Diffraction Studies of the Formation of Silicon Nanocrystals in the SiOx/Si Compounds after Carbon Ion Implantation
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2012-4-54-59
Abstract
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.
About the Authors
Y. A. Terekhov
Voronezh State University
Russian Federation
Russian Federation
D. I. Tetelbaum
Physico–Technical Research Institute at the Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod
Russian Federation
Russian Federation
I. E. Zanin
Voronezh State University
Russian Federation
Russian Federation
K. N. Pankov
Voronezh State University
Russian Federation
Russian Federation
D. E. Spirin
Voronezh State University
Russian Federation
Russian Federation
A. N. Mikhaylov
Physico–Technical Research Institute at the Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod
Russian Federation
Russian Federation
A. I. Belov
Physico–Technical Research Institute at the Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod
Russian Federation
Russian Federation
A. V. Ershov
Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod
Russian Federation
Russian Federation
References
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.
Review
For citations:
Terekhov Y.A., Tetelbaum D.I., Zanin I.E., Pankov K.N., Spirin D.E., Mikhaylov A.N., Belov A.I., Ershov A.V. Diffraction Studies of the Formation of Silicon Nanocrystals in the SiOx/Si Compounds after Carbon Ion Implantation. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2012;(4):54-59. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2012-4-54-59
Views:
870
Email this article 