Origin of visible photoluminescence of Si-rich and N-rich silicon nitride films

• Autorzy: Komarov F. , Vlasukova L. , Parkhomenko J. , Milchanin O. , Żukowski P. , Mudryi A. , Żhyvulka V. , Żuk J. , Kopyciński P. , Murzalinov D.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2016.08.50

Warianty tytułu

PL

Pochodzenie widocznych fotoluminescencyjnych warstw azotku krzemu wzbogaconych Si i N

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Amorphous Si-rich and N-rich silicon nitride films were deposited by plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD) and, subsequently, annealed at 600, 800 and 1100ºC in Ar ambient. The different dependences of photoluminescence (PL) spectra on annealing temperatures were revealed for Si-rich and N-rich SiNx films. The origin of PL is discussed on the basis of band diagram depending on the x value and taking into account radiative defects in amorphous SiNx films. The PL spectra transformation after thermal treatment is explained by structural modification via competing process of creation and annealing defects.

PL

Amorficznie wzbogacony Si i N warstwy azotku krzemu zostały utworzony przez wspomagane plazmą osadzanie chemiczne z fazy gazowej (PECVD), a następnie wygrzany w temperaturze 600, 800 i 1100ºC w atmosferze Ar. Różne zależności widm fotoluminescencji (PL) w temperaturze wygrzewania zostały ujawnione dla wzbogaconych Si i N warstw SiNx. Pochodzenie PL omówiono w oparciu o schemat pasma w zależności od wartości x, z uwzględnieniem defektów radiacyjnych amorficznej warstwy SiNx. Transformacji widma PL po obróbce cieplnej jest wyjaśniona przez strukturalną modyfikację spowodowaną konkurencyjnymi procesami tworzenia się i wygrzewania defektów.

Słowa kluczowe

EN

visible photoluminescence; spectra transformation; amorphous films; light emission

PL

widma fotoluminescencyjne; widma transformacji; amorficzne warstwy; emisja światła

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 92, nr 8
• Strony: 184--186
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., wykr.

Twórcy

autor

Komarov F.

• Belarusian State University; Minsk, Belarus

autor

Vlasukova L.

• Belarusian State University; Minsk, Belarus

autor

Parkhomenko J.

• Belarusian State University; Minsk, Belarus

autor

Milchanin O.

• Belarusian State University; Minsk, Belarus

autor

Żukowski P.

• Lublin University of Technology, Lublin, Poland

autor

Mudryi A.

• Scientific and Practical Materials Research Center, National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Belarus

autor

Żhyvulka V.

• Scientific and Practical Materials Research Center, National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Belarus

autor

Żuk J.

• Maria Curie-Sklodowska University, Lublin, Poland

autor

Kopyciński P.

• Maria Curie-Sklodowska University, Lublin, Poland

autor

Murzalinov D.

• L.N. Gumilyov Eurasian National University, Astana, Kazakhstan

Bibliografia

• [1] Singh S.P., Srivastava P., Ghosh S., Khan S.A., Oton C.J., Prakash G.V., Phase evolution and photoluminescence in asdeposited amorphous silicon nitride films, Scripta Materialia, 63 (2010), 605-608
• [2] Zeng X.X., Liao W., Wen G., Wen X., Zheng W., Structural evolution and photoluminescence of annealed Si-rich nitride with Si quantum dots prepared by plasma enhanced chemical vapor deposition, J. Appl. Phys., 115 (2014), 154314 (6 pages)
• [3] Sain B., Das D., Tunable photoluminescence from nc-Si/a-SiNx:H quantum dot thin films prepared by ICP-CVD, Phys. Chem. Phys., 15 (2013), 3881-3888
• [4] Nguyen P.D., Kepaptsoglou D.M., Ramasse Q.M., Olsen A., Direct observation of quantum confinement of Si nanocrystals in Si-rich nitrides, Physical Review B., 85 (2012), 085315 (8 pages)
• [5] Ko C., Joo J., Han M., Park B.Y., So J.H., Park K., Annealing effects on the photoluminescence of amorphous silicon nitride films, J. Korean Phys. Soc., 48 (2006), 1277-1280
• [6] Bommali R. K., Singh S.P., Rai S., Mishra P., Sekhar B.R., Prakash G.V., Srivastava P., Excitation dependent photoluminescence study of Si-rich a-SiNx:H thin films, J. Appl. Phys., 112 (2012), 123518 (6 pages)
• [7] Jang S., Han M., RF power control for fabricating amorphous silicon nitride without Si-nanocrystals and its effect on defects and luminescence, Journal of Alloys and Compounds., 614 (2014), 102-106
• [8] Wang M., Xie M., Ferraioli L., Yuan Z., Li D., Yang D.,Pavesi L., Light emission properties and mechanism of lowtemperature prepared amorphous SiNX films. I. Roomtemperature band tail states photoluminescence, J. Appl. Phys., 104 (2008), 083504 (4 pages).
• [9] Xie M., Li D., Wang F., Yang D., Luminescence properties of silicon-rich silicon nitride films and light emitting devices, ECS Transactions., 35 (2011), nr. 18, 3-19.
• [10] Kistner J., Chen X., Wenig Y., Strunk H.P., Schubert M.B., Werner J.H., Photoluminescence from silicon nitride – no quantum effect, J. Appl. Phys., 110 (2011), 023520 (5 pages).
• [11] Hiller D., Zeleninat A., Gutsch S., Dyakov S.A., Lopez- Vidrier L., Estrade S., Peiro F., Garrido B., Valenta J., Korinek M., Trojanek F., Maly P., Schnabel M., Weiss C., Janz S., Zachrias M., Absence of quantum confinement effects in the photoluminescence of Si3N4-embedded Si nanocrystals, J. Appl. Phys., 115 (2014), 204301 (9 pages)
• [12] Robertson J., Defects and hydrogen in amorphous silicon nitride, Philosophical Magazine B., 69 (1994), nr.2, 307-326.
• [13] Warren W. L., Robertson J., Kanicki J., Si and N dangling bond creation in silicon nitride thin films, Appl. Phys. Lett., 63 (1993), 2685-2687
• [14] Yan B., Dias da Silva J.H., Taylor P.C., Non J., Defect structure in nitrogen-rich amorphous silicon nitride films, Cryst. Solids., 227 (1998), 528-532
• [15] Kanicki J., Warren W.L., Seager C.H., Crowder M.S., Lenahan P.M., Microscopic origin of the light-induced defects in hydrogenated nitrogen-rich amorphous silicon nitride films, J. of Non-crystalline., 137 (1991), 291-294
• [16] Warren W.L., Seager C.H., Robertson J., Kanicki J., Poindexter E.H., Creation and properties of nitrogen dangling bond defects in silicon nitride thin films, J. Electrochem. Soc. V., 143 (1996), nr.11, 3685-3691

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.