ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ИССЛЕДОВАНИИ СТРУКТУРНЫХ И ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОКРИСТАЛЛОВ InSb и InAs, СИНТЕЗИРОВАННЫХ ВЫСОКОДОЗНОЙ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИЕЙ В КРЕМНИИ Моховиков максим Александрович Научные руководители: д. ф.–м. н., профессор Комаров Ф.Ф. Преподаватель Позняков А.М. Белорусский Государственный Университет Минск, 2012 г. 1

Актуальность работы Одним из подходов к решению проблемы увеличения быстродействия будущих ИС является оптическая передача данных внутри кремниевого кристалла. Однако Si – п/п с непрямой электронной зонной и характеризуется низкой квантовой эффективность межзонной излучательной рекомбинации. Для создания источников света можно было бы «вживить» светодиоды, сделанные на основе узкозонных п/п A 3 B 5, в кристалл кремния. Но формирование таких гибридных систем в ИС технически трудноосуществимо, и привело бы к значительному усложнению производства и увеличению себестоимости. Лучшее решение светоизлучающий источник на основе самого кремния. Один из путей создания такого источника создание массивов нанокристаллов A 3 B 5 в матрице кристаллического кремния методом ионной имплантации с последующим отжигом. 2

Цель и задачи Исследовать оптические и структурные свойства самоорганизующихся квантовых точек InAs и InSb на Si подложке, полученных метод ионной имплантации с последующим высокотемпературным отжигом с использованием различных программных комплексов: HEAD SRIM Adobe Photoshop и др. 3

Методика эксперимента Образцы Si (100) имплантировали ионами: а) Sb + (350 кэВ, 3,5 х см -2 ) и In + (350 кэВ, 3,5 х см -2 ) б) As + (170 кэВ, 3,2 х см -2 ) и In + (250 кэВ, 2,8 х см -2 ) Имплантация проводилась при С Постимплантационная термообработка: С, 60 мин в инертной среде; С, 3 мин в среде аргона; С, 30 мин 4

Методы диагностики РОР, 1,4 МэВ, 2,5 МэВ, He + ПЭМ, Hitachi H-800, 200 кэВ Комбинационное рассеяние света, RAMANOR U-1000, дисперсионный спектрометр, измерение в геометрии обратного рассеяния, возбуждение лазером с λ = 532 нм, диапазон регистрации волновых чисел от 90 до 600 см -1 Низкотемпературная фотолюминесценция (гелиевый криостат), дисперсионный монохроматор с фокусным расстоянием 0,6 м, возбуждение аргоновым лазером с длиной волны λ = 514,5 нм, регистрация в спектральной области от 0,7 до 2 эВ, охлаждаемый InGaAs детектор 5

Спектр обратного Резерфордовского рассеяния Sn + Si: 350 кэВ, 7×10 16 см -2 без термообработки 6

Спектр обратного Резерфордовского рассеяния Sn + Si: 350 кэВ, 7×10 16 см -2 с анодированием отжиг 1100°С, 30 мин. в среде аргона 7

Сравнение концентрационных профилей InSb(Sn), имплантированного в Si при С с результатами расчёта по методу Монте-Карло с помощью программы SRIM Профиль распределения Sn + Si: 350 кэВ, 7×10 16 см -2 8

Результаты ПЭМ исследования Sb + Si: 350 кэВ, 3,5×10 16 см -2 In + Si: 350 кэВ, 3,5×10 16 см -2 T имп = 500°С, T обр = 1100 С, 30 мин (поверхность) 9

Комбинационное рассеяние света и спектр люминистенции Sb + Si : 350 кэВ, 3,5×10 16 см -2 In + Si : 350 кэВ, 3,5×10 16 см -2 T имп = 500°С 10

Спектр обратного Резерфордовского рассеяния As + SiO 2 (40 нм)/Si: 170 кэВ, 3,2×10 16 см -2 In + SiO 2 (40 нм)/Si : 250 кэВ, 2,8×10 16 см -2 без термообработки 11

Спектр обратного Резерфордовского рассеяния As + SiO 2 (40 нм)/Si: 170 кэВ, 3,2×10 16 см -2 In + SiO 2 (40 нм)/Si : 250 кэВ, 2,8×10 16 см -2 отжиг 1050°С, 3 мин. в среде аргона 12

Сравнение концентрационных профилей In, имплантированного в SiO 2 (40 нм)/Si при С с результатами расчёта по методу Монте-Карло с помощью программы SRIM Профиль распределения In + SiO 2 (40 нм)/Si : 250 кэВ, 2,8×10 16 см -2 13

Сравнение концентрационных профилей As, имплантированного в SiO 2 (40 нм)/Si при С с результатами расчёта по методу Монте-Карло с помощью программы SRIM Профиль распределения As + SiO 2 (40 нм)/Si: 170 кэВ, 3,2×10 16 см -2 14

Результаты ПЭМ исследования и Спектр люминистенции As + SiO 2 (40 нм)/Si : 170 кэВ, 3,2×10 16 см -2 In + SiO 2 (40 нм)/Si : 250 кэВ, 2,8×10 16 см -2 T имп = 500°С, T обр = 1050 С, 3 мин 4,2 K 15

Заключение «Горячие» условия имплантации приводят к «размытию» профилей внедренных примесей (Sb и In, а также As и In) и снижению их максимальной концентрации по сравнению с данными моделирования с использованием программы SRIM. Термообработка ионно-имплантированных образцов приводит к еще большей потере внедренной примеси. Эффект наиболее выражен для In. В случае имплантации As и In показано, что использование быстрого термического отжига и тонких слоев оксида кремния позволяют снизить потери примеси из-за диффузии через поверхность. Методом ПЭМ показано, что высокодозная ионная имплантация с последующим отжигом позволяет формировать в матрице кристаллического кремния кристаллиты с размерами от 5 до 60 нм. Кристаллиты идентифицированы методом КРС как преципитаты InAs (в случае имплантации As+In) и InSb (в случае имплантации Sb+In). Для двух исследованных систем (Si + нанокластеры InAs) и (Si+ нанокластеры InSb) в спектре низкотемпературной фотолюминесценции регистрируется широкая полоса люминесценции с максимумами 0,99 эВ и 0,97 эВ, соответственно. Для более детального выяснения природы данной полосы требуются дополнительные исследования. Результаты работы представлены на 69-й научной конференции студентов и аспирантов БГУ и доложены на международной научной конференции FANEM'12(22 – 25 мая, г. Минск). 16

Спасибо за внимание! 17