ДИФРАКЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ В СТРУКТУРАХ SiOx/Si С ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИЕЙ УГЛЕРОДА

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Тогицкий, И. Э. Кристаллизация и термообработка тонких пленок / И. Э. Тогицкий. − Минск : Наука и техника, 1976. − С. 198—199.