аспирант

Engineer, Postgraduate Student

bobrov@phys.unn.ruПавловД. А.PavlovD. A.

зав. кафедрой, д.ф.−м.н.

Head of Department, Dr. Sci. (Phys.–Math.)

pavlov@unn.ruШекЕ. И.ShekE. I.

старший научный сотрудник, к.ф.−м.н.

Senior Researcher, Cand. Sci. (Phys.–Math.)

shek@pop.ioffe.rssi.ruНижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, ул. Минина, д. 24, Нижний Новгород, 603950, РоссияРоссияR.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University, 24 Minina Str., Nizhny Novgorod 603950, RussiaRussian FederationАрзамасский филиал Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского, ул. К. Маркса, д. 36, г. Арзамас, Нижегородская область, 607220, РоссияРоссияArzamas Branch of the N. I. Lobachevsky Nizhny Novgorod State University, 36 K. Marx Str., Arzamas, Nizhny Novgorod Region 607220, RussiaRussian FederationНаучно−исследовательский физико−технический институт Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского, просп. Гагарина, д. 23, корп. 3, Нижний Новгород, 603950, РоссияРоссияPhysical and Technical Research Institute at the N.I. Lobachevsky Nizhny Novgorod State University, 23 Bldg 3, Gagarina Ave., Nizhny Novgorod 603950, RussiaRussian FederationФизико−технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук, Политехническая ул., д. 26, 194021, Санкт−Петербург, РоссияРоссияA.F. Ioffe Physical–Technical Institute of the Russian Academy of Sciences, 26 Politekhnicheskaya Str., St. Petersburg 194021, RussiaRussian Federation20140806201604252256Copyright © Нагорных С.Н., Павленков В.И., Тетельбаум Д.И., Михайлов А.Н., Белов А.И., Королев Д.С., Шушунов А.Н., Бобров А.И., Павлов Д.А., Шек Е.И., 20162016Нагорных С.Н., Павленков В.И., Тетельбаум Д.И., Михайлов А.Н., Белов А.И., Королев Д.С., Шушунов А.Н., Бобров А.И., Павлов Д.А., Шек Е.И.Nagornykh S.N., Pavlenkov V.I., Tetelbaum D.I., Mikhailov A.N., Belov A.I., Korolev D.S., Shushunov A.N., Bobrov A.I., Pavlov D.A., Shek E.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/179

Путем последовательного удаления слоев с кремния, в котором наблюдается дислокационная фотолюминесценция после ионной имплантации Si+ (100 кэВ, 1 · 1015 см−2) с последующим высокотемпературным отжигом в хлорсодержащей атмосфере, установлено, что основная доля центров дислокационной люминесценции при ~1,5 мкм (линия D1) сосредоточена в области пробегов ионов Si+. Методом электронной микроскопии поперечного среза показано, что введенные имплантационной обработкой (имплантация и последующий отжиг) дислокации проникают до глубин ~1 мкм. Предложена феноменологическая модель дислокационной фотолюминесценции для линии D1, базирующаяся на предположении, что за эту линию ответственны расположенные в атмосферах дислокаций К−центры и модифицированные А−центры. Температурная зависимость интенсивности линии D1, рассчитанная на основе модели, описывает экспериментальные данные. 

Using step−by−step removal of silicon layers, in which dislocation−related photoluminescence is observed after Si+ (100 keV, 1 ·1015 cm−2) ion implantation followed by high−temperature annealing in a chlorine−containing atmosphere, it has been found that a majority of dislocation−related centers of luminescence at ~ 1,5 μm (D1 line) is localized at the depths of Si+ ion ranges. Cross−sectional electron microscopy shows that the dislocations introduced by the implantation treatment (implantation plus annealing) penetrate to depths of ~ 1μm. A phenomenological model of the D1−line dislocation−related luminescence is developed based on the assumption that the K−centers and modified A−centers located in the atmospheres of dislocations are responsible for this luminescence line. The temperature dependence of luminescence intensity calculated on the basis of the model fits well the experimental data for the D1 line.

кремнийионная имплантациядислокациидислокационная люминесценциямодель фотолюминесценцииsiliconion implantationdislocationsdislocation luminescencephotoluminescence modelReferencesСоболев, Н. А. Инженерия дефектов в имплантационной технологии кремниевых светоизлучающих структур с дислокационной люминесценцией (Обзор) / Н. А. Соболев // ФТП. − 2010. − Т. 44, No 1. − С. 3—25.Sobolev N. A. Defect engineering in the implantation−based technology of silicon light−emitting structures with dislocation−related luminescance (Review). Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov = Semiconductors, 2010, vol. 44, no. 1. pp. 3—25. (In Russ.)Соболев, Н. А. Дислокационная люминесценция, возникающая в монокристаллическом кремнии после имплантации ионов кремния и последующего отжига / Н. А. Соболев, А. М. Емельянов, В. И. Сахаров, И. Т. Серенков, Е. И. Шек, Д. И. Тетельбаум // ФТП. − 2007. − Т. 41, No 5. − С. 555—557.Sobolev N. A., Emel’yanov A. M., Sakharov V. I., Serenkov I. T., Shek E. I., Tetel’baum D. I. Dislocation−related luminescence in single crystal silicon caused by silicon ion implantation and subsequent annealing. Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov = Semiconductors, 2007, vol. 41, no. 5. pp. 555—557. (In Russ.)Соболев, Н. А. Фотолюминесценция в кремнии, имплантированном ионами кремния с аморфизующими дозами/Н. А. Соболев, А. Е. Калядин, Р. Н. Кютт, В. И. Сахаров, И. Т. Серенков, Е. И. Шек, В. В. Афросимов, Д. И. Тетельбаум // ФТП. − 2011. − Т. 45, No 9. − С. 1182—1187.Sobolev N. A., Kalyadin A. E., Kyutt R. N., Sakharov V. I., Serenkov I. T., Shek E. I., Afrosimov V. V., Tetel’baum D. I. Photoluminescence in silicon implanted by silicon ions at amorphizing doses. Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov = Semiconductors, 2011, vol. 45, no. 9. pp. 1182—1187. (In Russ.)Михайлов, А. Н. Влияние ионного легирования на фотолюминесценцию в кремнии, связанную с дислокациями, сформированными путем имплантации ионов Si+ / А. Н. Михайлов, А. И. Белов, Д. С. Королев, А. О. Тимофеева, В. К. Васильев, А. Н. Шушунов, А. И. Бобров, Д. А. Павлов, Д. И. Тетельбаум, Е. И. Шек // ФТП. − 2014. − Т. 48, No 2. − С. 212—216.Mikhailov A. N., Belov A. I., Korolev D. S., Timofeeva A. O., Vasiliev V. K., Shushunov A. N., Bobrov A. I., Pavlov D. A., Tetel’baum D. I., Shek E. I. Effect of ion doping on photoluminescence of silicon originated from dislocations formed by Si+ ion implantation. Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov = Semiconductors, 2014, vol. 48, no. 2, pp. 212—216. (In Russ.)Sobolev, N. A. Luminescent and structural properties of self− implanted silicon layers in relation to their fabrication conditions / N. A. Sobolev, A. E. Kalyadin, E. I. Shek, V. I. Vdovin, D. I. Tetel’baum, L. I. Khirunenko // Solid State Phenomena. − 2011. − V. 178/179. − P. 341—346. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.178−179.341Sobolev N. A., Kalyadin A. E., Shek E. I., Vdovin V. I., Tetel’baum D. I., Khirunenko L. I. Luminescent and structural properties of self−implanted silicon layers in relation to their fabrication conditions. Solid State Phenomena, 2011, vol. 178/179, pp. 341—346. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.178−179.341Осипьян, Ю. А. Электронные свойства дислокаций в полупроводниках / Ю. А. Осипьян. − М. : Эдиториал УРСС, 2000. − 320 с.Osipyan Yu. A. Elektronnye svoistva dislokatsii v poluprovodnikakh [Electronic properties of dislocations in semiconductors]. Moscow: Editorial URSS, 2000. 320 p. (In Russ.)Blumenau, A. T. Dislocation related photoluminescence in silicon / A. T. Blumenau, R. Jones, S. Öberg, P. R. Briddon, T. Frauenheim // Phys. Rev. Lett. − 2001. − V. 87. − P. 187404.Blumenau A. T., Jones R., Öberg S., Briddon P. R., Frauenheim T. Dislocation related photoluminescence in silicon. Phys. Rev. Lett., 2001, vol. 87, pp. 187404.Рейви, К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии / К. Рейви. − М. : Мир, 1984. − 475 с.Reivi K. Defekty i primesi v poluprovodnikovom kremnii [Defects and impurities in semiconductor silicon]. Moscow: Mir, 1984. − 475 p. (In Russ.)Ziegler, J. F. SRIM — The stopping and range of ions in matter (2010) / J. F. Ziegler, M. D. Ziegler, J. P. Biersack // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. − 2010. − V. 268. − P. 1818—1823.Ziegler J. F., Ziegler M. D., Biersack J. P. SRIM − The stopping and range of ions in matter (2010). Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B, 2010, vol. 268, pp. 1818—1823.Соболев, Н. А. Инженерия дефектов в технологии полупроводников / Н. А. Соболев. − М. : Lambert Academic Publishing, 2011. − 252 c.Sobolev N. A. Inzheneriya defektov v tekhnologii poluprovodnikov [Engineering defects in semiconductor technology]. Moscow: Lambert Academic Publishing, 2011. 252 p. (In Russ.)Соболев, Н. А. Кремниевые светодиоды с дислокационной люминесценцией при комнатной температуре, изготовленные имплантацией ионов эрбия и газофазного осаждения поликристаллических слоев кремния, сильно легированных фосфором и бором / Н. А. Соболев, А. М. Емельянов, В. В. Забродский, Н. В. Забродская, В. Л. Суханов, Е. И. Шек // ФТП. − 2007. − Т. 41, No 5. − С. 635—638.Sobolev N. A., Emel’yanov A. M., Zabrodskii V. V., Zabrodskaya N. V., Sukhanov V. L., Shek E. I. Silicon light−emitting diodes with dislocation−related luminescence at room temperature prepared by Erbium ion implantation and gaseous−phase evaporation of polycrystalline silicon layers heavy doped with boron and phosphorus.Долголенко, А. П. Электронные уровни конфигураций дивакансий в кремнии / А. П. Долголенко // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. − 2012. − Вып. 5(81). − C. 13—20.Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov = Semiconductors, 2007, vol. 41, no. 5. pp. 635—638. (In Russ.)Dolgolenko A. P. Electronic configurations of the levels of divacancies in silicon. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Ser. Fizika radiatsionnykh povrezhdenii i radiatsionnoe materialovedenie = Problems of atomic science and technology: Physics of radiation damages and effects in solids. 2012, vol. 5(81), pp. 13—20. (In Russ.)Dolgolenko A. P. Electronic configurations of the levels of divacancies in silicon. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Ser. Fizika radiatsionnykh povrezhdenii i radiatsionnoe materialovedenie = Problems of atomic science and technology: Physics of radiation damages and effects in solids. 2012, vol. 5(81), pp. 13—20. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.