ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С СИСТЕМАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ НАНОКРИСТАЛЛЫ КРЕМНИЯ

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С

СИСТЕМАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ НАНОКРИСТАЛЛЫ КРЕМНИЯ

В.А. Терехов1, С.Ю. Турищев1, К.Н. Панков1, И.Е. Занин1, Э.П. Домашевская1, Д.И. Тетельбаум2, А.Н. Михайлов2,

А.И. Белов2, Д.Е. Николичев2, С.Ю. Зубков2

1 – Воронежский государственный университет, 394006, Университетская пл.1, Воронеж, [email protected], www.phys.vsu.ru/ssp

2 - Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, 603950, Нижний Новгород

В.А. Терехов, 2010

В.А. Терехов, 2010* G. Ledoux et. al. Applied Physics Letters, Volume 80, Number 25, 2002, P. 4834

Зависимость энергии максимума фотолюминесценции от среднего

диаметра наночастиц кремния. [*]

АКТУАЛЬНОСТЬ

Возможность получения фотолюминесценции в видимом и

ближнем ИК диапазоне при комнатной температуре на нанокристаллах кремния

Изменение цвета ФЛ при сепарации наночастиц кремния по размеру. [*]


УЛЬТРАМЯГКАЯ РЕНТГЕНОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ КАК МЕТОД АТТЕСТАЦИИ ЛОКАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ

АТОМОВ В ТОНКИХ СЛОЯХSi L2,3 USXES

Si L2,3 XANES

5 eV

Свойства и характеристики синхротронного излучения

Большая яркость источника - большая чувствительность и скорость измерений.

Спектр СИ - возможность получения монохроматических пучков рентгеновских лучей с настраиваемой длиной волны в широком диапазоне энергий.

Поляризованность излучения и возможность ей управлять - возможность исследования упорядоченных по спину систем, например магнитных.

Импульсный характер и малая длительность импульсов - возможность изучать быстро протекающие процессы (взрывы, фазовые переходы, химические реакции).

Естественная высокая коллимированность - увеличивается контраст и разрешающую способность.


Si L2,3 спектры XANES тонких пленок SiO2 содержащих нанокристаллы кремния сформированные при различном числе циклов набора общей дозы имплантации (=1017см-2) – слева. Справа - XANES спектры структур с дополнительно отожженными пленками SiO2.

Ионы кремния (Е = 140 кэВ) и суммарная доза =1017см-2 имплантировали в тонкие пленки SiO2 (510 нм), полученные термическим окислением пластин c-Si во влажном кислороде.- Образец 01. Доза 1017см-2, однократный отжиг (N2) в течение 2 часов.- Образец 02. Доза 5·1016cм-2, отжиг (N2) в течение 1 часа, два цикла.- Образец 03. Доза 3.3·1016cм-2, отжиг (N2) в течение 40 минут, три цикла.Вторая серия образцов (11, 12 и 13) с предварительным отжигом исходного окисла на воздухе при 1100 C в течение 3 часов перед имплантацией.

Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures - 2007. - 38, - P. 16 - 20.

Наночастицы кремния в матрице SiO2 сформированные ионной имплантацией и отжигами


(а) ФЛ спектры исходных пленок SiOx

(b, c, d) ФЛ спектры отожженных пленок SiOx (900 - 1100 °C)для трех температур подложки: 250 °C (1), 300 °C (2), 350 °C (3).

Фотолюминесценция структур, содержащих нанокристаллы кремния

сформированных отжигом пленок SiOx


Исследования состава пленок SiOx

Si 2p-спектры XPS пленки SiO2:nc-Si/Si (Ts=300 C) после отжига 1100 C, подвергнутой послойному ионному травлению

SiO2

SiO1.3

a-Si

c-Si

Слева: Si L2,3-USXES спектры исходного порошка SiO (a) и плёнок SiO2:nc-Si/Si, полученных при температуре подложки Ts=250 С с различными температурами отжига: b - без отжига, c - Ta=1000 C, d - Ta=1100 C. Сплошные линии - модельные спектры.Справа: спектры эталонов


XANES исследования: “эффект обращенной интенсивности”

Слева: Si L2,3 XANES спектры пленок SiO2:nc-Si/Si: a - d полученных при температурных режимах Ts=250°C, a) Ta=0°C, b) Ta=900°C, c) Ta=1000°C, d) Ta=1100°C. е - пленка с Ts=350°C и Ta=1100°C. Угол скольжения синхротронного излучения 90°.Справа: Si L2,3 XANES спектры пленок SiO2:nc-Si/Si (Ts=250°C и Ta=1100°C) полученные при разных углах скольжения синхротронного излучения : a-90°, b-60°, c-30°, d-10°.

Аномальный спектр квантового выхода и изменение в его поведении при уменьшении угла скольжения может быть объяснено эффектами дифракции или интерференции.

Это не учитывается равенством:


XANES исследования: Угловая зависимость для эталонов

XANES Si L2,3-спектры с-Si при различных углах скольжения первичного пучка: a - 10o, b - 30o, c - 60o, d - 90o.

XANES Si L2,3-спектры SiO2 (60 нм) при различных углах

скольжения первичного пучка: a - 10o, b - 30o, c - 60o, d - 90o.


XANES исследования: “эффект обращенной интенсивности”

* M. Watanabe et. al. Nuclear science and techniques, Volume 17, Number 5, 2006, P. 257.** M. Kasrai et. al. Applied Surface Science, Volume 99, 1996, P. 303.

Si L2,3 спектры XANES в структурах LiF/Si/LiF [*]

Si L2,3 спектры XANES структур SiO2/Si [**]

βiα1n

2iΔ12

2iΔ2112

er1

errr

cosθλ

dn2Δ 2

c-Si

1 2 3 4hν e-

SiO

nc-Si

4

1’2’ 4’ 4’’

4’ 4’’

d

n1

n2

5 нм

60 нм

280 нм

2d sinθ = ½ λ

d~3.6÷6.2 нмМодель формирования внешнего фотоэффекта при взаимодействии ультрамягкого рентгеновского

излучения со структурой SiO2/SiO2:nc-Si/Si.

Модель взаимодействия ультрамягкого СИ с системой SiO2:nc-Si


Данная работа частично выполнена на the Synchrotron Radiation Center, University of Wisconsin-Madison, при поддержке NSF грант No.DMR-0537588.

Данная работа выполнена при поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры

инновационной России» на 2009-2013 годы»

Спасибо за внимание

Documents

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С СИСТЕМАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ НАНОКРИСТАЛЛЫ КРЕМНИЯ