Температурний та лазерний відпал нестехіометричних плівок SiOx

O. O. Gavrylyuk; O. Yu. Semchuk

O. O. Gavrylyuk Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України http://orcid.org/0000-0003-4487-0537
O. Yu. Semchuk Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України

Анотація

За літературними даними розглянуто останні досягнення в області створення технологій отримання кремнієвих нанокристалів і нанокомпозитних плівок, що містять нанокристали кремнію в діелектричній матриці. Особливу увагу приділено двом найбільш перспективним методам – температурному та лазерному відпалу нестехіометричних плівок SiO_x.

Проведено теоретичне дослідження теплофізичних властивостей нестехіометричних плівок SiO_x. Розрахований розподіл температури на поверхні плівок SiO_x, опроміненних лазерним променем з різною інтенсивністю. Показано, що при лазерному відпалі з інтенсивністю лазерного променя 59 МВт/м² температура на поверхні плівок SiO_x може досягати 2100 К.

Посилання

Diaz T., Garcia Salgado G., Coyopol A., Rosendo E., Juarez H. PL Prorerties of SiOx obtained by HFCVD technique // Materials Science Forum. – 2010. – V. 636–637. – P. 444–449.

Garcia Salgado G., Diaz T., Coyopol A., Rosendo E., Juarez H., Carrillo J., Oliva A.I. Effect of annealing in atomic hydrogen or nitrogen atmospheres on SiO_x nanoclusters obtained by HFCVD // J.Nano Research. – 2009. – V. 5. – P. 105–111.

Lisovskyy I.P., Litovchenko V.G., Zlobin S.O., Voitovych M.V., Khatsevich I.M., Indutnyy I.Z., Shepeliavyi P.E., Kolomys O.F. Effect of low-temperature annealing on light-emitting properties of na-Si/SiO_xporous nanocomposite films // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2011. – V. 14, N 1. – P. 127–129

Братусь В.Я., Юхимчук В.А., Бережинский Л.И., Валах М.Я., Ворона И.П., Индутный И.З., Петренко Т.Т., Шепелявый П.Е., Янчук И.Б. Структурные превращения и образования нанокристаллитов кремния в пленках SiOx // Физика и техника полупроводников. – 2001. – Т. 35, Вып. 7. – С. 854–860.

Kolomzarov Yu., Oleksenko P., Sorokin V., Tytarenko P., Zelinskyy R. Disappearance of aligning properties of deposited SiOx films as caused by external factors // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2006. – V. 9, N 3. – P. 60–65.

Nesheva D., Raptis C., Perakis A., Bineva I., Aneva Z., Levi Z., Alexandrova S., Hofmeister H. Raman scattering and photoluminescence from Si nanoparticles in annealed SiOx thin films // J. Appl. Phys. – V. 92, N 8. – P. 4678–4683.

Bunak S.V., Buyanin A.A., Ilchenko V.V., Marin V.V., Melnik V.P., Khacevich I.M., Tretyak O.V., Shkavro A.G. Electrical properties of semiconductor structures with Si nanoclusters in SiO2 grown by high temperature annealing technology of SiO_Xlayer, X<2 // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2010. – V. 13, N 1. – P. 12–18.

Индутный И.З., Михайловская Е.В., Шепелявый П.Е., Данько В.А. Видимая фотолюминесценция селективно травленных пористых nc-Si-SiO_x – структур // Физика и техника полупроводников. – 2010. – T. 44, Вып. 2. – С. 218–222.

Inokuma T., Wakayama Y., Muramoto T., Aoki R., Kurata Y., Hasegawa S. Optical properties of Si clusters and Si nanocrystallites in high-temperature annealed SiOx films // J. Appl. Phys. – 1998. – V. 83, № 4. – P. 2228–2234.

Sato K., Izumi T., Iwase M., Show Y., Morisaki H., Yaguchi T., Kamino T. Nucleation and growth of nanocrystalline silicon studied by TEM, XPS and ESR // Appl. Surf. Sci. – 2003. – V.216. – P.376–381.

Горшков О.Н, Тетельбаум Д.И., Михайлов А.Н. Наноразмерные частицы кремния и германия в оксидных диэлектриках. Формирование, свойства, применение. Учебно-методический материал по программе повышения квалификации «Новые материалы электроники и оптоэлектроники для информационно-телекомуникационных систем». – Нижний Новгород, 2006. – 83 с.

Жигунов Д.М., Н.В. Швыдун Н.В., А.В. Емельянов А.В., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К., Семиногов В.Н. Фотолюминесцентное исследование структурной эволюции аморфных и кристаллических нанокластеров кремния при термическом отжиге слоев субоксида кремния различной стехиометрии // Физика и техника полупроводников. – 2012. – Т. 46, Вып. 3. – С. 369–375.

Семиногов В.Н., Соколов В.И., Глебов В.Н., Малютин А.М., Троицкая Е.В., Молчанова С.И., Ахманов А.С., Панченко В.Я., Тимошенко В.Ю., Жигунов Д.М., Форш П.А., Шалыгина О.А., Маслова Н.Е., Абрамчук С.С., Кашкаров П.К. Исследование структурно-фазовых трансформаций и оптических свойств композитов на основе нанокластеров кремния в матрице оксида кремния // Динамика сложных систем. – 2009. – №2 (3). – С. 3–17.

Семиногов В. Н., Соколов В. И., Глебов В. Н., Малютин А. М., Троицкая Е. В., Молчанова С. И., Ахманов А. С., Панченко В. Я., Тимошенко В. Ю., Жигунов Д. М., Форш П. А., Шалыгина О. А., Маслова Н. Е., Кашкаров П. К. Перколяционный анализ структурных превращений и образование нанокластеров кремния при термическом отжиге пленок SiO_x// Перспективные материалы. –2010. – № 8. –С. 159–167.

Власенко Н.А., Сопинський Н.В., Гуле Е.Г., Манойлов Э.Г., Олексенко П.Ф., Велигура Л.И., Мухльо М.А. Особенсти и природа полосы фотолюминисценции 890 нм, обнаруженной после низкотемпературного отжига пленок SiO_x // Физика и техника полупроводников. – 2011. – Т. 45, Вып. 11. – С. 1470–1475.

Spinella C., Bongiorno C., Nicotra G., Rimini E. Quantitative determination of the clustered silicon concentration in substoichiometric silicon oxide layer // Appl. Phys. Lett. – 2005. – V. 87. – P. 044102.

Hwang J.S., Kirichenko T.A., Banerjee S.K. Structure and diffusion of excess Si atoms in SiO₂// Phys. Rev. B. – 2005. –V. 72. – P. 205204.

Zhang R.Q., Zhao M.W., Lee S.T. Silicon Monoxide Clusters: The Favorable Precursors for Forming Silicon Nanostructures // Phys. Rev. Lett. – 2004. – V. 93. – P. 095503.

Bratus’ O.L., Evtukh A.A., Lytvyn O.S., Voitovych M.V., Yukhymchuk V.О. Structural properties of nanocomposite SiO₂(Si) films obtained by ion-plasma sputtering and thermal annealing // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2011.– V. 14, N 2. – P. 247–255.

Tan C.F., Chen X.Y., Lu Y.F., Wu Y.H., Cho J., Zend J.N. Laser annealing of silicon nanocrystal films formed by pulsed-laser deposition // J. Laser Appl. – 2004. – V. 16, N 1, – P. 40–45.

Гаврилюк О.О. Семчук О.Ю. Досліджеення теплофізичних властивостей кристалічного кремнію // Хімія, фізика і технологія поверхні. – 2012. – Т. 3, № 3. – С.352–355.

Заботнов С.В., Ежов А.А., Головань Л.А., Ластовкина М.А., Панов В.И., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. Формирование наночастиц на поверхности кремния под действием фемтосекундных лазерных импульсов // Физика и техника полупроводников. – 2007. – Т. 4, Вып. 8. – С. 1017–1020.

Gallas B., Kao C.-C., Fisson S., Vuye G., Rivory J., Bernard Y., Belouet C. Laser annealing of SiO_x thin films // Appl. Surf. Sci. – 2002. – V. 185. – P. 317–320.

Daigil Cha, Jung H. Shin, In-Hyuk Song, Min-Koo Han./ Enhanced formation of luminescent nanocrystal Si embedded in SiO/SiO₂ superlattice by excimer laser irradiation // Appl. Phys. Lett. – 2004. – V. 84, N 8. – P. 1287–1289.

Richter J., Meinertz J., Ihlemann J. Patterned laser annealing of silicon oxide films // Appl. Phys. A. – 2011. – N 104. – P. 759–764.

Andreas Janotta, Yavuz Dikce, Matthias Schmidt, Christopher Eisele. Light-induced modification of a-SiO_x ||: Laser crystallization // J. Appl. Phys. – V. 93, N. 8. – 2004. P. 4060–4068.

Chun-Jung Lin, Gong-Ru Lin, Yu-Lun Chueh, Li-Jen Chou. Synthesis of silicon nanocrystals in silicon-rich SiO₂ by rapid CO₂ laser annealing // Electrochemical and Solid-State letters. – 2005. – V. 8(12). – P. 43–45.

Ting-Ruei Shiu, Costas P. Grigoropoulos, David G. Cahill, Ralph Greif. Mechanism of bump formation on glass substrates during laser texturing // J. Appl. Phys. – 1999. – V. 86, N. 3. – P.1311–1316.

Jian Zhao, James Sullivan, John Zayac, Ted D. Bennett Structural modification of silicon glass by laser scanning // J. Appl. Phys. – 2004. – V. 95, N 10. – P.5475–5482.