ИСТИНА

В последнее время большой интерес уделяется структурам кремниевых нанокристаллов в матрице диоксида кремния, что объясняется их способностью к эффективной эмиссии света при оптическом возбуждении и, соответственно, перспективностью их применения для оптоэлектроники. Одним из методов формирования нанокристаллов Si является напыление на подложку тонкого слоя обогащенного кремнием оксида SiOx с последующим отжигом. При этом формирование нанокристаллов Si происходит при превышении некоторой критической температуры отжига, в то время как при более низких температурах образуются, по всей видимости, аморфные нанокластеры Si [1]. В настоящей работе проводится сравнительное исследование люминесцентных свойств кристаллических и аморфных нанокластеров кремния в матрице SiO2 и обсуждается возможность применения последних в светоизлучающих устройствах. Исследованные нами образцы изготовлялись путем напыления на подложку кварца слоя SiOx толщиной 0.5 мкм. После приготовления структуры отжигались в атмосфере азота при различных температурах в диапазоне от 350 до 1200 oС. Исследование оптических и структурных свойств образцов заключалось в измерении спектров и кинетик фотолюминесценции (ФЛ) и спектров комбинационного рассеяния света (КРС) и их последующем анализе. Была обнаружена немонотонная зависимость интенсивности ФЛ от температуры отжига, а именно, наблюдались два максимума интенсивности ФЛ при температурах 600 и 1100 oС, соответственно. Первый максимум может быть соотнесен с формированием аморфных нанокластеров, в то время как температура отжига около 1100 oС является, по-видимому, оптимальной для формирования кристаллических нанокластеров, обладающих максимальным выходом ФЛ. Предположение о кристаллической или аморфной структуре нанокластеров подтверждают данные КРС, согласно которым для образцов, отожженных при температурах ниже 900 oС, в стоксовой области спектра не наблюдается пик около 520 см-1, характерный для кристаллического кремния и присутствующий в спектрах КРС для образцов, отожженных при температурах выше 900 oС. Соответствующие изменения наблюдаются также в спектрах ФЛ, ширина которых скачком уменьшается в ~1.5 раза для последней группы образцов. Необъясненным пока остается тот факт, что по мере увеличения температуры отжига максимум спектра ФЛ равномерно сдвигается в сторону больших длин волн. Примечательно, что структуры с аморфными нанокластерами характеризуются довольно высоким выходом ФЛ (интегральная интенсивность ФЛ всего в ~4 раза меньше, чем для структур с кристаллическими нанокластерами). Этот факт в совокупности с низкой температурой отжига и возможностью сдвига максимума ФЛ дает основания говорить о возможном применении подобных структур в оптоэлектронике. 1. G. Franzo, S. Boninelli, D. Pacifici, F. Priolo, F. Iacona and C. Bongiorno, Sensitizing properties of amorphous Si clusters on the 1.54-µm luminescence of Er in Si-rich SiO2 // Appl. Phys. Lett., 2003, v. 82, p. 3871.