Complex photoluminescence spectrum of Si nanostructures formed by the ion implantation and chemical etching

• Autorzy: Świątek Z. , Bonchyk A. , Fodchuk I. M. , Litvinchuk I. V. , Baliga W. , Michalec M. , Guśpiel J.

Warianty tytułu

PL

Złożone widmo fotoluminescencji nanostruktur krzemowych wytworzonych poprzez implantację jonową i trawienie chemiczne

• Konferencja: Symposium on Texture and Microstructure Analysis of Functionally Graded Materials SOTAMA-FGM (03-07.10.2004 ; Kraków, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Photoluminescence spectroscopy, AFM and non-destructive X-ray diffraction methods were used to study photoluminescence mechanism in silicon nanostructure formed by chemical etching on the n+-type, (111)- oriented Si wafer with buried heavily damaged (BHD) thin layer. The BHG layer was produced by the phosphorous ion implantation followed by thermal treatment in nitrogen atmosphere. The final nanostructures were formed (on a half of the implanted and non-implanted areas only) by electroless chemical etching. Implanted and non-implanted areas of the Si wafer were used as standards to observe changes in near-surface layers of silicon crystal during the nanostructure formation. We show that the porous silicon thin film produced by the ion implantation and chemical etching exhibits a room temperature photoluminescence at 400 — 700nm, while the thin porous silicon layer obtained on unimplanted substrate at &tilde550 - 750nm. The model of structural changes in the near-surface layers of the Si wafer after applied technological processes as well as the mechanisms of the elementary bands in photoluminescence spectra are proposed.

PL

W badaniach mechanizmu fotoluminescencji nanostruktury krzemowej wytworzonej w procesie trawienia chemicznego płytki krzemowej typu n+ o orientacji (111) i posiadającej silnie zdefektowana warstwę „zagrzebaną”, wykorzystano spektroskopię fotoluminescencji, mikroskop sił atomowych oraz nieniszczace metody dyfrakcji rentgenowskiej. Zagrzebaną warstwę zdefektowaną wytworzono w procesie implantacji jonów fosforu i obróbki termicznej. Podczas implantacji jonowej połowa płytki krzemowej była ekranowana. Ostateczne nanostruktury uzyskano (jedynie na połowie obszaru implantowanego i nieimplantowanego) w procesie trawienia chemicznego. W obserwacjach zmian strukturalnych w obszarach przypowierzchniowych kryształu krzemu zachodzących podczas formowania nanostruktury, obszary implantowany i nieimplantowany posłużyły jako wzorce. Nanokrystaliczna cienka warstwa krzemu otrzymana na drodze implantacji jonowej i trawienia chemicznego wykazuje fotoluminescencję w zakresie długosci fali od 400 do 700µ m, podczas gdy cienka warstwa krzemu porowatego — w zakresie od 550 do 750µ m. Przedstawiono model zmian strukturalnych w obszarach przypowierzchniowych płytki krzemowej wytworzonych w wyniku zastosowanych procesów technologicznych, jak również zaproponowano mechanizmy związane z pasmami elementarnymi w widmie fotoluminescencji.

Słowa kluczowe

EN

photoluminescence; Si nanostructure; ion impntation; chemical etching

PL

fotoluminescencja; nanostruktura krzemowa; implantacja jonowa; trawienie chemiczne

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 50, iss. 2
• Strony: 445--455
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Świątek Z.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. A. Krupkowskiego, Polska Akademia Nauk, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 25

autor

Bonchyk A.

• Institute for Applied Problems of Mechanics and Mathematics of Nasu, 3-B Naukova Str., 79601 Lvlv Ukraine

autor

Fodchuk I. M.

• Chernivtsi State University, 274012 Chernivtsi, 2 Kotsyubynsk, Ukraine

autor

Litvinchuk I. V.

• Chernivtsi State University, 274012 Chernivtsi, 2 Kotsyubynsky Str., Ukraine

autor

Baliga W.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. A. Krupkowskiego, Polska Akademia Nauk, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 25

autor

Michalec M.

• Wydział Chemii, Uniwersytet Jagielloński, 30-069 Kraków, ul. Ingardena 3

autor

Guśpiel J.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. A. Krupkowskiego, Polska Akademia Nauk, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 25

Bibliografia

• [1] L. T. Canham, Appl. Phys. Lett. 57, 1046 (1990).
• [2] A. G. Cullis, L. T. Canham, P. D. J. Calcott, J. Appl. Phys. 82, 909 (1997).
• [3] Z. Y. Xu, M. Gal, M. Gross, Appl. Phys. Lett. -bf60, 1375 (1992).
• [4] S. M. Prokes, Appl. Phys. Lett. 62, 3244 (1993).
• [5] A. M. Afanas'ev, P. A. Aleksandrov, R. M. Imamov. X-ray dirrraction of submicron layers, Nauka, Moska, 1989.
• [6] S. P. Zimin, Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov 34, 359 (2000) (in Russian).
• [7] M. E. Komnan, V. E. Harciev, I. Y. Shabanov, Fizika TVierdovo Tiela 39, 2137 (1997) (in Russian).
• [8] M. E. Komnan, I. Y. Shabanov, Fizika Tvierdovo Tiela 39, 1165 (1997) (in Russian).