Спосіб виготовлення фотолюмінесцентної кремнієвої нанокластерної структури

Спосіб виготовлення фотолюмінесцентної кремнієвої нанокластерної структури, який включає нанесення на Si підкладку методом плазмохімічного осадження з газової фази плівки SiOx із показником заломлення n від 1,5 до 1,78 та відпал отриманої структури в атмосфері інертного газу, який відрізняється тим, що перед відпалом в плівку SiOx методом іонної імплантації вводять іони Аl+, дози яких складають від 0,4х1016 до 1,15х1016 іонів/см 2, а відпал проводять при температурі 1100-1200°С протягом 15-90хв. Винахід відноситься до оптоелектроніки і пов’язаний з методами формування фотолюмінесцентних плівок оксиду кремнію з вбудованими нанокристалами Si (Si-нк) та підвищенням інтенсивності фотолюмінесценції отриманих стр уктур. З моменту винайдення напівпровідникового транзистора (1947р.) і до сьогодні кремній залишається основним матеріалом мікроелектроніки. Створення на базі кремнію ефективного джерела випромінювання, виробництво якого сумісне з кремнієвою технологією виготовлення великих інтегральних схем, відкриває широкі перспективи для виготовлення недорогих інтегральних оптоелектронних мікросхем. На жаль, кремній, будучи непрямозонним напівпровідником, при кімнатній температурі має малу швидкість випромінюючої рекомбінації та низький квантовий вихід - 10-6 - 107 . Тому звичайний кремній не може використовуватися як ефективне джерело випромінювання. Проте в 1990р. Л.Т. Кенхем встановив, що пористий кремній, отриманий при електролізі кремнію в розчині HF, може випромінювати з великою ефективністю світло у видимому діапазоні спектру [див. - Canham L.T., Appl. Phys. Lett., 57, 1046(1990)]. Це відкриття зумовило активні дослідження, метою яких було створення ефективного кремнієвого джерела випромінювання. Але пористий кремній через свою високу хімічну активність, погані механічні властивості та ефект «старіння» був не найкращим матеріалом для цього. Більш перспективними в цьому плані виявилися матеріали на основі нанокластерів кремнію, вбудованих в оксидну матрицю. Видиму електролюмінесценцію в таких структура х ще в 1984р. спостерігав Ді Маріа [див. - DJ. DiMaria et al. J. Appl. Phys. Vol. 56, No. 2 (1984), p. 401-416.], але інтенсивні дослідження почалися тільки в 90-х pp. Створення плівок SiOx (x£2) з вбудованими кремнієвими нанокластерами можливе за допомогою методів, сумісних з кремнієвою технологією. Люмінесценція завдяки рекомбінації електроннодіркових пар, локалізованих в Si нанокластерах, сильно залежить від розміру нанокластерів та їх концентрації. Si нанокластери з діаметром, меншим 5нм виявляють інтенсивну люмінесценцію у видимій області спектру при кімнатній температурі. (19) UA (11) 85477 (13) C2 (21) a200709827 (22) 03.09.2007 (24) 26.01.2009 (46) 26.01.2009, Бюл.№ 2, 2009 р. (72) РОМАНЮК БОРИС МИКОЛАЙОВИЧ, U A, ПОПОВ ВАЛЕНТИН ГЕОРГІЙОВИЧ, UA, МЕЛЬНИК ВІКТОР П АВЛОВИЧ, UA, Г АМОВ ДМИТРО ВІКТОРОВИЧ, UA, ОБЕРЕМОК ОЛЕКСАНДР СТЕПАНОВИЧ, UA, ХАЦЕВИЧ ІГОР МИРОСЛАВОВИЧ, U A (73) ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ ІМ. В.Є.ЛАШКАРЬОВА Н АЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ, UA (56) L. Dal Negro et al. Light-emiting silicon-rich nitride systems and photonic structures.// Journal of Experimental Nanoscience.-2006.- V.1.-№.l -P. 2950. US 2006189014, 24.08.2006 US 2006180816, 17.08.2006 US 2006211267, 21.09.2006 3 85477 Енергія випромінюваних фотонів збільшується зі зменшенням розмірів нанокластерів. Встановлено, що при випромінюванні важливу роль відіграє межа поділу між Si нанокластером та SiO2. Тому покращення межі розділу між Si-нк та SiO2 є одним із методів для покращення інтенсивності люмінесценції. Для виготовлення таких стр уктур використовуються різні методи напилення плівок SiOx на кремнієву підкладку: радіочастотне розпилення, магнетронне розпилення, розпилення електронним променем, плазмохімічне осадження з парової фази, іонна імплантація та ін., з наступним високотемпературним відпалом. Максимум фотолюмінесценції (ФЛ) таких структур знаходиться в діапазоні від 590нм до 750нм. Проте такі матеріали мають низький зовнішній квантовий вихід (