mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2012-4-54-59mateltech-65Research ArticleНаноматериалы и нанотехнологииNANOMATERIALS AND NANOTECHNOLOGYДИФРАКЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ В СТРУКТУРАХ SiOx/Si С ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИЕЙ УГЛЕРОДАDiffraction Studies of the Formation of Silicon Nanocrystals in the SiOx/Si Compounds after Carbon Ion ImplantationТереховВ. А.TerekhovY. A.

доктор физ.−мат. наук, профессор, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский Государственный Университет,394006, г. Воронеж, Университетская пл., д. 1

ftt@phys.vsu.ruТетельбаумД. И.TetelbaumD. I.

доктор физ.−мат.наук, профессор, ведущий научный сотрудник, Научно−исследовательский физико−технический институт Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского, г. Н. Новгород, просп. Гагарина, д. 23, корп. 3

tetelbaum@phys.unn.ruЗанинИ. Е.ZaninI. E.

кандидат физ.−мат. наук, доцент, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский Государственный Университет, 394006, г. Воронеж, Университетская пл., д. 1

ftt@phys.vsu.ruПанковК. Н.PankovK. N.

кандидат физ.− мат. наук, младший научный сотрудник, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский Государственный Университет, 394006, г. Воронеж, Университетская пл., д. 1

ftt@phys.vsu.ruСпиринД. Е.SpirinD. E.

аспирант, кафедра физики твердого тела и наноструктур,Воронежский Государственный Университет, 394006, г. Воронеж, Университетская пл., д. 1

ftt@phys.vsu.ruМихайловА. Н.MikhaylovA. N.

кандидат физ.−мат. наук, старший научный сотрудник, Научно−исследовательский физико−технический институт Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского, г. Н. Новгород, просп. Гагарина, д. 23, корп. 3

mian@nifti.unn.ruБеловА. И.BelovA. I.

кандидат физ.−мат. наук, младший научный сотрудник, Научно−исследовательский физико−технический институт Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского, г. Н. Новгород, просп. Гагарина, д. 23, корп. 3

belov@nifti.unn.ruЕршовА. В.ErshovA. V.

кандидат физ.−мат. наук, доцент, Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского, г. Н. Новгород, просп. Гагарина, д. 23, корп. 3

ershov@phys.unn.ruВоронежский государственный университетРоссияVoronezh State UniversityRussian FederationНаучно−исследовательский физико−технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. ЛобачевскогоРоссияPhysico–Technical Research Institute at the Lobachevsky State University of Nizhni NovgorodRussian FederationНижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоРоссияLobachevsky State University of Nizhni NovgorodRussian Federation201215032015045459Copyright © Терехов В.А., Тетельбаум Д.И., Занин И.Е., Панков К.Н., Спирин Д.Е., Михайлов А.Н., Белов А.И., Ершов А.В., 20152015Терехов В.А., Тетельбаум Д.И., Занин И.Е., Панков К.Н., Спирин Д.Е., Михайлов А.Н., Белов А.И., Ершов А.В.Terekhov Y.A., Tetelbaum D.I., Zanin I.E., Pankov K.N., Spirin D.E., Mikhaylov A.N., Belov A.I., Ershov A.V.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/65

В пленки, нанесенные на подложки кремния с ориентацией (111) и (100) путем термического распыления порошка SiO, проведена имплантация углерода с дозами от 6 · 1016 до 1,2 · 1017 см−2 с последующим отжигом в азоте при 1100 oС. С помощью дифракционных исследований этих структур подтверждено появление преимущественной ориентации нанокристаллов кремния в процессе высокотемпературного термического отжига, обусловленной ориентацией подложки. Обнаружено существование в диэлектрической матрице двух массивов нанокристаллов кремния: одного — с меньшим средним размером (области когерентного рассеяния — ОКР) 5—10 нм и параметром решетки, близким к параметрам кристаллического кремния, и второго — с большим размером (ОКР) 50—100 нм и увеличенным параметром решетки. Выявлены дозы имплантации углерода, при которых не образуются нанокристаллы крупных размеров (>50 нм). В случае подложки с ориентацией (111) такая доза составляет 6 · 1016 см−2, а для подложки (100) ~ 9 · 1016см−2.

The films have been deposited on the silicon subtracts with the (111) and (100) orientations by thermal evaporation of SiO powder and carbon implanted with doses of 6 · 1016 to 1,2 · 1017 cm−2 followed by annealing in nitrogen at 1100 oC. Diffraction studies of these structures confirm the occurrence of a preferred orientation in the nanocrystals during high temperature thermal annealing, controlled by the substrate orientation. It was possible to detect the existence of two arrays of silicon nanocrystals in the dielectric matrix, with one having a smaller average size of 5—10 nm and a lattice parameter close to that of crystalline silicon, and the other one having a large size of 50—100 nm and a greater lattice parameter. We have estimated the carbon implantation doses for which the large size nanocrystals (> 50 nm) do not form. This dose is 6 · 1016 cm−2 for the (111) substrates and 9 · 1016 cm−2 for the (100) ones.

нанокристаллы кремниядиэлектрическая матрицарентгенодифракционный методпросвечивающая электронная микроскопияsilicon nanocrystaldielectric matrixX−ray diffraction methodelectron microscopyReferencesInokuma, T. Optical properties of Si clusters and Si nanocrystallites in high−temperature annealed SiOx films / T. Inokuma, Y. Wakayama, T. Muramoto, R. Aoki, Y. Kurata, S. Hasegawa // J. Appl. Phys. − 1998. − V. 83. − P. 2228.Inokuma, T. Optical properties of Si clusters and Si nanocrystallites in high−temperature annealed SiOx films / T. Inokuma, Y. Wakayama, T. Muramoto, R. Aoki, Y. Kurata, S. Hasegawa // J. Appl. Phys. − 1998. − V. 83. − P. 2228.Yi, L. X. Si rings, Si clusters, and Si nanocrystals – different states of ultrathin SiOx layers / L. X. Yi, J. Heitmann, R. Scholz, M. Zacharias // Ibid. − 2002. − V. 81. − P. 4248.Yi, L. X. Si rings, Si clusters, and Si nanocrystals – different states of ultrathin SiOx layers / L. X. Yi, J. Heitmann, R. Scholz, M. Zacharias // Ibid. − 2002. − V. 81. − P. 4248.Sato, K. Nucleation and growth of nanocrystalline silicon studied by TEM, XPS and ESR / K. Sato, T. Izumi, M. Iwase, Y. Show, H. Morisaki, T. Yaguchi, T. Kamino // Appl. Surf. Sci. − 2003. − V. 216. − P. 376.Sato, K. Nucleation and growth of nanocrystalline silicon studied by TEM, XPS and ESR / K. Sato, T. Izumi, M. Iwase, Y. Show, H. Morisaki, T. Yaguchi, T. Kamino // Appl. Surf. Sci. − 2003. − V. 216. − P. 376.Белов, А.И. Влияние легирования фосфором и водородом на фотолюминесценцию нанокристаллов кремния в диэлектрической матрице / А. И. Белов, А. В. Ершов, Д. М. Гапонова, А. Н. Михайлов, А. А. Трухин, Д. А. Лаптев, Д. И. Тетельбаум // Вестн. ННГУ. Сер. ФТТ. − 2007. − № 1. − С. 33.Белов, А.И. Влияние легирования фосфором и водородом на фотолюминесценцию нанокристаллов кремния в диэлектрической матрице / А. И. Белов, А. В. Ершов, Д. М. Гапонова, А. Н. Михайлов, А. А. Трухин, Д. А. Лаптев, Д. И. Тетельбаум // Вестн. ННГУ. Сер. ФТТ. − 2007. − № 1. − С. 33.Ledoux, G. Photoluminescence of size−separated silicon nanocrystals: confirmation of quantum confinement / G. Ledoux, J. Gong, F. Huisken, O. Guillois, C. Reynaud // Appl. Phys. Lett. − 2002. − V. 80. − P. 4834.Ledoux, G. Photoluminescence of size−separated silicon nanocrystals: confirmation of quantum confinement / G. Ledoux, J. Gong, F. Huisken, O. Guillois, C. Reynaud // Appl. Phys. Lett. − 2002. − V. 80. − P. 4834.Терехов, В. А. Синхротронные исследования особенностей электронной и атомной структуры поверхностных слоев пленок оксида кремния, содержащих нанокристаллы кремния / В. А. Терехов, С. Ю. Турищев, К. Н. Панков, И. Е. Занин, Э. П. Домашевская, Д. И. Тетельбаум, А. Н. Михайлов, А. И. Белов, Д. Е. Николичев // Поверхность. − 2011. − № 10. − С. 46—55.Терехов, В. А. Синхротронные исследования особенностей электронной и атомной структуры поверхностных слоев пленок оксида кремния, содержащих нанокристаллы кремния / В. А. Терехов, С. Ю. Турищев, К. Н. Панков, И. Е. Занин, Э. П. Домашевская, Д. И. Тетельбаум, А. Н. Михайлов, А. И. Белов, Д. Е. Николичев // Поверхность. − 2011. − № 10. − С. 46—55.Белов, А. И. Формирование и белая фотолюминесценция нанокластеров в пленках SiOx, имплантированных ионами углерода / А. И. Белов, А. Н. Михайлов, Д. Е. Николичев, А. В. Боряков, А. П. Сидорин, А. П. Грачев, А. В. Ершов, Д. И. Тетельбаум // ФТП. − 2010. − Т. 44. − Вып. 11.Белов, А. И. Формирование и белая фотолюминесценция нанокластеров в пленках SiOx, имплантированных ионами углерода / А. И. Белов, А. Н. Михайлов, Д. Е. Николичев, А. В. Боряков, А. П. Сидорин, А. П. Грачев, А. В. Ершов, Д. И. Тетельбаум // ФТП. − 2010. − Т. 44. − Вып. 11.Курлов, А. С. Определение размера частиц, микронапряжений и степени негомогенности в наноструктурированных веществах методом рентгеновской дифракции / А. С. Курлов, А. И. Гусев // Физика и химия стекла. − 2007. − Т. 33, № 3. − С. 383—392.Курлов, А. С. Определение размера частиц, микронапряжений и степени негомогенности в наноструктурированных веществах методом рентгеновской дифракции / А. С. Курлов, А. И. Гусев // Физика и химия стекла. − 2007. − Т. 33, № 3. − С. 383—392.Тогицкий, И. Э. Кристаллизация и термообработка тонких пленок / И. Э. Тогицкий. − Минск : Наука и техника, 1976. − С. 198—199.Тогицкий, И. Э. Кристаллизация и термообработка тонких пленок / И. Э. Тогицкий. − Минск : Наука и техника, 1976. − С. 198—199.

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