Спосіб одержання фотолюмінісцентної плівки з германієвими квантовими точками

Спосіб одержання фотолюмінісцентної плівки з германієвими квантовими точками, що включає формування GeO2 плівки з германієвими нанокри 3 18609 4 З патенту США [7] відомий хімічний спосіб фоФЛ в низькоенергетичну область, підвищення інрмування SiO2 плівки, що містить Ge НК, з газової тенсивності ФЛ та її стабільності без використання фази органічних сполук Si, Ge та подальшого відкоштовного лазера та ексимерів. палу. Спосіб дозволяє одержати Ge КТ в вузькій Задача, що поставлена, досягається тим, що області спектра з максимумом при 600 нм. Недоліформування GеО2 плівки з Ge HK проводять меки стосуються: 1) слабкої інтенсивності та стабільтодом IЛО зі зворотнього потоку частинок ерозійності ФЛ, 2) неконтрольованості по забрудненню ного факелу на підкладку, що розташовують в домішками внаслідок невакуумних хімічних процеплощині мішені на відстані 2-15мм від осі ерозійносів, 3) двостадійності технології, без відпалу не го факелу шляхом дії променем IAГ:Nd3+ лазера з утворюються Ge КТ, немає ФЛ. довжиною хвилі 1.06мкм, густиною енергії j=5Сьогодні відомі лише перші спроби одержання 20Дж/см2, тривалістю імпульсу 8-12 не, їх частофл плівок GeO2 з Ge НК [10, 14, 15]. Відомий спотою 20-30Гц на германієву мішень, що містить зосіб формування таких плівок сумісним магнетронлото в кількості 1-2 відсотки по площині поверхні, в ним розпиленням Ge та GeO2 в аргоні з послідуювакуумній камері при тиску аргону рАr=13-200 Па. чим відпалом в азоті при Ta=350-4000C [10]. Зі Запропонований спосіб забезпечує в порівзбільшенням розмірів Ge НК положення максимунянні з прототипом розширення діапазонів спектра мів спектрів ФЛ зменшувалось від 1.5 до 0.9 еВ. ФЛ від 3.2 до 1.4еВ, підвищення інтенсивності ФЛ Інтенсивність ФЛ була низькою. До інших недоліків на порядок за величиною, зменшення її нестабільметоду відноситься його обмеженість низькоенерності при дії опромінення імпульсами азотного гетичною компонентою ФЛ, нестабільність ФЛ, лазера, що не перевищує декілька відсотків, з видвостадійність. користанням дешевого IAГ:Nd3+ лазера, відповідно Відомий спосіб [14] формування плівок GeO2 з без використання коштовних ексимерів. Ge НК використовує де композицію термодинамічЕфекти покращення фотолюмінесцентних не нестійкого твердофазного монооксиду гермавластивостей плівок зумовлені сукупністю параменію. трів запропонованого способу ІЛО, а саме режиВін пов'язаний з осадженням з перенасичених мом опромінення мішені, тиском робочого газу, парів монооксиду германію, або вирощуванням легуванням плівок золотом в процесі їх формугідратованого монооксиду германію з послідуючим вання, розширеним діапазоном відстані підкладки відпалом при температурах 550°С та 680°С протявід осі факела - все це на відміну від прототипу. гом 15 хвилин. Спосіб дозволяє одержати спектри Спосіб реалізується наступним чином на устаФЛ з максимумами в діапазоні енергій 1.6-2.7 еВ новці, схема якої наведена на Фіг.1. Проводиться для Ge KT з розмірами 1-3 нм. До недоліків методу підготовка c-Ge мішені та c-Si підкладки, вилучаслід віднести технологічну неконтрольованість ється травленням поверхневий оксид, інші забрурозмірів Si HK, його двостадійність, відсутність днення. Мішень складають чи тільки з c-Ge, чи керування інтенсивністю, спектром, стабільністю додають золото, площина поверхні якого задаєтьФЛ. ся. Мішень (5) та підкладку (6) розташовують в За прототип обраний спосіб [15], в якому пліводній площині. Задають відстань підкладки в 2ки GеО2 з Ge HK були одержані імпульсним лазе15мм від осі факела (4). Тиск в вакуумній камері рним осадженням (ІЛО) зі зворотнього потоку час(3) знижується до залишкового (10-2 Па), камера тинок ерозійного факелу при скануванні Ge мішені промивається інертним газом (2, 7), встановлюв атмосфері суміші гелію та аргону з тисками ється його заданий тиск. Промінь IAГ:Nd3+ лазера рHе=50 Па і рАr=50 Па відповідно при дозах опромі(1), що працює в режимі модульованої добротності нення j=2.3-2.9Дж/см2. Лазерну абляцію здійснюз =1.06мкм, заданою щільністю енергій j=5вали променем ArF лазера (довжина хвилі 20Дж/см2, ti=8-12 нс, f=20-30Гц, сканує мішень. Під =193нм, частота повторення та тривалість імпудією променя лазера виникає факел з Ge наночальсу f=3 Гц і ti=15 нc). Підкладка знаходилась в стинок (атомів, іонів, кластерів). Після адіабатичплощині мішені на відстані 2-8мм від осі ерозійного ного його розширення в атмосфері робочого газу факелу. Спектри ФЛ були високоенергетичними, зі має місце розсіяння кінетичної енергії гарячих часзменшенням дози опромінення від 2.9 до 3.2Дж/см тинок. Вони охолоджуються та конденсуються в максимум зсувався від 2.8 до 3.5 еВ. При цьому Ge HK з GeO2 оболонкою на підкладці. Більш важкі середні розміри Ge HK зменшувались від 8-9 до 3 Ge HK, більші за розміром, осаджуються поблизу нм. Зі збільшенням відстані на підкладці від осі осі факелу, більш легкі, менші за розміром, подалі факелу від 2 до 8мм максимум спектра зсувався від неї. Тобто, має місце сепарація Ge HK за розвід 2.8 до 3.2еВ. мірами. Плівки формували на відстані від осі фаДо недоліків прототипу слід віднести: кела від 2 до 15мм у вигляді клину по товщині, яка - вузький діапазон спектрів ФЛ, відсутність малежала в діапазоні значень від десятків до сотень ксимумів ФЛ при енергіях менших за 2.45 еВ та ФЛ нанометрів. Розміри Ge HK були від 1 -3 до 10при енергіях менших за 2.0 еВ; 20нм. - недостатня інтенсивність ФЛ; Ефективність способу, що заявляється, визна- недостатня стабільність ФЛ під дією опромічалась контролем спектрів ФЛ з часовим роздінення азотним лазером; ленням. Збудження ФЛ здійснювали променем - використання коштовного лазера та коштовазотного лазера ( =337 нм, ti=8 нс). Реєстрацію них ексимерів. сигналу ФЛ проводили стробоскопічним методом в В основу корисної моделі покладено задачу режимі рахунку фотонів. Стабільність ФЛ оцінювавдосконалення способу формування фл плівок з ли по зміні її інтенсивності в процесі опромінення Ge KT щодо контрольованого розширення спектра азотним лазером. 5 18609 6 Встановлено, що екситонна ФЛ Ge КТ визнакелу. Осадження проводили при рAr=13.5 Па, чається розмірами Ge HK, властивостями потенціj=20Дж/см2. Бачимо, що максимум спектра ФЛ знаходиться в високоенергетичній області спектра ального бар'єру Ge HK/GeOx (x 2), ступенем приг(2.6-2.9 еВ). Нижче наведено приклад реалізації нічення безвипромінювального каналу запропонованого способу. рекомбінації. Розміри Ge HK залежать від робочоПриклад Для одержання фл плівки з Ge КТ з го газу, його тиску, режимів опромінення мішені, максимумом стаціонарної ФЛ в низькоенергетичній присутності атомів золота. Атоми золота ще й наобласті спектру (~1.75еВ) та часом її релаксації сичують обірвані зв'язки Ge на поверхні HK та в 15мкс, високої інтенсивності та стабільності ФЛ GeOx фазі, що є центрами безвипромінювальної використовували метод IЛО зі зворотнього потоку рекомбінації. Більш того, вони є каталізаторами частинок ерозійного факелу на c-Si (КДБ-10, (100)) окислення GeOx до GeО2. Домішки кисню в аргоні підкладку, яку розташовували на відстані в 7мм від теж призводять до окислення Ge HK та GeOx фаосі факелу. Мішень містила c-Ge та золото в кільзи. кості 2 відсотки по площині поверхні. Вакуумну Встановлено, що при використанні IAГ:Nd3+ камеру заповнювали аргоном при рAr = 3.5 Па. лазера ( =1.06мкм, ti=8-12 не, f=20-30Гц) зі зменПроменем IAГ:Nd3+ лазера ( =1.06мкм, ti=10 не, шенням дози опромінення j від 2 до 5Дж/см2 змеf=25Гц) сканували мішень. Щільність енергії в ншуються розміри Ge HK, спектр ФЛ зміщується у промені встановлювали в 5Дж/см2. Швидкість росвисоко енергетичну область. Такий діапазон дози 2 ту плівки складала 7нм/хв. Збудження ФЛ здійсобумовлений тим, що більше значення (20Дж/см ) відповідає найбільшій енергії в імпульсі (0.2Дж), а нювали променем N2 лазера ( =338 нм, ti=8 нc). менше (5Дж/см2) - найменшій енергії, що необхідРеєстрацію спектра ФЛ проводили на автоматизона для випаровування достатньої кількості атомів ваному обладнанні в режимі рахунку фотонів з мішені для формування плівки товщиною в десятчасовим розділенням. Результати вимірів виявили, ки нанометрів. що запропонований спосіб одержання фл плівки з Виявлено, що зі збільшенням тиску аргону від Ge КТ призводить до контрольованих спектра ек13 до 200 Па збільшуються розміри Ge НК, спектр ситонної ФЛ (Фіг.2, кр. 3), часів релаксації (Фіг.2, ФЛ зміщується у низькоенергетичну область. Це кр.3 - 250 нс<