Разработка физико-технологических процессов формирования светоизлучающих структур на основе системы SiO2/Si с квантовыми точками полупроводников A2B6 для систем оптоэлектроники : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель А. Ф. Комаров

Abstract

Объектом исследования являются структуры SIO2/Si, имплантированные высокими дозами ионов II и VI групп Периодической системы элементов и прошедшие пост-имплантационную термообработку. Цель работы - исследовать процессы ионного синтеза нанокристаллов полупроводников А2В6 в слоях диоксида кремния для светодиодных структур, излучающих в видимом диапазоне длин волн. Для исследования распределения внедренных примесей в матрице диоксида кремния, структурно-фазового и химического состава имплантированных слоев SiO2 использованы методы Резерфордовского обратного рассеяния, вторичной ионной масс-спектрометрии, комбинационного рассеяния света, атомно-силовой и просвечивающей электронной микроскопии. В результате выполнения НИР установлено, что последовательность проведения первых двух этапов имплантации (сначала цинк, потом селен или наоборот), заметно влияет на концентрацию внедренных примесей; если цинк имплантируется первым, его финальная концентрация в имплантированных слоях после отжигов выше в сравнении с образцами, имплантированными сначала селеном. Кроме того, наличие или отсутствие этапа промежуточного отжига после двойной имплантации Zn и Se также влияет на концентрацию элементов VI Группы в образцах. В условиях «горячей» имплантации формирование нановключений в диоксиде кремния, последовательно имплантированном высокими дозами цинка, селена и серы, происходит уже в процессе имплантации с образованием слоя преципитатов в области глубин до 180 нм. По данным моделирования, эта область соответствует концентрации внедренных примесей от 1×10 21ат/см3 и выше. Термообработка приводит к существенным структурным перестройкам в оксидной матрице. Вблизи поверхности формируется слой крупных фацетированных преципитатов (размером до ≈ 90 нм), в то же время по всей глубине слоя оксида наблюдаются редкие мелкие преципитаты. Характерный контраст (или свечение в темном поле) свидетельствует о кристаллической структуре хотя бы части крупных преципитатов. Проведена идентификация нанопреципитатов методом КРС. Полоса, связанная с рассеянием на продольном оптическом фононе кристаллического ZnSe при ~251-256 см-1 (LO), регистрируется для всех исследуемых образцов. Наиболее сильное рассеяние, связанное с фазой кристаллического ZnSe, наблюдается в случае проведения имплантации в последовательности Se+Zn+S+отжиг. Также для всех исследуемых образцов, кроме образца II-2 (Se+Zn+S+отжиг), зарегистрировано рассеяние от фазы кристаллического ZnS в интервале 338 – 350 см-1. Продемонстрирована принципиальная возможность создания на основе диоксида кремния ионно-синтезированных нанокомпозитов А2В6, излучающих в широкой области спектра от УФ до ближней ИК области, хотя выяснение природы свечения остается нерешенной проблемой.