Вплив олова на структурнi перетворення тонкоплiвкової субоксидної матрицi кремнiю
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe61.11.0980Ключові слова:
кристалiзацiя, аморфний кремнiй, олово, кристалiти кремнiю нанорозмiрiвАнотація
Дослiджено процеси кристалiзацiї аморфного кремнiю (a-Si) в субоксиднiй матрицi a-SiOxSn. Показано, що температура, при якiй починається процес кристалiзацiї, тим нижча, чим бiльше олова мiститься в a-SiOxSn плiвках. Для зразкiв з максимум олова (2% до об’єму SiOx) кристалiзацiя починається при температурi 500 ∘C, для зразкiв з середнiм значенням олова (1%) температура кристалiзацiї становить 800 ∘C i для зразкiв з мiнiмум олова (0,5%), процес кристалiзацiї a-Si починається при 1000 ∘C. З iншого боку, показано, що олово не впливає на процеси роздiлення фаз a-Si та SiO2 у дослiджуваних зразках в процесi вiдпалiв. З розрахункiв встановлено, що у a-SiOxSn плiвках з високим вмiстом олова (1 та 2%) в процесi кристалiзацiї a-Si формуються кристалiти кремнiю значно менших розмiрiв (d ≈ 5–7 нм) порiвняно iз нелегованими оловом зразками (d ≥ 10 нм). Запропоновано метало-iндукований механiзм кристалiзацiї а-Si, який передбачає наявнiсть металiчних кластерiв олова в SiOx, якi створюють умови для бiльш раннього переходу аморфної фази кремнiю в кристалiчну. Враховуючи експериментальнi данi, ми припускаємо, що у нашому випадку необхiдною умовою для початку кристалiзацiї а-Si є наявнiсть металiчних скупчень олова в SiOx, i має мiсце метало-iндукований механiзм кристалiзацiї.
Посилання
L.T. Canham. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers. Appl. Phys. Lett. 57(10), 1046 (1990) https://doi.org/10.1063/1.103561
G. Franzo, A. Irrera, E.C. Moreira, M. Miritello, F. Iacona, D. Sanfilippo, G. Di Stefano, P.G. Fallica, F. Priolo. Electroluminescence of silicon nanocrystals in MOS structures. Appl. Phys. A 74, 1 (2002) https://doi.org/10.1007/s003390101019
M.E. Castagna, S. Coffa, M. Monaco, L. Caristia, A. Messina, R. Mangano, C. Bongiorno. Si-based materials and devices for light emission in silicon. Physica E 16, 547 (2003) https://doi.org/10.1016/S1386-9477(02)00644-6
I.P. Lisovskyy, I.Z. Indutnyy, V.G. Litovchenko, B.M. Gnennyy, P.M. Lytvyn, D.O. Mazunov, O.S. Oberemok, N.V. Sopinskyy, P.E. Shepeliavyi. Thermostimulated structural transformations in vacuum-evaporated SiO films. Ukr. J. Phys. 48(3), 250 (2003).
A. Szekeres, T. Nikolova, A. Paneva et al. Silicon nanoparticles in thermally annealed thin silicon monoxide films. Mater. Sci. Eng. B 124–125, 504 (2005) https://doi.org/10.1016/j.mseb.2005.08.124
S. Hayashi, T. Nagareda, Y. Kanazawa, K. Yamamoto. Photoluminescence of Si-rich SiO2 films: Si clusters as luminescent centers. Jpn. J. Appl. Phys. 32, 3840 (1993) https://doi.org/10.1143/JJAP.32.3840
M. Zacharias, J. Heitmann, R. Scholz et al. Size–controlled highly luminescent silicon nanocrystals: A SiO/SiO2 superlattice approach. Appl. Phys. Lett. 80, 661 (2002) https://doi.org/10.1063/1.1433906
V.V. Voitovich , V.B. Neimash, N.N.Krasko et al. Influence of Sn impurity on optical and structural properties of thin silicon films. Fiz. Tekh. Poluprovodn. 45, 1331 (2011).
R.M. Rudenko, V.V. Voitovych, N.N. Krasko et al. Influence of high-temperature annealing on the structure and the intrinsic absorption edge of thin-film silicon doped with tin. Ukr. Fiz. Zh. 58, 770 (2013).
R.M. Rudenko, M.M. Krasko, V.V. Voitovych et al. Behavior of hydrogen during crystallization of thin silicon films doped with tin. Ukr. Fiz. Zh. 58, 1166 (2013).
V.V. Voitovich, R.N. Rudenko, A.G. Kolosyuk et al. Influence of tin on the processes of silicon nano-crystal formation in thin films of amorphous matrix SiO??. Fiz. Tekh. Poluprovodn. 48, 77 (2014).
A.A. Sirenko, J.R. Fox, L.A. Akimov, X.X. Xi, S. Ruvimov, Z. Liliental-Weber. In situ Raman scattering studies of the amorphous and crystalline Si nanoparticles. Solid State Commun. 113, 553 (2000) https://doi.org/10.1016/S0038-1098(99)00539-6
H. Richter, Z.P. Wang, L. Ley. The one phonon Raman spectrum in microcrystalline silicon. Solid State Commun. 39, 625 (1981) [DOI: 10.1016/0038-1098(81)90337-9
H. Campbell, P.M. Fauchet. The effects of microcrystal size and shape on the one phonon Raman spectra of crystalline semiconductors. Solid State Commun. 58(10), 739 (1986) https://doi.org/10.1016/0038-1098(86)90513-2
P. Mishra, K.P. Jain. First- and second-order Raman scattering in nanocrystalline silicon. Phys. Rev. B 64, 073304 (2001) [DOI: 10.1103/PhysRevB.64.073304
I.P. Lisovskyy, M.V. Voitovich, A.V. Sarikov, V.G. Litovchenko, A.B. Romanyuk, V.P. Melnyk, I.M. Khatsevich, P.E. Shepeliavyi. Transformation of the structure of silicon oxide during the formation of Si nanoinclusions under thermal annealings. Ukr. Fiz. Zh. 54, 383 (2009).
M. Nakamura, Y. Mochizuki, K. Usami, Y. Itoch, T. Nozaki. Infrared absorption spectra and composition of evaporated silicon oxides (SiO??). Solid State Commun. 50(12), 1079 (1984) https://doi.org/10.1016/0038-1098(84)90292-8
V.N. Seminogov, V.I. Sokolov, V.N. Glebov et al. Percolation analysis of structural transformations and the formation of silicon nanoclusters at thermal annealing of SiO films. Perspekt. Mater. 8, 159 (2010).
A.L. Shabalov, M.S. Feldman, M.Z. Bashirov. Vibrational spectra and structure of thin SiO?? films. Izv. Akad. Nauk SSSR Ser. Fiz. Tekh. Mat. Nauk 3, 78 (1986).
A.P. Kucherov, S.M. Kochubei. Method for the resolition of a complicated contour into elementary components making use of the preliminary analysis of its structure. Zh. Prikl. Spektrosk. 38, 145 (1983).
I.W. Boyd, J.I.B. Wilson. Silicon–silicon dioxide interface: An infrared study. J. Appl. Phys. 62, 3195 (1987) https://doi.org/10.1063/1.339320
H.R. Philipp. Optical properties of non–crystalline Si, SiO, SiO and SiO2. J. Phys. Chem. Solids 32, 1935 (1971) https://doi.org/10.1016/S0022-3697(71)80159-2
I.P. Lisovskii. Dr. Sci. thesis Structural Transformations in Near-Surface Layers of Silicon and Silicon-Oxygen Phases (Kiev, 1998) (in Russian).
B.I. Shklovskii, A.L. Efros. Electronic Properties of Doped Semiconductors (Springer, 1984).
V.G. Golubev, V.Yu. Davydov, A.V. Medvedev, A.B. Pevtsov, N.A. Feoktistov. Raman scattering spectra and electric conductivity of thin silicon films with mixed amorphous–crystalline composition: determination of the volume fraction of nanocrystalline phase. Fiz. Tverd. Tela 39, 1348 (1997).
O. Nast, S.R. Wenham. Elucidation of the layer exchange mechanism in the formation of polycrystalline silicon by aluminum-induced crystallization. J. Appl. Phys. 88, 124 (2000) https://doi.org/10.1063/1.373632
A. Sarikov. Metal induced crystallization mechanism of the metal catalyzed growth of silicon wire-like crystals. Appl. Phys. Lett. 99, 143102 (2011) https://doi.org/10.1063/1.3644981
O. Nast, T. Puzzer, L.M. Koschier. Aluminium-induced crystallization of amorphous silicon on glass substrates above and below the eutectic temperature. Appl. Phys. Lett. 73, 3214 (1998) https://doi.org/10.1063/1.122722
V. Neimash, V. Poroshin, P. Shepeliavyi et al. Tin Induced a-Si Crystallization in Thin Films of Si-Sn Alloys. J. Appl. Phys. 114, 213104 (2013) https://doi.org/10.1063/1.4837661
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
