Введение к работе
Актуальность темы. Исследование люминесцентных свойств структур Si-SiC>2, подвергнутых ионной имплантации, представляет собой актуальную проблему, связанную с потребностью оптоэлектроники в новых материалах, являющихся эффективными источниками излучения и совместимых с современной технологией производства электронных приборов. В качестве одного из таких материалов предлагается использовать полупроводниковые кластеры в матрице диэлектрика, для получения которых используется ионная имплантация (ИИ) с последующим высокотемпературным отжигом.
Одними из наиболее эффективных методов получения информации о
люминесцентных свойствах материала является метод
электролюминесценции (ЭЛ). Метод электролюминесценции позволяет получать информацию о процессах взаимодействия электронов с центрами люминесценции (ЦЛ), а также об особенностях электронной структуры таких центров, что делает его весьма эффективным как для фундаментальных, так и для прикладных задач.
Все вышеперечисленное определяет актуальность и практическую значимость настоящей диссертационной работы, посвященной исследованию электролюминесцентных и зарядовых характеристик структур Si-SiCb, подвергнутых ионной имплантации и последующему высокотемпературному отжигу.
Цель и задачи исследования. Цель данной работы - установление основных закономерностей формирования центров люминесценции в структурах Si-SiC>2 в результате ионной имплантации и при постимплантационном отжиге. Исходя из цели работы, были поставлены следующие задачи:
- изучение спектрального распределения электролюминесценции структур Si-Si02, подвергнутых ионной имплантации аргона, кремния и последовательной имплантации кремния и углерода;
- изучение спектрального распределения электролюминесценции структур
Si-Si02, подвергнутых ионной имплантации аргона, кремния и
последовательной имплантации кремния и углерода и последующему
высокотемпературному отжигу;
изучение зарядовых свойств структур Si-Si02, подвергнутых ионной имплантации аргона, кремния и последовательной имплантации кремния и углерода и последующему высокотемпературному отжигу и получение сведений о зарядовом состоянии центров люминесценции;
разработка модельных представлений о процессах образования центров люминесценции в структурах, подвергнутых ионной имплантации и постимплантационному отжигу, и механизмах их возбуждения.
Научная новизна полученных результатов.
1. Проведено сопоставительное исследование ЭЛ в широком спектральном
диапазоне (250-830 нм) и зарядового состояния структур, подвергнутых
имплантации аргона, кремния и последовательной имплантации кремния и
углерода и последующему высокотемпературному отжигу.
2. Показано, что спектральное распределение электролюминесценции
структур Si-Si02, подвергнутых ионной имплантации аргона, кремния и
последовательной имплантации кремния и углерода, характеризуется
полосами излучения 2,7 эВ и 4,3 эВ независимо от типа имплантируемой
примеси.
Показано, что постимплантационный отжиг приводит к появлению в спектре ЭЛ структур, подвергнутых имплантации кремния, полосы 1,6 эВ, положение максимума которой не зависит от дозы имплантации.
Показано, что постимплантационный отжиг приводит к появлению в спектре ЭЛ структур, подвергнутых последовательной имплантации кремния и углерода, полосы 3,2 эВ.
Изучены кинетики затухания полосы электролюминесценции 2,7 эВ в режиме постоянного тока.
6. Предложена модель, описывающая процесс возбуждения центров люминесценции при протекании тока.
Практическая ценность работы.
Показана возможность создания стабильных центров люминесценции, характеризующихся полосой 2,7 эВ, путем ионной имплантации кремния в окисный слой.
Показана возможность создания стабильных центров люминесценции, характеризующихся полосой 1,6 эВ, путем ионной имплантации кремния в окисный слой и последующим постимплантационным отжигом.
Показано, что совместная имплантация кремния и углерода приводит к появлению широкой полосы ЭЛ, состоящей из полос 2,7 эВ и 3,2 эВ.
Основные положения, выносимые на защиту.
Ионная имплантация в слой SiC>2 приводит, независимо от типа имплантируемой примеси, к образованию центров люминесценции типа двухкоординированного по кислороду кремния, характеризующихся полосами электролюминесценции 2,7 эВ и 4,3 эВ.
Высокотемпературный отжиг структур Si-SiCb, подвергнутых ионной имплантации кремния, приводит к появлению центров люминесценции, характеризующихся полосой ЭЛ 1,6 эВ.
3. Высокотемпературный отжиг структур Si-SiCb, подвергнутых
совместной ионной имплантации кремния и углерода, приводит к появлению
полосы ЭЛ с максимумом 3,2 эВ, связанной с угл еро дсо держащими центрами
люминесценции.
Апробация работы. Материалы работы доложены и обсуждены: на X Международной конференции по физике диэлектриков «Диэлектрики-2004» (г. Санкт-Петербург, 2004), на IV Международной конференции «Фундаментальные Проблемы Оптики - 2006» (г. Санкт-Петербург, 2006).
Публикации: Основные результаты работы изложены в 7 публикациях, в том числе, в 5 статьях и материалах двух конференций.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Общий объем работы 165 страниц, использовано 48 рисунков и 7 таблиц. Список литературы содержит 89 наименований.
