Разработка и исследование ионно-пучкового синтеза нанокристаллитов и дислокаций в кремнии с использованием ионной имплантации и термообработок для систем оптоэлектроники : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель Л. А. Власукова

Abstract

Объектом исследования являются процессы создания нанокластеров А3В5 в кристаллическом кремнии и диоксиде кремния при ионном внедрении ионов третьей и пятой групп Периодической системы элементов с последующей термообработкой. Цель работы - формирование слоев с нанокристаллами А3В5 и оценка влияния ионно-синтезированных нанокристаллов на светоизлучающие свойства кремния. Для анализа образцов использовались методы просвечивающей электронной микроскопии, комбинационного рассеяния света и низкотемпературной фотолюминесценции. В результате проведенной работы изучены микроструктура и фазовый состав имплантированных слоев кремния и диоксида кремния, а также эмиссионные свойства систем «Si + InAs», «SiO2 + InAs», «Si + InSb» и «Si + GaSb». Показано, что из-за высокой степени рассогласования параметров решеток InAs, GaSb и InSb и кремния формирование нанокристаллов А3В5 в кремниевой матрице приводит к появлению механических напряжений, уровень которых можно снизить с помощью постимплантационной термообработки. По сдвигу положения пика кремния в спектрах комбинационного рассеяния света в область низких частот рассчитаны механические напряжения в слое кремния, имплантированном ионами As (170 кэВ, 3,2×1016 см-2) и In (250 кэВ, 2,8×1016 см-2), сразу после имплантации и после отжига (900 ºC, 60 мин). Величина локального давления в слое кремния с нанокристаллами InAs для имплантированного образца до и после отжига составляет минус 487 и минус 330 МПа, соответственно. Проведено сравнение экспериментальных спектров низкотемпературной фотолюминесценции с рассчитанными энергиями переходов «зона - примесные центры» и энергией фотонов, излучаемых донорно-акцепторной парой As (Sb) – In. Показано, что для систем «Si + InAs» и «Si + InSb» основной вклад в люминесценцию при 1,3 мкм (во втором окне прозрачности оптоволокна) вносят эффекты вхождения примесей III и V Групп в узлы кристаллической решетки кремния. В результате становится возможной рекомбинация на примеси индия и донорно-акцепторная рекомбинация InAs и Sb–In, которые и являются основными механизмами свечения в области 1200 – 1500 нм. Вклад нанокристаллов А3В5 в появление данной полосы в спектре люминесценции является незначительным. Полученные результаты по созданию светоизлучающих материалов на основе нанокомпозитов «Si+нанокристаллы A3B5»/Si представляют интерес для создания эффективных источников света в ближней ИК-области на кремнии для систем опто- и наноэлектроники.