1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 11, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 11, стр. 60-66

Формирование Zn-содержащих кластеров в имплантированной пленке Si3N4/Si

А. Н. Терещенко a, *, В. В. Привезенцев b, А. А. Фирсов b, В. С. Куликаускас c, В. В. Затекин c, М. И. Воронова d

a Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН
142432 Черноголовка, Московская область, Россия

b Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН
117218 Moсква, Россия

c Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, НИИЯФ им. Д.В. Скобельцына
119991 Moсква, Россия

d Университет науки и технологий “МИСиС”
119049 Москва, Россия

* E-mail: tan@issp.ac.ru

Поступила в редакцию 21.01.2023
После доработки 28.03.2023
Принята к публикации 28.03.2023

Аннотация

Приводятся результаты синтеза и исследования Zn-содержащих кластеров на границе раздела пленки Si3N4/Si, имплантированной ионами 64Zn+ с дозой 5 × 1016 cм–2 и энергией 40 кэВ. Пленку Si3N4 предварительно наносили на кремниевую подложку газофазным методом. Затем имплантированные образцы размером 10 × 10 мм отжигали в окислительной атмосфере (на воздухе) с шагом 100°C в течение 1 ч на каждом шаге в диапазоне температур 400–800°C. Для исследования профилей цинка при отжигах использовали метод резерфордовского обратного рассеяния. Структуру и состав пленки изучали с помощью растровой электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионной спектроскопией, а также фотолюминесценцией. После имплантации вблизи поверхности пленки Si3N4 зафиксированы отдельные кластеры металлического цинка размером порядка 100 нм и менее. Установлено, что в процессе отжигов в образце происходит рост кластеров Zn и постепенное превращение фазы металлического Zn в фазы его оксида ZnO и далее, предположительно, силицида Zn2SiO4. После отжига при температуре 700°C, наиболее оптимальной для получения фазы ZnO, в пленке Si3N4 образуются кластеры оксида цинка размером около 100 нм. В спектре фотолюминесценции возникает пик на длине волны 370 нм, обусловленный экситонной люминесценцией в оксиде цинка. После отжига при 800°C происходит деградация фазы ZnO и, предположительно, образование фазы силицида цинка Zn2SiO4.

Ключевые слова: кремниевая подложка, поверхности, пленка Si3N4, имплантация цинка, кластеры, отжиг в окислительной среде, оксид цинка.

Список литературы

  1. Nickel N.H., Terukov E. Zinc Oxide – A Material For Micro- and Optoelectronic Applications. Dordrecht: Springer, 2005.

  2. Özgür Ü., Alivov Ya. I., Liu C. et al. // J. Appl. Phys. 2005. V. 98. P. 041301.

  3. Кузьмина И.П., Никитенко В.А. Оксид цинка. Получение и свойства. M.: Нaукa, 1984. 166 с.

  4. Litton C.W., Collins T.C., Reynolds D.S. Zinc Oxide Materials for Electronic and Optoelectronic Device Application. Chichester: Wiley, 2011.

  5. Liu Y.X., Liu Y.C., Shen D. et al. // J. Cryst. Growth. 2002. V. 240. P. 152.

  6. Urfa Y., Çorumlu V., Altındal A. // Mater. Chem. Phys. 2021. V. 264. P. 124473.

  7. Sirelkhatim S., Mahmud A., Seeni N.H.M. et al. // Nano-Micro Lett. 2015. V. 7. P. 219.

  8. Inbasekaran S., Senthil R., Ramamurthy G., Sastry T.P. // Int. J. Innov. Res. Sci. Engin. Technol. 2014. V. 3. P. 8601.

  9. Smestad G.P., Gratzel M. // J. Chem. Educ. 1998. V. 75. P. 752.

  10. Straumal B.B., Mazilkin A.A., Protasova S.G. et al. // Phys. Rev. B. 2009. V. 79. P. 205206.

  11. Amekura H., Ohnuma M., Kishimoto N., Buchal Ch., Mantl S. // J. Appl. Phys. 2008. V. 104. P. 114309.

  12. Amekura H., Takeda Y., Kishimoto N. // Mater. Lett. 2011. V. 222. P. 96.

  13. Yang J., Liu X., Yang L. et al. // J. Alloys Compd. 2009. V. 485. P. 743.

  14. Shen Y., Li Z., Zhang X. et al. // Opt. Mater. 2010. V. 32. Iss. 9. P. 961.

  15. Zatsepin D., Zatsepin A., Boukhvalov D.W. et al. // J. Non-Cryst. Solids. 2016. V. 432. P. 183.

  16. Jiang C.Y., Sun X.W., Lo G.Q. et al. // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. P. 263501.

  17. Privezentsev V.V., Makunin A.V., Batrakov A.A. et al. // Semiconds. 2018. V. 52. P. 645.

  18. Kim S., Kim H., Jung S. et al. // J. Alloys. Compd. 2016. V. 663. P. 419.

  19. Ziegler J.F., Biersack J.P. SRIM 2008 (http://www.srim.org).

  20. Pelleg J. // Solid Mechanics and Its Applications. Springer Series / Ed. Barber J.R. 2016. V. 221. P. 423.

  21. Lin B., Fu Z., Jia Y. // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 79. P. 943.

  22. Rodnyi P.A., Khodyuk I.V. // Opt. Spectr. 2011. V. 111. Iss. 5. P. 776.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал