Диффузия и взаимодействие имплантированных атомов In и As в оксиде кремния в условиях ионно-лучевого синтеза наночастиц InAs тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Сы Чжунбинь

• Сы Чжунбинь
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Сы Чжунбинь

Введение

Глава 1. Свойства наночастиц InAs, синтезированных в матрице SiO2 (обзор литературы)

1.1 Диффузия атомов М и As в пленках SiO2

1.1.1 Диффузия атомов As в пленках SiO2

1.1.2 Диффузия атомов 1п в пленках SiO2

1.2 Свойства оптических фононов наночастиц InAs в пленках SiO2

1.2.1 Свойства оптических фононов в нанокристаллах InAs, созданных методом ионного синтеза в SiO2

1.2.2 Спектры комбинационного рассеяния света нанокластеров InAs, синтезированных в SiO2 методом высокочастотного магнетронного распыления

1.2.3 Спектры комбинационного рассеяния света нанокристаллов InAs, химически синтезированных в SiO2

1.3 Излучательная рекомбинация в пленках SiO2 с наночастицами InAs

1.3.1 Фотолюминесценция в пленках SiO2 с нанокристаллами InAs, созданными методом ионного синтеза

1.3.2 Фотолюминесценция нанокластеров InAs, созданных в SiO2 методом высокочастотного магнетронного распыления

1.3.3 Фотолюминесценция нанокластеров InAs, химически синтезированных в SiO2

1.4 Аккумуляция зарядов в пленках SiO2 с нанокристаллами InAs

Заключение к Главе

Глава 2. Методика экспериментов

2.1 Изготовление образцов

2.1.1 Ионная имплантация

2.1.2 Отжиг

2.2 Резерфордовское обратное рассеяние

2

2.3 Комбинационное рассеяние света

2.4 Фотолюминесценция

Глава 3. Диффузия атомов 1п и As, совместно имплантированных в пленки SiO2

3.1 Пространственное распределение атомов 1п и As,

имплантированных в SiO2, в зависимости от температуры отжига

3.2 Диффузия атомов 1п и As, имплантированных в SiO2, в зависимости

от соотношения пробегов ионов 1п+ и As+ в пленке и концентрации внедренных атомов

3.2.1 Диффузионные свойства атомов 1п и As в зависимости от соотношения средних проективных пробегов ионов 1п+ и As+

3.2.2 Пространственное распределение атомов 1п, имплантированных в SiO2, в зависимости от дозы ионов As+

3.2.3 Пространственное распределение имплантированных атомов

1п в некапсулированных и капсулированных пленках SiO2

Заключение к Главе

Глава 4. Оптические фононы в пленках SiO2, имплантированных ионами 1п+ и As+ в условиях ионно-лучевого синтеза наночастиц InAs

4.1 Оптические фононы в наноразмерных кристаллах InAs:

теоретический расчет

4.2 Оптические фононы в пленках SiO2, имплантированных ионами 1п+

и As+

Заключение к Главе

Глава 5. Излучательная рекомбинация в пленках SiO2, имплантированных ионами 1п+ и As+

5.1 Спектры эмиссии ФЛ пленок SiO2, имплантированных ионами 1п+ и

As+

5.2 Спектры эмиссии и возбуждения фотолюминесценции

Заключение к главе

Заключение и выводы

119

Благодарности

Список условных обозначений и сокращений

Список литературы

Список публикаций автора по теме диссертации

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Диффузия и взаимодействие имплантированных атомов In и As в оксиде кремния в условиях ионно-лучевого синтеза наночастиц InAs»

Актуальность работы

Диоксид кремния ^Ю2) является основным диэлектриком в современной кремниевой технологии. Основное преимущество диоксида кремния — это высокое качество границы раздела Si/SiO2, которое обеспечивает низкую плотность поверхностных состояний и, как следствие, большую крутизну вольтамперных характеристик [1-3]. Это позволяет использовать SiO2 в качестве подзатворного диэлектрика в устройствах на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) [4, 5]. Диоксид кремния также используется в качестве изолирующего слоя в структурах "кремний-на-изоляторе".

Чтобы расширить область практического применения SiO2, многие исследователи предлагают изменять его механические, оптические и электрические свойства различными методами [6-11]. Изменение диэлектрических и оптических свойств слоев SiO2 может быть достигнуто путем введения наночастиц с радикально отличающимися значениями диэлектрической проницаемости. К таковым относятся наночастицы соединений А3В5 [12-18]. Успешные попытки создания наночастиц А3В5 на основе кремния были предприняты с помощью методов радиочастотного распыления [14, 16, 19] и ионно-лучевого синтеза [20-27].

Ионно-лучевой синтез является перспективным методом создания наноструктур благодаря его совместимости с современной кремниевой технологией [28-30]. В основном он состоит из двух этапов, которые являются стандартными для кремниевых технологий, а именно, ионной имплантации и последующего высокотемпературного отжига. Основной физической проблемой ионно-лучевого синтеза соединений А3В5 в SiO2 является различие в коэффициентах диффузии атомов III и V группы. Эти особенности становятся особенно существенными при зарождении фазы А3В5 в тонких пленках SiO2. В матрице SiO2 элементы III группы могут находиться в

5

трехвалентной или одновалентной степенях окисления [31, 32]. В трехвалентной форме они замещают позиции атомов кремния и неподвижны. Однако в условиях высокотемпературного отжига и внешнего притока кислорода атомы III группы могут быстро диффундировать в форме одновалентного междоузлия в глубь SiO2, а также в форме A-OH на поверхность SiO2 с последующим испарением из матрицы диоксида кремния [31]. Атомы V группы в матрице SiO2 находятся в состоянии замещения кислорода и становятся подвижными лишь в условиях доступа кислорода в пленку.

Диффузионные свойства атомов III и V группы, совместно имплантированных в матрицу SiO2, до сих пор остаются практически не изученными. Изучение взаимного влияния атомов III и V на их диффузию и взаимодействие в диоксиде кремния остается важной и актуальной задачей. В данной работе эти свойства будут изучены на примере атомов In и As как наиболее перспективных с точки зрения создания наночастиц InAs, внедренных в матрицу SiO2.

Фотолюминесценция пленок SiO2, содержащих молекулярно-подобные кластеры и наночастицы, представляет большой интерес с точки зрения создания оптических сенсоров [33, 34]. Природа фотолюминесценции в видимом спектральном диапазоне при комнатной температуре в пленках SiO2, имплантированных ионами элементов III и V группы, до сих пор остается практически неизученной. В данной работе она будет исследована на примере пленок SiO2, имплантированных ионами In+ и As+.

Цель и задачи работы

1. Установить основные закономерности диффузии атомов In и As, совместно имплантированных в термически выращенные на кремнии пленки SiO2.

2. Определить условия взаимодействия атомов In и As, имплантированных

в пленки SiO2, и формирования фазы InAs в зависимости от параметров

6

ионов (дозы и энергии), а также от температуры и атмосферы последующего отжига. 3. Определить природу центров излучательной рекомбинации, формирующихся в пленках SiO2, имплантированных ионами М+ и As+, в условиях ионно-лучевого синтеза наночастиц InAs.

Научная новизна

1. Обнаружен эффект преимущественного смещения атомов М в область имплантации атомов As при высокотемпературном отжиге и определены условия формирования фаз As и InAs в ионно-имплантированных пленках SiO2.

2. В рамках модели локализации фононов рассчитаны частоты мод поперечного (ТО) и продольного ^О) оптических фононов в нанокристаллах InAs в зависимости от размера нанокристалла.

3. Установлена природа центров излучательной рекомбинации в видимом спектральном диапазоне при комнатной температуре, формирующихся в пленках SiO2, имплантированных ионами М+ и As+, в условиях ионно-лучевого синтеза наночастиц InAs.

Теоретическая и практическая значимость

Установлены основные закономерности диффузии атомов М и As, совместно имплантированных в пленки SiO2.

Определены механизмы диффузии атомов In и As в пленках SiO2, совместно имплантированных ионами М+ и As+.

Определены условия высокотемпературного отжига пленок SiO2, имплантированных ионами М+ и As+, при которых предотвращен диффузионных сток атомов М на поверхность.

В рамках модели квантового ограничения фононов проведен теоретический расчет мод ТО и LO фононов в матрице InAs в зависимости от размера нанокристалла.

Определены условия высокотемпературного отжига, при которых в пленках SiO2, имплантированных ионами 1п+ и As+, происходит зарождение наночастиц As и InAs.

Обнаружены полосы фотолюминесценции в видимом спектральном диапазоне при комнатной температуре в пленках SiO2, имплантированных ионами 1п+ и As+, энергетическое положение и интенсивность которых определяются относительным пространственным распределением атомов 1п и As в матрице SiO2.

Определена природа центров излучательной рекомбинации, формирующихся в пленках SiO2 в условиях ионно-лучевого синтеза наночастиц InAs.

Предложена структура энергетических уровней центров излучательной рекомбинации, формирующихся в пленках SiO2, имплантированных ионами 1п+ и As+, в зависимости от относительного распределения атомов 1п и As.

Методология и методы исследования

В качестве подложек использовались пластины монокристаллического кремния п-типа проводимости с ориентацией (100), на которых были выращены с помощью термического окисления пленки SiO2 толщиной ~280 нм. В пленки SiO2 проводилась имплантация ионов 1п+ и As+. Имплантация ионов 1п+ и As+ с энергиями, при которых средние проективные пробеги ионов индия RpIn и мышьяка RpAs совпадают ^р1п = RpAs) или отличается в два или три раза = 2RpIn и RpAs = 3RpIn). Использовались ионы As+ с энергией 40 кэВ, дозой 6х1015 см-2 или с энергией 80 кэВ, дозой 9х1015 см-2, или с энергией 80 кэВ, дозой 2х1016 см-2, или с энергией 135 кэВ, дозой 1 х 1016 см-2. Имплантация проводилась при комнатной температуре на ионном ускорителе «1МС-200». Плотность ионного тока составляла 0.5-0.6 мкА/см2. Имплантация ионов 1п+ с энергией 50 кэВ дозой 4х1015 см-2 проводилась на ионно-лучевой установке «ИЛУ-200» (НИФТИ ННГУ, Нижний Новгород). Плотность тока ионов составляла 0.4-0.7 мкА/см2.

Перед отжигом часть образцов была покрыта поверх ионно-имплантированной пленки SiO2 слоем Si3N4 толщиной 140 нм. Отжиг проводился в кварцевой печи в атмосфере паров азота при температуре 7001100 оС в течение 30 минут.

Распределение атомов In и As до и после отжига исследовалось методом спектрометрии резерфордовского обратного рассеяния (РОР). В качестве зондирующего пучка использовались ионы 4Не+ с энергией 1.7 МэВ в режиме максимального отклонения от направления каналирования («random»). Угол рассеяния частиц составлял 170о. Расчет профилей распределения атомов рассчитывался из спектров РОР с использованием программы RUMP.

Для анализа формирующихся фаз в пленках SiO2 использовался метод комбинационного рассеяния света (КРС). Измерения проводились с использованием спектрометра с тройным монохроматором Horiba Jobin Yvon T64000. Спектральное разрешение было не хуже 2 см-1. Спектры КРС возбуждались излучением лазера GFL-515-0200-FS (Inversion-Fiber, Новосибирск, Россия) с длиной волны ~514,5 нм при комнатной температуре. Измерения проводились в геометрии обратного рассеяния.

Фотолюминесценция (ФЛ) в интервале длин волн 450-850 нм возбуждалась при комнатной температуре излучением твердотельного лазера с длинами волн 442 и 473 нм. Регистрация спектров проводилась с использованием спектрометра CDL-1. Спектры ФЛ в спектральном диапазоне 300-800 нм и спектры возбуждения ФЛ в диапазоне 250-550 нм также регистрировались при комнатной температуре с использованием спектрометра Fluorolog QM -75-22-C (Horiba Jobin Yvon) и фотоумножителя R13456-11 (Hamamatsu). В качестве источника возбуждения использовалась ксеноновая лампа мощностью 75 Вт. Мощность лампы на длине волны возбуждения составляла около 1 мВт.

Положения, выносимые на защиту

1. Имплантированные атомы As в SiO2 формируют конкурирующие стоки для имплантированных атомов In, замедляя их диффузию к поверхности при высоких температурах.

2. Эффект размерного ограничения приводит к смещению частот мод поперечных (TO) и продольных (LO) оптических фононов в нанокристаллах InAs диаметром <30 нм.

3. Природа излучательной рекомбинации в видимом спектральном диапазоне пленок SiO2, имплантированных ионами In+ и As+ в условиях ионно-лучевого синтеза наночастиц InAs, обусловлена переходами между уровнями энергии молекулярно-подобных кластеров типа кислородных вакансий, формируемых атомами In и As в матрице SiO2.

Личный вклад автора

Личный вклад автора заключается в том, что он принимал участие в планировании всех экспериментов. Им лично была проведена подготовка образцов для измерений, проведен предварительный расчет пространственного распределения атомов в зависимости от температуры отжига, проведен экспериментально высокотемпературный отжиг образцов. Сы Чжунбинь непосредственно принимал участие в измерении спектров комбинационного рассеяния света и спектров фотолюминесценции. Им были проведены теоретические расчеты в модели локализации фононов мод оптических фононов в матрице InAs в зависимости от размера нанокристалла. Он участвовал в обсуждении полученных результатов и оформлении соответствующих публикаций.

Степень достоверности и апробация работы

Достоверность представленных результатов определяется непротиворечием полученных результатов существующим физическим представлениям и имеющимся литературным данным, а также

использованием адекватных современных методов исследования. Результаты исследований опубликованы в ведущих международных и отечественных научных журналах, представлены и обсуждены на специализированных российских и международных научных конференциях.

Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 6-ти статьях в международных рецензируемых журналах, включённых в перечень ВАК, три из которых в журналах второй квартили.

Результаты исследований были представлены в качестве устных и стендовых докладов на XIV и XV Международной конференции и XIII Школе молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе (Кремний-2022, 2022г., Новосибирск; Кремний-2024, 2024г., Республика Бурятия), Российской конференции и школе молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники (ФОТОНИКА-2023, 2023г.), VIII Всероссийской конференции и школе молодых ученых и специалистов «Физические и физико-химические основы ионной имплантации» (ФФХОИИ-2022, 2022г., Казань), Российской конференции и школе молодых ученых по актуальным проблемам спектроскопии комбинационного рассеяния света «Комбинационное рассеяние - 95 лет исследований» (2022г., Новосибирск), Международной конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом» (ВИТТ 2023, 2023г. Минск, Беларусь).

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глава, заключения, списка цитируемой литературы, содержащего 124 наименований. Работа изложена на 135 страницах и содержит 42 рисунка.

Глава 1. Свойства наночастиц InAs, синтезированных в матрице SiO2 (обзор литературы)

В данной главе будут обобщены и проанализированы свойства атомов In и As в пленках SiO2, а также свойства наночастиц InAs, синтезированных в матрице SiO2 разными методами. В частности, будут рассмотрены структурные, оптические и электрофизические свойства пленок SiO2 с нанокристаллами InAs, созданными методами ионно-лучевого синтеза, магнетронного распыления, молекулярно-лучевой эпитаксии и химического осаждения. Будет установлена взаимосвязь между условиями синтеза и свойствами нанокристаллов.

1.1 Диффузия атомов In и As в пленках SiO2

При изучении процесса синтеза наночастиц в среде нельзя игнорировать диффузию элементов в этой среде. Особенно это касается тех случаев, когда в процессе образования новых фаз решающую роль играют диффузионные свойства взаимодействующих атомов. В методе ионно-лучевого синтеза образование новых фаз происходит в результате взаимодействия имплантированных атомов при высокотемпературном отжиге, когда активируются диффузионные процессы. Поэтому изучение диффузии атомов As и In в SiO2 является важной задачей. Согласно работам [31, 32, 35, 36], коэффициенты диффузии элементов III и V групп, имплантированных в SiO2, различаются и сильно зависят от их положения в матрице SiO2.

1.1.1 Диффузия атомов As в пленках SiO2

В работе [35] было проведено исследование диффузии атомов As, имплантированных в термически выращенные на кремнии пленки SiO2. В первой группе образцов ионы As+ с энергией 100 кэВ и дозой 5*1015 см-2 были имплантированы в пленки SiO2 толщиной 500 нм, выращенные на подложках Si р-типа. Использованные параметры ионов создавали профили атомов As в форме распределения Гаусса с максимумом на глубине около 68.5 нм от

поверхности SiO2. Во второй группе образцов имплантация в SiO2 проводилась через предварительно выращенную методом химического осаждения из газовой фазы при пониженном давлении (LPCVD) пленку SiзN4 толщиной 30 нм. После этого капсулированные и некапсулированные образцы отжигались при температуре 900-1100°С в атмосферах N2, О2 и О2/Н2О для изучения факторов, влияющих на диффузию As. Соответствующие профили распределения атомов As показаны на рисунках 1 и 2.

На рисунке 1.1 представлены профили атомов As в некапсулированных пленках SiO2 после отжига при температуре 1100 оС в течение 30 минут. Как видно из рисунка, результаты диффузии As в образцах, отожженных в атмосфере О2 и очень близки. Используя модель диффузии из

ограниченного источника в бесконечное тело, были определены коэффициенты диффузии атомов As в SiO2 в каждом случае. После отжига при 1100 оС в течение 30 минут коэффициенты диффузии составили 1.6* 10-15 см2/с и 1.7-2.4*10-15 см2/с соответственно для атмосферы О2 и N

На рисунке 1.2 представлены профили атомов As в пленках SiO2, капсулированных SiзN4, после отжига при температурах 900-1100 оС в течение 30 минут. Видно, что капсулирование пленок SiO2 приводит к тому, что атомы As становятся практически неподвижными вплоть до температуры 1100 оС. Этот эффект авторы [35] объяснили влиянием на диффузию As проникновением кислорода из атмосферы. При отжиге в потоке N кислород может проникать в образец из остаточной атмосферы. Сравнивая эксперименты с данными, полученными в работе [37], авторы полагают, что схожие результаты в атмосферах О2 и N обусловлены конструкцией оборудования. При отжиге в атмосфере N кислород из воздуха может поступать через заднюю стенку камеры и загрязнять атмосферу. Обнаружено,

Рисунок 1.1 Профили имплантированных атомов As в пленках SiO2 после отжига при 1100 оС [35].

Рисунок 1.2 Профили атомов As, имплантированных через слой SiзN4, до и после отжига при температурах 900-1100 оС в атмосфере №. Пунктирной линией показана граница раздела между слоями SiзN4 и SiO2 [35].

что коэффициент диффузии As при отжиге в среде O2/H2O, увеличивается. При температуре отжига 1100 оС он составил 5.5*10-15 см2/с, что в 2-3 раза выше, чем после отжига в атмосферах O2 и N2.

На основе полученных экспериментальных результатов автор работы [35] пришел к выводу, что As в матрице SiO2 существует в двух формах. При отжиге в среде, изолированной от доступа кислорода (О2), As замещает положения атомов кислорода в решетке SiO2 с образованием связи As-Si и практически неподвижен. Когда в атмосфере отжига содержится кислород и создаются условия для его проникновения в матрицу SiO2, As занимает положение атома Si, образуя связи As-O. При этом As имеет неспаренный электрон. Его энергия в матрице SiO2 не самая низкая, что облегчает его замещение атомом Si и обеспечивает его диффузионную способность. Если в кислородосодержащей атмосфере присутствуют молекулы H2O, в SiO2 будут введены гидроксильные группы. Это приводит к усиленной диффузии кислорода в SiO2 и ускорит диффузию As по механизму As-O [38]. В данном случае авторы из профилей атомов As после отжига при T = 1000-1100 oC нашли зависимость коэффициента диффузии As от температуры в виде:

DAs/SÍO2 = 3 X 10-4ехр (11)

где ko=8.62^10'5 эВ/K — постоянная Больцмана, Т — температура в градусах Кельвина.

Исследования механизмов диффузии других элементов V группы также было проведено в работе [36]. Обобщение результатов позволило выявить одинаковый механизм диффузии всех атомов V группы (P, As и Sb) в SiO2. А именно, при достаточном количестве кислорода элементы группы V замещают положение Si, в котором они имеют один неспаренный электрон, и образуют центры =AV-O-Si= или =AV=O^Si= (AV — это элементом V группы с неспаренными электронами), как показано на рисунке 1.3 a, что в этом случае относительно облегчает диффузию. При отсутствии дополнительного атома кислорода во время отжига элементы V группы будут занимать

Рисунок 1.3 (а) As в положении замещения Si в матрице SiO2, (б) As в положении замещения О в матрице SiO2.

кислородные вакансии. В этом состоянии они являются трехвалентными, образуя центр как показано на рисунке 3(б). Элементы V группы в этом

случае практически неподвижны.

1.1.2 Диффузия атомов Ы в пленках SiO2

Диффузия 1п в пленке SiO2 более сложна, чем диффузия As, что приводит к более сложному распределению атомов после отжига. В работе [31] изучалась диффузия атомов 1п, имплантированных в пленки SiO2 толщиной 250 или 500 нм, термически выращенных на кремнии р-типа. На некоторых образцах перед ионной имплантацией на поверхность был нанесен слой SiзN4 толщиной 20 нм, для того чтобы предотвратить влияние атмосферы на диффузию во время последующего отжига. Энергия ионов 1п+ составляла 140 кэВ, дозы ионов были 1015 и 1016 см-2. Отжиг всех образцов проводился в атмосфере N2. На рисунке 1.4 показано распределение атомов 1п в не капсулированных SiзN4 образцах. Установлено, что атомы 1п перераспределяются только в области, соответствующей глубине средних пробегов ионов 1п+ ^р1п « 65 нм). Атомы индия быстро диффундируют из этой области к поверхности, сегрегируя на поверхности или испаряясь. После отжига при Га=1100 °С в течение 30 минут ионно-имплантированный 1п быстро испарялся. В пленке, имплантированной дозой 1п+ 1015 см-2 атомы индия в области, близкой к RpIn практически отсутствуют. В пленках, имплантированных 1п+ дозой 1016 см-2, атомы 1п присутствуют в этой области в концентрации около 3х1020 см-3. Из рисунка 1.4 видно, что после высокотемпературного отжига (Т=1000-1100 °С) концентрационные пики атомов 1п формируются по обе стороны от RpIn, а именно на глубине около 25 и 80 нм. В области максимальных упругих потерь энергии 1п+ (Яа1п « 60 нм) наблюдается концентрационный провал. Автор [31] полагает, что в этом случае 1п замещает Si в трехвалентном состоянии, соединяется с О и внедряется в матрицу SiO2. В этом случае 1п неподвижен.

Рисунок 1.4 Профили атомов М дозой 1016 и 1015 см-2 с энергией 140 кэВ, имплантированных в SiO2 и отожженных при 1000 и 1100 °С в течение 30 мин в N2 [31].

Следует отметить, как и в работе [35], автор обнаружил, что проблемы конструкции оборудования привели к попаданию O2 из воздуха в атмосферу отжига N2 и повлиял таким образом на диффузию In в образце. Автор предположил, что избыток кислорода в атмосфере приводит к изменению состояния индия в матрице SiO2 и таким образом изменяет механизм диффузии. Этот механизм мы рассмотрим ниже.

На рисунке 1.5 показаны профили атомов In, имплантированных дозой 1015 см-2 в образцы, капсулированные пленкой Si3N4. В данных образцах атомы In диффундируют совершенно по-иному. Как показано на рисунке 5а, после отжига при температуре 800 °С в течение 30 минут распределение In представляет собой суперпозицию двух профилей в форме распределения Гаусса, что указывает на наличие двух разных механизмов диффузии. Часть внедренного In диффундирует в области, близкой к среднему пробегу ионов с коэффициентом диффузии 2.0*10-15 см2/с. Другая часть атомов In диффундирует из области средних пробегов в глубь пленки с более высоким коэффициентом диффузии 1.3х 10-13 см2/с. На рисунке 5б показаны профили распределения In после отжига при 900-1100 oC. Эти данные также подтверждают существование двух механизмов диффузии. Было также обнаружено, что быстрая диффузия ответственная за сегрегацию In на границе раздела SiO2/Si.

В сочетании с работами по диффузии другого элемента III группы Ga [32], автор пришел к выводу, что атомы индия существуют в трех химических формах в пленках SiO2. В зависимости от его положения в решетке, In имеет разные диффузионные свойства. На рисунке 1.6 показаны эти три формы присутствия In в SiO2.

На рисунке 1.6а показан случай, когда атом In находится в положении замещения атома Si. Это положение обычно реализуется в условиях доступа в пленку SiO2 избыточного кислорода, когда атом In может формировать In-O связи. В этом случае In находится в трехвалентном тетраэдрическом состоянии по отношению к атомам кислорода. В этом положении атом In практически неподвижен.

10

21

СО

аЗ 10 =г х о

со

ш 10 =г х о

10

10151п/см

-2

0

1 1020 =г

03

о.

ь°Ч

а

19

Да

ЭЮ2

о без отжига —30' 800°С

0=2.0x10"15см2/с

□=1.3хЮ"13см2/с

ДЪдД

О

о

д АХАдД^ л

д/Н ДАД

1018 ю21

I О О Р|

До д

о о О О до д о| оо_|_ о

л

А ОД-

а)

О

| 1020 =г

03

о.

л

с о

4'

19

18

З13м4

810,

без отжига 30' 900°С 30' 1000°С 30' 1100°С

о

\

о

А

О-О—о I \

Н /°о о

\ /I

о о

0

100

200

300

400

500

Глубина, нм

Рисунок 1.5 Профили концентрации 1п дозой 1015 см-2 с энергией 140 кэВ, имплантированного через SiзN4 в SiO2 и отожженного в течение 30 мин при температуре (а) 800 0С и (б) 900-1000 0С [31].

Когда в SiO2 нет избытка кислорода, трехвалентному индию трудно конкурировать с кремнием за кислород, и в конечном итоге 1п существует в междоузельном положении. В этом случае 1п является одновалентным (рис. 1.6б).

Междоузельная диффузия одновалентного индия была обнаружена в экспериментах, независимо от наличия или отсутствия избытка кислорода в SiO2. Из анализа профилей распределения атомов 1п, представленных на рисунке 1.5, авторы [31] нашли коэффициент диффузии индия в зависимости от температуры:

01п/5Ю2 = 7 X 10-6ехр (1.2)

В литературе была обнаружена и третья форма диффузии атомов 1п в SiO2. А именно, когда индий соединяется с кислородом и водородом и диффундирует в решетке SiO2 в виде молекул 1пОН (рис. 1.6в). Его коэффициент диффузии в 100 раз выше, чем в случае диффузии по междоузлиям. Эта форма диффузии реализуется, например, в SiO2, капсулированном SiзN4, содержащим большую концентрацию остаточного водорода. Авторы работы [31] объяснили это тем, что после осаждения пленка SiзN4 методом LPCVD в ней присутствовал остаточный водород. Часть водорода диффундировала из слоя SiзN4 в SiO2 и в конечном итоге реагировала с индием с образованием молекул 1пОН.

Рисунок 1.6 (а) 1п в положении замещения Si в матрице SiO2, (б) 1п в междоузельном положении в SiO2, (в) 1п в виде молекулы 1пОН.

1.2 Свойства оптических фононов наночастиц InAs в пленках SiO2

Оптические фононы представляют собой моды колебаний в кристаллах с волновым вектором вблизи центра зоны Бриллюэна. Оптические фононы в InAs могут быть поперечными (ТО, более коротковолновые), и продольными (ЬО, более длинноволновые) [39]. Эти фононы являются центрами рассеяния для электронов. В неполярных кристаллах оптические фононы изменяют энергию электронов за счет изменения длины связей и/или углов между ними. В полярных кристаллах длинноволновые LO фононы вызывают равномерные смещения заряженных атомов внутри примитивной элементарной ячейки, что создает макроскопическое электрическое поле. Это электрическое поле затем может взаимодействовать с электронами [40]. Энергия оптических фононов того же порядка, что и инфракрасный свет. Волновой вектор электромагнитных волн приближается к 0 относительно колебаний решетки. Поскольку электромагнитные волны являются поперечными волнами, ТО фонон легко поглощает инфракрасный свет. Когда свет проходит через твердое тело, он взаимодействует с колебаниями решетки и вызывает рассеяние. Фононные моды вблизи центра зоны Бриллюэна можно обнаружить с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) [39]. Моды фононов ТО и LO в кристалле InAs соответствуют частотам в спектре КРС 217.3 см-1 и 238.6 см-1 соответственно [41]. В нанокристаллах на пик КРС влияют различные условия, в том числе внутренние напряжения в образце и эффект размерного ограничения фононов. Различия в распределении наночастиц по размерам и напряжениям, могут зависеть от метода создания образцов и приводить к разным сдвигам пиков КРС [39, 42, 43]. Поэтому в данном разделе будут проанализированы свойства оптических фононов в нанокристаллах InAs в пленках SiO2, созданных методами ионно-лучевого синтеза, высокочастотного магнетронного распыления и метода золь-гель.

1.2.1 Свойства оптических фононов в нанокристаллах InAs, созданных методом ионного синтеза в SiO2

Ионно-лучевой синтез — это метод, в основе которого лежат две основные операции современной кремниевой технологии, а именно, ионная имплантация и последующий высокотемпературный отжиг [44]. Однако, в отличие от операции ионного легирования, дозы ионов, необходимые для реализации реакции ионного синтеза, на несколько порядков выше [29]. Это необходимо для обеспечения того, чтобы концентрация внедренных атомов достигала нескольких процентов и превышала равновесный предел растворимости. Во время высокотемпературного отжига происходит распад пересыщенного твердого раствора внедренных атомов, и формируются и растут зародыши новой фазы [30].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сы Чжунбинь, 2025 год

Список литературы

1. Ballif C. Status and perspectives of crystalline silicon photovoltaics in research and industry / C. Ballif, F.-J. Haug, M. Boccard, P.J. Verlinden, G. Hahn // Nature Reviews Materials - 2022. - Т. 7 - № 8 - С.597-616.

2. Berger L.I. Semiconductor materials / L. I. Berger - London: CRC Press, 1996. Вып. 1- 496c.

3. Siew S.Y. Review of silicon photonics technology and platform development / S.Y Siew, B. Li, F. Gao, H.Y Zheng, W. Zhang, P. Guo, S.W. Xie, A. Song, B. Dong, L.W. Luo, C. Li, X. Luo, G.-Q. Lo // Lightwave Technol. - 2021. - Т. 39 - № 13 -С.4374-4389.

4. Wang S. The road for 2D semiconductors in the silicon age / S. Wang, X. Liu, P. Zhou // Advanced Materials - 2022. - Т. 34 - № 48 - С.2106886.

5. Liu Y Promises and prospects of two-dimensional transistors / Y. Liu, X. Duan, H.-J. Shin, S. Park, Y. Huang, X. Duan // Nature - 2021. - Т. 591 - № 7848 - С.43-53.

6. Saengdee P. Surface modification of silicon dioxide, silicon nitride and titanium oxynitride for lactate dehydrogenase immobilization / P. Saengdee, W. Chaisriratanakul, W. Bunjongpru, W. Sripumkhai, A. Srisuwan, W. Jeamsaksiri, C. Hruanun, A. Poyai, C. Promptmas // Biosensors and Bioelectronics - 2015. - Т. 67 - С.134-138.

7. Dimitrakis P. Silicon nanocrystal memory devices obtained by ultra-low-energy ion-beam synthesis / P. Dimitrakis, E. Kapetanakis, D. Tsoukalas, D. Skarlatos, C. Bonafos, G. Ben Asssayag, A. Claverie, M. Perego, M. Fanciulli, V. Soncini, R. Sotgiu, A. Agarwal, M. Ameen, C. Sohl, P. Normand // Solid-State Electronics -2004. - Т. 48 - № 9 - С.1511-1517.

8. Lombardo S. Silicon nanocrystal memories / S. Lombardo, B. De Salvo, C. Gerardi, T. Baron // Microelectronic Engineering - 2004. - Т. 72 - № 1-4 - С.388-394.

9. Zhao Y. Modifying mechanical properties of silicon dioxide using porous graphene: molecular dynamics simulations / Y. Zhao, G. Xie, J. Zhao, C. Wang, C. Tang //

Materials Research Express - 2021. - Т. 8 - № 5 - С.055012.

122

10. Majee S. Modification of electrical properties of silicon dioxide through intrinsic nano-pattems / S. Majee, D. Barshilia, D. Banerjee, S. Kumar, P. Mishra, J. Akhtar // Materials Research Express - 2018. - T. 5 - № 5 - C.056403.

11. Tiwari S. A silicon nanocrystals based memory / S. Tiwari, F. Rana, H. Hanafi, A. Hartstein, E.F. Crabbé, K. Chan // Applied Physics Letters - 1996. - T. 68 - № 10 -C.1377-1379.

12. Zhu K. Preparation and optical absorption of InSb microcrystallites embedded in SiO2 thin films / K. Zhu, J. Shi, L. Zhang // Solid State Communications - 1998. -T. 107 - № 2 - C.79-84.

13. Zhu K. Nonlinear optical absorption of glassy thin films containing InSb nanocrystals / K. Zhu, Q. Shao, J. Shi // Chinese Physics Letters - 2001. - T. 18 -№ 6 - C.779-781.

14. Chen D. Interface effect of InSb quantum dots embedded in SiO2 matrix / D. Chen, C. Li, Z. Zhu, J. Fan, S. Wei // Physical Review B - 2005. - T. 72 - № 7 - C.075341.

15. Zukowski P. Carrier transport and dielectric permittivity of SiO2 films containing ion-beam synthesized InSb nanocrystals / P. Zukowski, T.N. Koltunowicz, K. Czarnacka, A.K. Fedotov, I.E. Tyschenko // Journal of Alloys and Compounds -2020. - T. 846 - C.156482.

16. Zhu K. Preparation of InSb nanocrystals embedded in SiO2 thin films / K. Zhu, J. Shi, Y. Wei, L. Zhang // Chinese Science Bulletin - 1998. - T. 43 - № 19 - C.1610-1615.

17. Green M. Solution routes to III-V semiconductor quantum dots / M. Green // Current Opinion in Solid State and Materials Science - 2002. - T. 6 - № 4 - C.355-363.

18. Rogach A.L. Infrared-emitting colloidal nanocrystals: synthesis, assembly, spectroscopy, and applications / A.L. Rogach, A. Eychmuller, S.G. Hickey, S.V. Kershaw // Small - 2007. - T. 3 - № 4 - C.536-557.

19. Zheng M.J. Preparation and optical properties of InAs 0.4 P 0.6 nanocrystal alloy embedded in SiO2 thin films / M.J. Zheng, Y. Zhang, L. Yang, C.H. Liang, L.D. Zhang // Semicond. Sci. Technol. - 2001. - T. 16 - C.507-510.

123

20. Madakson P. As+ and Ga+ implantation and the formation of buried GaAs layers in silicon / P. Madakson, E. Ganin, J. Karasinski // Journal of Applied Physics - 1990. - T. 67 - № 9 - C.4053-4059.

21. White C.W. GaAs nanocrystals formed by sequential ion implantation / C.W. White, J.D. Budai, J.G. Zhu, S.P. Withrow, R.A. Zuhr, D.M. Hembree, D.O. Henderson, A. Ueda, Y.S. Tung, R. Mu, R.H. Magruder // Journal of Applied Physics - 1996. - T. 79 - № 4 - C. 1876-1880.

22. Weng X. Evolution of structural and optical properties of ion-beam synthesized GaAsN nanostructures / X. Weng, S.J. Clarke, W. Ye, S. Kumar, R.S. Goldman, A. Daniel, R. Clarke, J. Holt, J. Sipowska, A. Francis, V. Rotberg // Journal of Applied Physics - 2002. - T. 92 - № 7 - C.4012-4018.

23. Komarov F.F. Ion-beam synthesis of InAs nanocrystals in crystalline silicon / F.F. Komarov, O.V. Mil'chanin, L.A. Vlasukova, W. Wesch, A.F. Komarov, A.V. Mudryi // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics - 2010. - T. 74 - № 2 -C.252-255.

24. Komarov F. Ion-beam synthesis and characterization of narrow-gap A3B5 nanocrystals in Si: Effect of implantation and annealing regimes / F. Komarov, L. Vlasukova, O. Milchanin, W. Wesch, E. Wendler, J. Zuk, I. Parkhomenko // Materials Science and Engineering: B - 2013. - T. 178 - № 18 - C.1169-1177.

25. Prucnal S. Formation of InAs quantum dots in silicon by sequential ion implantation and flash lamp annealing / S. Prucnal, M. Turek, A. Drozdziel, K. Pyszniak, S.Q. Zhou, A. Kanjilal, W. Skorupa, J. Zuk // Applied Physics B: Lasers and Optics - 2010. - T. 101 - № 1-2 - C.315-319.

26. Tyschenko I. Ion-beam synthesis of InSb nanocrystals at the Si/SiO2 interface / I. Tyschenko, R. Zhang, V. Volodin, V. Popov // Materials Letters - 2022. - T. 306 -C.131027.

27. Vlasukova L. Effects of swift heavy ion irradiation on the InAs and Zn-based nanoparticles ion-beam synthesized in silica / L. Vlasukova, F. Komarov, M. Makhavikou, A. Van Vuuren, V. Skuratov, A. Dauletbekova, J. Neethling, E. Wendler, J. Zuk, I. Parkhomenko, O. Milchanin // Vacuum - 2023. - T. 208 - C.111697.

124

28. Mantl S. Ion beam synthesis of epitaxial silicides: fabrication, characterization and applications / S. Mantl // Materials Science Reports - 1992. - T. 8 - № 1-2 - C.1-95.

29. Li W. A review of recent applications of ion beam techniques on nanomaterial surface modification: design of nanostructures and energy harvesting / W. Li, X. Zhan, X. Song, S. Si, R. Chen, J. Liu, Z. Wang, J. He, X. Xiao // Small - 2019. - T. 15 - № 31 - C.1901820.

30. Huang L. Recent progress in the application of ion beam technology in the modification and fabrication of nanostructured energy materials / L. Huang, H. Wu, G. Cai, S. Wu, D. Li, T. Jiang, B. Qiao, C. Jiang, F. Ren // ACS Nano - 2024. - T. 18 - № 4 - C.2578-2610.

31. Van Ommen A.H. Diffusion of ion-implanted In and Tl in SiO2 / A.H. Van Ommen // Journal of Applied Physics - 1985. - T. 57 - № 12 - C.5220-5225.

32. Van Ommen A.H. Diffusion of ion-implanted Ga in SiO2 / A.H. Van Ommen // Journal of Applied Physics - 1985. - T. 57 - № 6 - C.1872-1879.

33. Wang X. Luminescent probes and sensors for temperature / X. Wang, O.S. Wolfbeis, R.J. Meier // Chemical Society Reviews - 2013. - T. 42 - № 19 - C.7834.

34. Saxena N. CdS: SiO2 nanocomposite as a luminescence-based wide range temperature sensor / N. Saxena, P. Kumar, V. Gupta // RSC Advances - 2015. - T. 5 - № 90 - C.73545-73551.

35. Van Ommen A.H. Diffusion of ion-implanted As in SiO2 / A.H. Van Ommen // Journal of Applied Physics - 1984. - T. 56 - № 10 - C.2708-2715.

36. Van Ommen A.H. Diffusion of ion-implanted Sb in SiO2 / A.H. Van Ommen // Journal of Applied Physics - 1987. - T. 61 - № 3 - C.993-997.

37. Tsukamoto K. Oxygen effects on arsenic diffusion in silicon dioxide / K. Tsukamoto, Y Akasaka, K. Horie // Applied Physics Letters - 1978. - T. 32 - № 2 -C.117-119.

38. Irene E.A. Silicon oxidation studies: the role of H2O / E.A. Irene, R. Ghez // Journal of The Electrochemical Society - 1977. - T. 124 - № 11 - C.1757-1761.

39. Rolo A.G. Raman spectroscopy of optical phonons confined in semiconductor quantum dots and nanocrystals / A.G. Rolo, M.I. Vasilevskiy // Journal of Raman Spectroscopy - 2007. - Т. 38 - № 6 - С.618-633.

40. Yu P.Y. Fundamentals of semiconductors: physics and materials properties / P. Y. Yu, M. Cardona - Berlin; New York: Springer, 2010. Вып. 4th ed- 775c.

41. Landolt H. Landolt-Bornstein: Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology Berlin Heidelberg: Springer Verlag, 1982. - 272с.

42. Efros Al.L. The Electronic Structure of Semiconductor Nanocrystals / Al.L. Efros, M. Rosen // Annual Review of Materials Science - 2000. - Т. 30 - № 1 - С.475-521.

43. Arora A.K. Raman spectroscopy of optical phonon confinement in nanostructured materials / A.K. Arora, M. Rajalakshmi, T.R. Ravindran, V. Sivasubramanian // Journal of Raman Spectroscopy - 2007. - Т. 38 - № 6 - С.604-617.

44. Mantl S. Ion beam synthesis of epitaxial fabrication, characterization and applications silicides / S. Mantl - 1992.

45. Komarov F.F. Ion-beam formation and track modification of InAs nanoclusters in silicon and silica / F.F. Komarov, O.V. Milchanin, V.A. Skuratov, M.A. Makhavikou, A. Janse van Vuuren, J.N. Neethling, E. Wendler, L.A. Vlasukova, I.N. Parkhomenko, V.N. Yuvchenko // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics - 2016. - Т. 80 - № 2 - С.141-145.

46. Ziegler J.F. SRIM - The stopping and range of ions in matter (2010) / J.F. Ziegler, M.D. Ziegler, J.P. Biersack // 19th International Conference on Ion Beam Analysis - 2010. - Т. 268 - № 11 - С.1818-1823.

47. Тысченко И.Е. Комбинационное рассеяние света в сферических нанокристаллах InSb, ионно-синтезированных в пленках оксида кремния / И.Е. Тысченко, В.А. Володин, В.П. Попов // Журнал технической физики - 2019. -Т. 53 - № 4 - С.502.

48. Ma J.G. Preparation and characterization of ZnO particles embedded in SiO2 matrix by reactive magnetron sputtering / J.G. Ma, YC. Liu, C.S. Xu, Y.X. Liu, C.L.

Shao, H.Y Xu, J.Y Zhang, YM. Lu, D.Z. Shen, X.W. Fan // Journal of Applied Physics - 2005. - T. 97 - № 10 - C.103509.

49. Qasem A. Effective role of vacuum annealing in improving structural, optical, and electrical properties of SiO2 /Ag/ZnO multilayers deposited by RF sputtering for optoelectronic applications / A. Qasem, A.A. Hassan, S.Y Al-nami, H.A. Alrafai, E.R. Shaaban // Physica Scripta - 2023. - T. 98 - № 1 - C.015825.

50. Asgary S. Magnetron sputtering technique for analyzing the influence of RF sputtering power on microstructural surface morphology of aluminum thin films deposited on SiO2/Si substrates / S. Asgary, E. Vaghri, M. Daemi, P. Esmaili, A.H. Ramezani, S. Memon, S. Hoseinzadeh // Applied Physics A - 2021. - T. 127 - № 10 - C.752.

51. Ruud C.J. Ultralow Index SiO2 Antireflection Coatings Produced via Magnetron Sputtering / C.J. Ruud, A. Cleri, J.-P. Maria, N.C. Giebink // Nano Letters - 2022. -T. 22 - № 18 - C.7358-7362.

52. Bhatt V. Silicon dioxide films by RF sputtering for microelectronic and MEMS applications / V. Bhatt, S. Chandra // Journal of Micromechanics and Microengineering - 2007. - T. 17 - № 5 - C.1066-1077.

53. Zhao C. Effect of sputtering power on the properties of SiO2 films grown by radio frequency magnetron sputtering at room temperature / C. Zhao, L. Zhao, J. Liu, Z. Liu, Y Chen // Optical and Quantum Electronics - 2021. - T. 53 - № 1 - C.15.

54. Wu W.-F. Properties of radio frequency magnetron sputtered silicon dioxide films / W.-F. Wu, B.-S. Chiou // Applied Surface Science - 1996. - T. 99 - № 3 - C.237-243.

55. Choi W.K. Densification of radio frequency sputtered silicon oxide films by rapid thermal annealing / W.K. Choi, C.K. Choo, K.K. Han, J.H. Chen, F.C. Loh, K.L. Tan // Journal of Applied Physics - 1998. - T. 83 - № 4 - C.2308-2314.

56. Shi J. Ultraviolet (340-390 nm), room temperature, photoluminescence from InAs nanocrystals embedded in SiO2 matrix / J. Shi, K. Zhu, Q. Zheng, L. Zhang, L. Ye, J. Wu, J. Zuo // Applied Physics Letters - 1997. - T. 70 - № 19 - C.2586-2588.

57. Tyschenko I.E. Raman shifts and photoluminescence of the InSb nanocrystals ion beam-synthesized in buried SiO2 layers / I.E. Tyschenko, V.A. Volodin, A.G. Cherkov, M. Stoffel, H. Rinnert, M. Vergnat, V.P. Popov // Journal of Luminescence

- 2018. - T. 204 - C.656-662.

58. Bokov D. Nanomaterial by sol-gel method: synthesis and application / D. Bokov, A. Turki Jalil, S. Chupradit, W. Suksatan, M. Javed Ansari, I.H. Shewael, G.H. Valiev, E. Kianfar // Advances in Materials Science and Engineering - 2021. - T. 2021 - №2

1 - C.5102014.

59. Parashar M. Metal oxides nanoparticles via sol-gel method: a review on synthesis, characterization and applications / M. Parashar, V.K. Shukla, R. Singh // Journal of Materials Science: Materials in Electronics - 2020. - T. 31 - № 5 - C.3729-3749.

60. Klein L.C. Kinetics of the sol/gel transition / L.C. Klein, G.J. Garvey // Journal of Non-Crystalline Solids - 1980. - T. 38-39 - C.45-50.

61. Yang H. Sol-gel synthesis and photoluminescence of III-V semiconductor InAs nanocrystals embedded in silica glasses / H. Yang, X. Yao, D. Huang, X. Wang, B. Zhang, S. Liu, Y. Fang // Journal of nanoscience and nanotechnology - 2005. - T. 5

- № 5 - C.786-789.

62. Aoki K. Dependence of Raman frequencies and scattering intensities on pressure in GaSb, InAs, and InSb semiconductors / K. Aoki, E. Anastassakis, M. Cardona // Physical Review B - 1984. - T. 30 - № 2 - C.681-687.

63. Tyschenko I. Raman scattering and photoluminescence in In+ and As+ ion-implanted SiO2 layers encapsulated with Si3N4 / I. Tyschenko, Z. Si, V. Volodin, S. Cherkova, V. Popov // Physica B: Condensed Matter - 2023. - T. 667 - C.415201.

64. Shimizu-Iwayama T. Mechanism of photoluminescence of Si nanocrystals in SiO

2 fabricated by ion implantation: the role of interactions of nanocrystals and oxygen / T. Shimizu-Iwayama, D.E. Hole, I.W. Boyd // Journal of Physics: Condensed Matter - 1999. - T. 11 - № 34 - C.6595-6604.

65. Wang X.X. Origin and evolution of photoluminescence from Si nanocrystals embedded in a SiO2 matrix / X.X. Wang, J.G. Zhang, L. Ding, B.W. Cheng, W.K.

Ge, J.Z. Yu, Q.M. Wang // Physical Review B - 2005. - T. 72 - № 19 - C.195313.

128

66. Jambois O. Photoluminescence and electroluminescence of size-controlled silicon nanocrystallites embedded in SiO2 thin films / O. Jambois, H. Rinnert, X. Devaux, M. Vergnat // Journal of Applied Physics - 2005. - Т. 98 - № 4 - С.046105.

67. Skorupa W. Room-temperature, short-wavelength (400-500 nm) photoluminescence from silicon-implanted silicon dioxide films / W. Skorupa, R.A. Yankov, I.E. Tyschenko, H. Fröb, T. Böhme, K. Leo // Applied Physics Letters -

1996. - Т. 68 - № 17 - С.2410-2412.

68. Kanzawa Y. Size-dependent near-infrared photoluminescence spectra of Si nanocrystals embedded in SiO2 matrices / Y. Kanzawa, T. Kageyama, S. Takeoka, M. Fujii, S. Hayashi, K. Yamamoto // Solid State Communications - 1997. - Т. 102 - № 7 - С.533-537.

69. Yue L. Studies on room temperature characteristics and mechanism of visible luminescence of Ge-SiO2 thin films / L. Yue, Y. He // Journal of Applied Physics -

1997. - Т. 81 - № 6 - С.2910-2912.

70. Takagahara T. Theory of the quantum confinement effect on excitons in quantum dots of indirect-gap materials / T. Takagahara, K. Takeda // Physical Review B -1992. - Т. 46 - № 23 - С.15578-15581.

71. Maeda Y Visible photoluminescence from nanocrystallite Ge embedded in a glassy SiO 2 matrix: Evidence in support of the quantum-confinement mechanism / Y. Maeda // Physical Review B - 1995. - Т. 51 - № 3 - С.1658-1670.

72. Skuja L. Laser-induced color centers in silica / под ред. G.J. Exarhos, A.H. Guenther, M.R. Kozlowski, K.L. Lewis, M.J. Soileau. Boulder, CO, 2001. - 155с.

73. Salh R. Concentration and Annealing Effects on Luminescence Properties of Ion-Implanted Silica Layers / R. Salh // Journal of Atomic, Molecular, and Optical Physics - 2011. - Т. 2011 - С.1-7.

74. Гриценко В.А. Диэлектрики в наноэлектронике / В. А. Гриценко, И. Е. Тысченко, В. П. Попов, Т. В. Перевалов, А. Л. Асеев - Изд-во Сибирского отделения Российской академии наук, 2010.

75. Beena D. Photoluminescence in laser ablated nanostructured indium oxide thin films / D. Beena, K.J. Lethy, R. Vinodkumar, A.P. Detty, V.P. Mahadevan Pillai, V. Ganesan // Journal of Alloys and Compounds - 2010. - Т. 489 - № 1 - С.215-223.

76. Yeh P.H. Metal nanocrystals as charge storage nodes for nonvolatile memory devices / P.H. Yeh, L.J. Chen, P.T. Liu, D.Y Wang, T.C. Chang // Electrochimica Acta - 2007. - Т. 52 - № 8 - С.2920-2926.

77. Hu C.-W. High Density Ni Nanocrystals Formed by Coevaporating Ni and SiO[sub 2] Pellets for the Nonvolatile Memory Device Application / C.-W. Hu, T.-C. Chang, C.-H. Tu, Y-H. Huang, C.-C. Lin, M.-C. Chen, F.-S. Huang, S.M. Sze, T.-Y. Tseng // Electrochemical and Solid-State Letters - 2010. - Т. 13 - № 3 - C.H49.

78. Baron T. Growth of Si nanocrystals on alumina and integration in memory devices / T. Baron, A. Fernandes, J.F. Damlencourt, B. De Salvo, F. Martin, F. Mazen, S. Haukka // Applied Physics Letters - 2003. - Т. 82 - № 23 - С.4151-4153.

79. Chen S.-C. Formation and nonvolatile memory characteristics of W nanocrystals by in-situ steam generation oxidation / S.-C. Chen, T.-C. Chang, C.-M. Hsieh, H.-W. Li, S.M. Sze, W.-P. Nien, C.-W. Chan, F.-S. Yeh(Huang), Y-H. Tai // Thin Solid Films - 2010. - Т. 519 - № 5 - С.1677-1680.

80. Kapetanakis E. Charge storage and interface states effects in Si-nanocrystal memory obtained using low-energy Si+ implantation and annealing / E. Kapetanakis, P. Normand, D. Tsoukalas, K. Beltsios, J. Stoemenos, S. Zhang, J. Van Den Berg // Applied Physics Letters - 2000. - Т. 77 - № 21 - С.3450-3452.

81. Lin C.-C. Charge storage characteristics of Mo nanocrystal dependence on Mo oxide reduction / C.-C. Lin, T.-C. Chang, C.-H. Tu, W.-R. Chen, C.-W. Hu, S.M. Sze, T.-Y Tseng, S.-C. Chen, J.-Y Lin // Applied Physics Letters - 2008. - Т. 93 - № 22 - С.222101.

82. Chang T.C. A method for fabricating a superior oxide/nitride /oxide gate stack / T.C. Chang, S.T. Yan, P.T. Liu, M.C. Wang, S.M. Sze // Electrochemical and Solid-State Letters - 2004. - Т. 7 - № 7 - C.G138.

83. Hocevar M. InAs nanocrystals on Si O2 Si by molecular beam epitaxy for memory applications / M. Hocevar, P. Regreny, A. Descamps, D. Albertini, G. Saint-Girons,

130

A. Souifi, M. Gendry, G. Patriarche // Applied Physics Letters - 2007. - Т. 91 - № 13.

84. Hocevar M. Large improvement of data retention in nanocrystal-based memories on silicon using InAs quantum dots embedded in SiO2 / M. Hocevar, N. Baboux, A. Poncet, M. Gendry, A. Souifi // Transactions on Electron Devices - 2009. - Т. 56 -№ 11 - С.2657-2663.

85. Риссел Х. Ионная имплантация / Х. Риссел, И. Руге - Москва: Наука, 1983.-360c.

86. Williams J.S. Ion implantation and beam processing / J. S. Williams, J. M. Poate -Sydney New York: Academic Press, 1984.- 491c.

87. Nastasi M.A. Ion implantation and synthesis of materials / M. A. Nastasi, J. W. Mayer - Berlin: Springer, 2006.

88. Ташлыкова-Бушкевич И.И. Метод резерфордовского обратного рассеяния при анализе состава твердых тел: учебно-методическое пособие / И. И. Ташлыкова-Бушкевич - Минск: БГУИР, 2003.- 52c.

89. Rubin Sylvan. Chemical analysis of surfaces by nuclear methods / Sylvan. Rubin, T.O. Passell, L.E. Bailey // Analytical Chemistry - 1957. - Т. 29 - № 5 - С.736-743.

90. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика / К. Н. Мухин - Санкт-Петербург: Лань, 2009.- 21c.

91. Laricchiuta G. Rutherford backscattering spectrometry analysis of InGaAs nanostructures / G. Laricchiuta, W. Vandervorst, I. Vickridge, M. Mayer, J. Meersschaut // Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films - 2019. - Т. 37 - № 2 - С.020601.

92. Gardiner D.J. Practical Raman spectroscopy / D. J. Gardiner, P. R. Graves - Berlin New York Paris [etc.]: Springer, 1989.

93. Cialla-May D. Theoretical principles of Raman spectroscopy / D. Cialla-May, M. Schmitt, J. Popp // Physical Sciences Reviews - 2019. - Т. 4 - № 6.

94. Zhang X. Review on the Raman spectroscopy of different types of layered materials / X. Zhang, Q.-H. Tan, J.-B. Wu, W. Shi, P.-H. Tan // Nanoscale - 2016. - Т. 8 - № 12 - С.6435-6450.

95. Shipp D.W. Raman spectroscopy: techniques and applications in the life sciences / D.W. Shipp, F. Sinjab, I. Notingher // Advances in Optics and Photonics - 2017. - Т. 9 - № 2 - С.315.

96. Wu J.-B. Raman spectroscopy of graphene-based materials and its applications in related devices / J.-B. Wu, M.-L. Lin, X. Cong, H.-N. Liu, P.-H. Tan // Chemical Society Reviews - 2018. - Т. 47 - № 5 - С.1822-1873.

97. Kuhar N. Challenges in application of Raman spectroscopy to biology and materials / N. Kuhar, S. Sil, T. Verma, S. Umapathy // RSC Advances - 2018. - Т. 8 - № 46 - С.25888-25908.

98. Orlando A. A comprehensive review on Raman spectroscopy applications / A. Orlando, F. Franceschini, C. Muscas, S. Pidkova, M. Bartoli, M. Rovere, A. Tagliaferro // Chemosensors - 2021. - Т. 9 - № 9 - С.262.

99. Long D.A. The Raman Effect: A Unified Treatment of the Theory of Raman Scattering by Molecules / D. A. Long - Wiley, 2002. Вып. 1.

100. Begley R.F. Coherent anti-Stokes Raman spectroscopy / R.F. Begley, A.B. Harvey, R.L. Byer // Applied Physics Letters - 1974. - Т. 25 - № 7 - С.387-390.

101. Makimura T. Silicon nanoparticles embedded in SiO2 films with visible photoluminescence / T. Makimura, Y. Kunii, N. Ono, K. Murakami // Applied Surface Science - 1998. - Т. 127-129 - С.388-392.

102. Guerrero-Martínez A. Recent progress on silica coating of nanoparticles and related nanomaterials / A. Guerrero-Martínez, J. Pérez-Juste, L.M. Liz-Marzán // Advanced Materials - 2010. - Т. 22 - № 11 - С.1182-1195.

103. Gogoi H. Photoluminescent silica nanostructures and nanohybrids / H. Gogoi, S. Banerjee, A. Datta // ChemPhysChem - 2022. - Т. 23 - № 18 - C.e202200280.

104. Nikitin T. Optical and structural properties of Si nanocrystals in SiO2 films / T. Nikitin, L. Khriachtchev // Nanomaterials - 2015. - Т. 5 - № 2 - С.614-655.

105. Sukumar Basu Crystalline silicon - properties and uses / Sukumar Basu -Erscheinungsort nicht ermittelbar: IntechOpen, 2011.- 1c.

106. Baer D.R. Characterization of Thin Films and Coatings Elsevier, 2010. - 749-864с.

107. Erbe A. How to probe structure, kinetics, and dynamics at complex interfaces in situ and operando by optical spectroscopy Elsevier, 2018. - 199-219с.

108. Lower S.K. The triplet state and molecular electronic processes in organic molecules / S.K. Lower, M.A. El-Sayed // Chemical Reviews - 1966. - Т. 66 - № 2

- С.199-241.

109. McClure D.S. Triplet-singlet transitions in organic molecules. lifetime measurements of the triplet state / D.S. McClure // The Journal of Chemical Physics

- 1949. - Т. 17 - № 10 - С.905-913.

110. Тысченко И.Е. Ионный синтез нанокристаллов InSb в захороненном слое SiO2 структуры кремний-на-изоляторе / И.Е. Тысченко, М. Фельсков, А.Г. Черков, В.П. Попов // Физика и техника полупроводников - 2014. - Т. 48 - № 9

- С.1228.

111. Тысченко И.Е. Диффузия атомов In в пленках SiO2, имплантированных ионами As+ / И.Е. Тысченко, M. Voelskow, С. Чжунбинь, В.П. Попов // Физика и техника полупроводников - 2021. - Т. 55 - № 3 - С.217.

112. Tyschenko I. Enhanced InAs phase formation in the In+- and As+-implanted SiO2 films covered with Si3N4 layers / I. Tyschenko, Z. Si, V. Volodin, S. Cherkova, V. Popov // Materials Letters - 2023. - Т. 338 - С.134041.

113. Volodin V.A. Improved model of optical phonon confinement in silicon nanocrystals / V.A. Volodin, V.A. Sachkov // Journal of Experimental and Theoretical Physics - 2013. - Т. 116 - № 1 - С.87-94.

114. Antonatos N. Acetonitrile-assisted exfoliation of layered grey and black arsenic: contrasting properties / N. Antonatos, V. Mazanek, P. Lazar, J. Sturala, Z. Sofer // Nanoscale Advances - 2020. - Т. 2 - № 3 - С.1282-1289.

115. Ruppin R. Optical phonons of small crystals / R. Ruppin, R. Englman // Reports on Progress in Physics - 1970. - Т. 33 - № 1 - С.149-196.

116. Tyschenko I.E. Raman scattering in InSb spherical nanocrystals ion-synthesized in silicon-oxide films / I.E. Tyschenko, V.A. Volodin, V.P. Popov // Semiconductors

- 2019. - Т. 53 - № 4 - С.493-498.

117. Тысченко И.Е. Фотолюминесценция и распределение атомов в плёках SiO2, имплантированных ионами In+ и As+ Минск: БГУ, 2023. - 455-457с.

118. Тысченко И.Е. Фотолюминесценция в видимом спектральном диапазоне плёнок SiO2, имплантированных ионами In+ и As+ / И.Е. Тысченко, Ч. Сы, С.Г. Черкова, В.П. Попов // Автометрия - 2024. - № 1 - С.59-65.

119. Tyschenko I. Visible room-temperature emission and excitation photoluminescence in In+- and As+-co-implanted SiO2 films / I. Tyschenko, R. Batalov, A. Shmelev, Z. Si, V. Volodin, V. Popov // Journal of Luminescence - 2024.

- Т. 269 - С.120534.

120. Godefroo S. Classification and control of the origin of photoluminescence from Si nanocrystals / S. Godefroo, M. Hayne, M. Jivanescu, A. Stesmans, M. Zacharias, O.I. Lebedev, G. Van Tendeloo, V.V. Moshchalkov // Nature Nanotechnology - 2008.

- Т. 3 - № 3 - С.174-178.

121. Averboukh B. Luminescence studies of a Si/SiO2 superlattice / B. Averboukh, R. Huber, K.W. Cheah, YR. Shen, G.G. Qin, Z.C. Ma, W.H. Zong // Journal of Applied Physics - 2002. - Т. 92 - № 7 - С.3564-3568.

122. Efros A.L. Interband light absorption in semiconductor spheres / A.L. Efros, Al.L. Efros // Soviet physics. Semiconductors - 1982. - Т. 16 - С.772-775.

123. Rebohle L. Blue photo- and electroluminescence of silicon dioxide layers ion-implanted with group IV elements: / L. Rebohle, J. Von Borany, H. Frob, W. Skorupa // Applied Physics B Lasers and Optics - 2000. - Т. 71 - № 2 - С.131-151.

124. Marian C.M. Spin-orbit coupling and intersystem crossing in molecules / C.M. Marian // WIREs Computational Molecular Science - 2012. - Т. 2 - № 2 - С.187-203.

Список публикаций автора по теме диссертации

1. Тысченко И.Е. Фотолюминесценция в видимом спектральном диапазоне плёнок SiO2, имплантированных ионами In+ и As+ / И.Е. Тысченко, Ч. Сы, С.Г. Черкова, В.П. Попов // Автометрия - 2024. - № 1 - С.59-65. (Q4)

DOI: 10.15372/AUT20240106

2. Tyschenko I. Visible room-temperature emission and excitation photoluminescence in In+- and As+-co-implanted SiO2 films / I. Tyschenko, R. Batalov, A. Shmelev, Z. Si, V. Volodin, V. Popov // Journal of Luminescence - 2024. - Т. 269 - С.120534. (Q2) DOI: 10.1016/j.jlumin.2024. 120534

3. Tyschenko I. Raman scattering and photoluminescence in In+ and As+ ion-implanted SiO2 layers encapsulated with Si3N4 / I. Tyschenko, Z. Si, V. Volodin, S. Cherkova, V. Popov // Physica B: Condensed Matter - 2023. - Т. 667 - С.415201. (Q2) DOI: 10.1016/j.physb.2023. 415201

4. Tyschenko I.E. Photoluminescence and atom profiles in the In+ and As+ co-implanted SiO2 films / I.E. Tyschenko, Zh. Si, S. Cherkova, V.P. Popov // Proceedings of the 15th International Conference on Interaction of Irradiation with Solids - Minsk: BSU - 2023, - С.455-457.

ISSN:2663-9939

5. Tyschenko I. Enhanced InAs phase formation in the In+- and As+-implanted SiO2 films covered with Si3N layers / I. Tyschenko, Z. Si, V. Volodin, S. Cherkova, V. Popov // Materials Letters - 2023. - Т. 338 - С.134041. (Q2)

DOI: 10.1016/j.matlet.2023.134041

6. Тысченко И.Е. Диффузия атомов In в пленках SiO2, имплантированных ионами As+ / И.Е. Тысченко, M. Voelskow, Ч. Сы, В.П. Попов // Физика и техника полупроводников - 2021. - Т. 55 - № 3 - С.217. (Q3)

DOI: 10.21883/FTP.2021.03. 50597.9557