Спосіб одержання фотолюмінесцентної плівки з германієвими квантовими точками

Спосіб одержання фотолюмінесцентної плівки з германієвими квантовими точками імпульсним 3 19622 4 осаджено з перенасичених парів GeO з послідуюопромінення від 2,9 до 3,2Дж/см2 максимум зсувачим відпалом при Та=550-680°С протягом 15 хвився від 2,8 до 3,5еВ. При цьому середні розміри лин [14]. До недоліків цих методів слід віднести Ge НК зменшувались від 8-9 до 3нм. Зі збільшенобмеженість енергії випромінення, малі інтенсивням відстані на підкладці від осі факела від 2 до ності та стабільність ФЛ, двостадійність процесу, 8мм максимум спектра зсувався від 2,8 до 3,2еВ. неконтрольованість розмірів Ge HK та ін. До недоліків прототипу слід віднести: Відомі способи одержання фл плівок з Ge, Si - вузький діапазон спектрів ФЛ, відсутність маKT, в яких Ge, Si HK занурені не в їх оксидні матксимумів ФЛ при енергіях менших за 2,45еВ та ФЛ риці [15, 16]. Максимуми концентрацій Ge та Si HK при енергіях менших за 2,0еВ, в GeO2 та SiO2 обмежені. Відстань між HK в цих - недостатню інтенсивність ФЛ, матрицях для квантового обмеження повинна бути - недостатню стабільність ФЛ під дією опромібільшою ніж 2-3нм. Це пов'язано з тим, що відноснення азотним лазером, ні діелектричні проникливості SiO2 та GeO2 малі - використання коштовного лазера та коштовних ексимерів. ( (SiO2)=3,9, (GeO2)=2,59). Шукають альтернативВ основу корисної моделі покладено задачу ні матеріали матриць, в яких би ширина забороневдосконалення способу формування ФЛ плівок з ної зони була не дуже мала, але значення більGe KT щодо контрольованого розширення спектра шим ніж у SiO2 (так звані "high-К" діелектрики). З ФЛ в низькоенергетичну область, підвищення індругого боку, вимагають від цього діелектрика тенсивності ФЛ та її стабільності без використання термодинамічної стабільності, відсутності взаємокоштовного лазера та ексимерів. дії з Si, Ge, що призводить до формування їх оксиЗадача, що поставлена, досягається тим, що дів з великою щільністю поверхневих станів. формування ФЛ АІ2О3 плівки з Ge HK проводять В відомому способі [15] були сформовані Ge методом імпульсного лазерного осадження зворонаноструктури в AlN матриці на Si (111) підкладці тного потоку частинок ерозійного факела на підкпри температурі 500°С методом імпульсного лазеладку, що розташовують в площині мішені на відсрного осадження (ІЛО). Розміри Ge острівців склатані 2-15мм від осі ерозійного факела шляхом дії дали 15нм. При температурі 77К спостерігали ФЛ з променем ІАГ:Nd3+ лазера з довжиною хвилі максимумом при 1,0еВ. Ширина забороненої зони 1,06мкм, густиною енергії j=5-20Дж/см2, тривалістю AlN становить 6,2еВ, а значення -9,14. Цей матеімпульсу 8-12нс, їх частотою 20-30Гц на германієріал придатний як бар'єрний шар для низькорозміву мішень, що містить плівку алюмінію в кількості рного германію. Використаний відомий метод ІЛО 1-2% по площині поверхні, в вакуумній камері при має переваги росту структур високої чистоти при тиску аргону рAr=13-100Па. низьких температурах підкладки. До недоліків споЗапропонований спосіб забезпечує в порівсобу належить низька інтенсивність ФЛ, обмеженянні з прототипом формування ФЛ АІ2О3 плівки з ність спектру низькоенергетичною областю, відсуGe HK, розширення діапазонів спектра ФЛ від 3,2 тність ФЛ при кімнатній температурі. до 1,4еВ, підвищення інтенсивності ФЛ на порядок Відомий спосіб [16] одержання фл плівок з за величиною, зменшення її нестабільності при дії АІ2О3 бар'єрним шаром. Ширина забороненої зони опромінення імпульсами азотного лазера, що не АІ2О3 майже така, як у SiO2, але =10, він термосперевищує 1-2%, з використанням дешевого лазетабільний. В [16] мішень з Si та АІ2O3 зазнавала ра, відповідно без використання коштовних ексиабляції імпульсами ІАГ:Nd3+ лазера в камері з за-6 мерів. лишковим тиском 8 10 Па. ФЛ при кімнатній темЕфекти покращення фотолюмінісцентних влапературі спостерігали тільки після відпалу в ваку-8 стивостей плівок зумовлені сукупністю параметрів умі (6 10 Па) при Та=500°С протягом 1 часу. Були запропонованого способу ІЛО, а саме режимом одержані сандвіч-структури Аl2О3/Si/Аl2О3 з ефекопромінення імпульсами IAГ:Nd3+ лазера мішені, тивним квантовим обмеженням. Спектр ФЛ мав тиском робочого газу, введенням алюмінію в мідосить вузькі піки при 368-347нм та поблизу шень, збільшеним діапазоном відстані підкладки 680нм. від осі факела - все це на відміну від прототипу. До недоліків способу належить його обмежеСпосіб реалізується наступним чином на устаність, спосіб дозволяє одержати плівки тільки з новці, схема якої наведена на Фіг.1. Проводиться низькорозмірним кремнієм, низька інтенсивність підготовка c-Ge мішені та c-Si підкладки, вилучаФЛ в широкій області спектра (1,4-3,2еВ), двостається травленням поверхневий оксид, інші забрудійність процесу, високотемпературний відпал, днення. Мішень складають з c-Ge, додають алювикористання коштовного високовакуумного обламіній, площина поверхні якого задається. Мішень днання. (5) та підкладку (6) розташовують в одній площині. За прототип обраний спосіб [17], в якому плівЗадають відстань підкладки в 2-15мм від осі факеки GeO2 з Ge НК були одержані імпульсним лазерла (4). Тиск в вакуумній камері (3) знижується до ним осадженням зворотного потоку частинок ерозалишкового (10-2Па), камера промивається інертзійного факела при скануванні Ge мішені в ним газом (2, 7), встановлюється його заданий атмосфері суміші гелію та аргону з тисками 650Па 3+ тиск. Промінь IAГ:Nd лазера (1), що працює в і 50Па відповідно при дозах опромінення j=2,3режимі модульованої добротності з =1,06мкм, 2,9Дж/см2. Лазерну абляцію здійснювали промезаданою щільністю енергій j=5-20Дж/см2, ti=8-12нс, нем ArF лазера (довжина хвилі = 193нм, частота f=20-30Гц, сканує мішень. Під дією променя лазеповторення та тривалість імпульсу f=3Гц і ti=15нc). ра виникає факел з Ge наночастинок (атомів, іонів, Підкладка знаходилась в площині мішені на відскластерів). Після адіабатичного його розширення в тані 2-8мм від осі ерозійного факела. Спектри ФЛ атмосфері робочого газу має місце розсіяння кінебули високоенергетичними, зі зменшенням дози 5 19622 6 тичної енергії гарячих частинок. Атоми Аl окислюНа Фіг.2 наведено спектри ФЛ з часовим розються до АІ2О3. Частинки охолоджуються та конділенням, що виміряні на підкладці на відстані 2мм денсуються в Ge HK з АІ2О3 оболонкою на підкла(кр.1) та 6мм (кр.2) від осі факела. Бачимо, що дці. Більш важкі Ge HK, більші за розміром, спектри ФЛ перекривають діапазон енергій 1,4осаджуються поблизу осі факела, більш легкі, ме3,2еВ; часи релаксації ФЛ становлять 50нс. Плівки нші за розміром, подалі від неї. Тобто, має місце одержані при дозі опромінення Ge мішені сепарація Ge HK за розмірами. Плівки формували j=5Дж/см2 та тиску аргону pAr=100Па. На Фіг.3 нана відстані від осі факела у вигляді клину по товведений спектр ФЛ з часовим діапазоном щині, яка лежала в діапазоні значень від десятків 0<