Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Методы роста и люминесцентные свойства системы SI02/SI 11
.1. Методы формирования структур Si02/Si 11
1.1.1. Пористый кремний 11
1.1.2. Методы осаждения 12
1.1.3. Ионно-синтезированные нанокластеры и нанокристаллы Si .15 .
1.2. Люминесцентные свойства системы Si02/Si 17
1.2.1. Люминесцентные свойства диоксида кремния 17
1.2.2. Катодолюминесценция аморфного диоксида кремния 23
1.2.3. Кремний, люминесценция кремния 26
1.2.4. Механизмы люминесценции, связанной с нанокристаллами Si в SiOx 29
1.2.5. Люминесценция структур SiCVSi 34
ГЛАВА 2. Методика эксперимента, исследуемые образцы 42
2.1. Используемые методы 42
2.1.1. Локальная катодолюминесценция 42
2.1.2. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) 49
2.1.3. Методы определения состава 52
2.2. Образцы 53
2.3. Определение условий модификации диоксида кремния электронным пучком 55
ГЛАВА 3. Воздействие электронного пучка с высокой плотностью тока на аморфный диоксид кремния 63
3.1. Облучение пленок диоксида кремния 63
3.2. Облучение объемного диоксида кремния 70
3.2.1. Изменение катодолюминесценции при облучении электронным пучком 70
3.2.2. Аморфный диоксид кремния после длительного облучения электронным пучком 72
ГЛАВА 4. Особености процесса формирования нанокластеров кремния при варьировании параметров эксперимента и начального состава диоксида кремния 76
4.1. Исследование влияния плотности тока на процесс формирования нанокластеров кремния 76
4.1.1. Низкая плотность тока электронного пучка (Toh < 20 С) 77
4.1.2. Низкая плотность тока электронного пучка (ТоЬ=50-200 С)... 77
4.1.3. Средняя плотность тока электронного пучка (Tofl=250-800 С)..78
4.1.4. Высокая плотность тока электронного пучка (Toh >900С) 81
4.2. Исследование влияния содержания ОН-групп а диоксиде кремния на процесс формирования нанокластеров кремния 84
4.2.1. Низкая плотность тока электронного пучка (Toh < 20 С) 84
4.2.2. Средняя плотность тока электронного пучка (Toh =250 С) 84
4.2.3. Высокая плотность тока электронного пучка (T0h =1000 С)...85
4.3. Формирование нанокластеров кремния в диоксиде кремния имплантированном ионами кремния, кислорода и водорода 87
4.3.1. Низкая плотность тока электронного пучка (Toh =50С) 88
4.3.2. Высокая плотность тока электронного пучка (Toh =700 С) 90
ГЛАВА 5. Формирование нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием электронного пучка 94
5.1. Формирование свободного кислорода в диоксиде кремния 95
5.2. Диффузия кислорода 96
5.3. Рост нанокластеров 99
Заключение 103
Список литературы 104
- Люминесцентные свойства системы Si02/Si
- Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)
- Изменение катодолюминесценции при облучении электронным пучком
- Исследование влияния содержания ОН-групп а диоксиде кремния на процесс формирования нанокластеров кремния
Введение к работе
С начала 60-х годов прошлого столетия и по сегодняшний день кремний остается основным полупроводниковым материалом микроэлектроники. В совершенстве отработаны методы получения, очистки и обработки монокристаллического кремния, а также планарная технология на его основе, используемая в производстве интегральных схем. В настоящее время традиционные полупроводниковые элементы микроэлектроники уже вплотную приблизились к физическим ограничениям по размерам активных элементов. Такой важнейший параметр, как быстродействие интегральных схем, лимитируется задержками, обусловленными сопротивлением и емкостями металлических межсоединений, общая длина которых резко возрастает с ростом степени интеграции. Эта проблема может быть решена путем замены электрических межсоединений оптическими. Соответственно, встает вопрос о возможности применения кремния в изготовлении интегральных схем, реализующих функции генерации, передачи и обработки электрических и оптических сигналов. Одним из способов решения данной проблемы является использование структур на основе наноразмерного кремния. В настоящее время не удается создать структуры с достаточно интенсивной люминесценцией в видимом диапазоне, поэтому необходимы дальнейшие исследования в этой области.
Еще одна не менее важная проблема — это улучшение характеристик (уменьшение размеров, уменьшение рабочего напряжения и повышение надежности) элементов энергонезависимой памяти. Наиболее перспективным в данной области является использование нанокристаллов кремния, погруженных в тонкие диэлектрические слои.
В связи с этим были опробованы различные способы формирования нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния: ионная имплантация с последующим отжигом, отжиг осажденных SiOx пленок и пр. Основными недостатками метода ионной имплантации являются сложность создания тонких слоев (менее 10 нм) с нанокластерами кремния и дороговизна оборудования. Метод осаждения из газовой фазы позволяет формировать
тонкие пленки, но слои выращенные таким методом обладают высокой пористостью и низкой адгезией. В обоих методах для формирования нанокластеров кремния необходим последующий высокотемпературный отжиг. Также эти методы не позволяют изучать рост нанокласторов кремния in situ.
Соответственно, разработка нового метода роста нанокластеров кремния в объеме диоксида кремния и исследование изменения люминесцентных свойств при формировании нанокластеров кремния являются актуальными. Данная работа посвящена изучению формирования нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием электронного пучка. Такой метод позволяет не только создавать нанокластеры кремния в облучаемом микрообъеме, но и контролировать изменения структуры аморфного диоксида кремния и процесс роста нанокластеров кремния методом локальной катодолюминесценции in situ.
Целью диссертационной работы являлось установление основных закономерностей процесса формирования нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием электронного пучка высокой удельной мощности.
Были поставлены следующие основные задачи:
Разработка метода формирования нанокластеров кремния в объеме диоксида кремния при облучении электронным пучком и исследование изменения катодолюминесцентных свойств облучаемого объема in situ.
Оценка температуры локального нагрева при облучении электронным пучком объемного аморфного диоксида кремния и пленок диоксида кремния.
Выявление основных этапов модификации аморфного диоксида кремния электронным пучком с разной удельной мощностью.
Исследование влияния количества точечных дефектов и примеси ОН-групп в исходном аморфном диоксиде кремния на процесс его модификации. Научная новизна
Впервые показана принципиальная возможность формирования нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием
электронного пучка. Определены условия формирования нанокластеров кремния при облучении аморфного диоксида кремния электронным пучком. Получены распределения по размерам и структурные параметры нанокластеров кремния.
Впервые проведена оценка температуры объемных стекол и тонких пленок диоксида кремния в области облучения электронным пучком.
Впервые установлены пороговые значения параметров эксперимента. При превышении этих значений характер динамики катодолюминесцентных свойств диоксида кремния под воздействием электронного пучка принципиально изменяется.
Впервые показано влияние ОН-групп в исходном диоксиде кремния на процесс модификации электронным пучком аморфного диоксида кремния.
Впервые предложена модель процесса формирования нанокластеров кремния в диоксиде кремния под воздействием электронного пучка. Научная и практическая значимость работы
Научная значимость данной работы заключается в установлении основных закономерностей роста нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния под воздействием электронного пучка. Практическая значимость работы определяется возможностью использовать предложенный метод роста нанокластеров кремния при создании элементов энергонезависимой памяти нового поколения и оптоэлектронных элементов. Данный метод роста совместим с современными планарными технологиями. Основные положения, выносимые на защиту
При облучении аморфного диоксида кремния электронным пучком с плотностью тока более 1 А/см" в диоксиде кремния формируются нанокластеры кремния. Нанокластеры кремния представляют собой монокристаллы с тетрагональной P-Sn структурой со средним размером 2-4 нм.
При плотности тока менее 1 А/см" не происходит изменений в облучаемом объеме; при плотности тока от 1 А/см" до 3,5 А/см — формируются точечные дефекты и нанокластеры кремния малых размеров
(менее 4 нм); более 3,5 А/см2 - происходит формирование нанокластеров кремния (линейный размер около 4 нм), их рост и затем образование кластеров кремния с линейными размерами более 10 нм. Таким образом, выявлены два пороговых значения мощности облучения диоксида кремния электронным пучком. 3. Высокое содержание ОН-групп (более 1000 ррт) в исходном диоксиде кремния стимулирует формирование точечных дефектов и нанокластеров кремния в объеме диоксида кремния при более низких значениях плотности тока электронного пучка, чем в диоксиде кремния с низким содержанием ОН-групп. Нанокластеры в диоксиде кремния с низким содержанием ОН-групп имеют меньший размер (2 нм) и меньшее отклонение от среднего размера, чем нанокластеры кремния в диоксиде кремния с высоким содержанием ОН-групп.
Люминесцентные свойства системы Si02/Si
Диоксид кремния является широкозонным диэлектриком, ширина запрещенной зоны меняется от 6,3 эВ до 8,9 эВ в зависимости от кристаллической модификации [34]. В природе диоксид кремния находиться как в кристаллической, так и аморфной форме. Существует множество модификаций кристаллического диоксида кремния: а-кварц, Р-кварц, аир кристаболит и др. На рис. 1.1 приведена фазовая диаграмма для аморфного и различных модификаций кристаллического диоксида кремния [34]. Для любой кристаллической модификации, а также для аморфного состояния, диоксид кремния представляют состоящим из кремниево-кислородных тетраэдров. Тетраэдры в свою очередь состоят из четырех атомов кислорода с расположенным в центре атомом кремния. Тетраэдры соединяются атомами кислорода (так называемыми мостиковыми атомами кислорода). Одной из характеристик структуры является угол Si-0-Si связи. Кристаллические модификации диоксида кремния делятся на низкотемпературные аллотропические формы (обозначаются а) и высокотемпературные (обозначаются р). Наиболее распространенной кристаллической модификацией является а-кварц. Эта модификация устойчива при температуре ниже 573С. В диапазоне 573-880 С устойчив Р-кварц. а-кварц имеет тригональную структуру, Р-кварц - гексагональную. В элементарной ячейке а-кварца и Р-кварца содержится три молекулы SiC 2. Различие между структурами состоит в незначительном смещении атомов кремния в плоскостях, перпендикулярных вертикальной оси. В диапазоне 880-1470 С устойчив р-тридимит, имеющий гексагональную структуру, в элементарной ячейке содержится четыре молекулы S1O2. При нагреве выше 1570 С Р-тридимит переходит в Р-кристаболит. Р-кристаболит самая симметричная кубическая модификация SiC 2. Угол Si-O-Si, как и в р тридимите равен 180 элементарной ячейке Р-кристаболита содержится восемь молекул SiC 2. При повышенном давлении существуют две модификации: коезит и кеатит. Кеатит имеет тетрагональную структуру, содержит 12 молекул в элементарной ячейке. Коезит обладает моноклинной структурой, включает 16 молекул SiC 2 в элементарную ячейку[35, 36]. При нагревании выше 1713 С кристаллический диоксид кремния плавиться, переходит в стеклообразное состояние.
Аморфный диоксид кремния состоит из хаотично расположенных кремниево-кислородных тетраэдров, соединяющихся атомами кислорода. Аморфное состояние отличается от кристаллического отсутствием трансляционной симметрии. На расстояниях, существенно превышающих межатомные, в аморфном состоянии исчезает координация в расположении атомов. При этом сохраняется корреляция в расположении атомов в приделах нескольких координационных сфер. Схема строения аморфного Si02 приведена на рис. 1.2. Аморфный диоксид кремния можно получать путем охлаждения расплавленного диоксида кремния. Такой материал находиться в метастабильном равновесии . относительно любой кристаллической модификации твердого диоксида кремния и обладает макроскопической однородностью. Одним из отличий аморфного SiCb от кристаллического является наличие разброса угла связи Si-O-Si. Флуктуации угла лежат в диапазоне 100-180 С [37]. Также флуктуации угла зависят от метода создания аморфного диоксида кремния (рис. 1.3). Широкий разброс значений углов Si-O-Si в стеклообразном диоксиде кремния означает, что энергия кремний-кислородных связей не имеет выраженной зависимости от угла. Такое требование выполняется и для твердого диоксида кремния, поскольку существуют различные кристаллические модификации с разными углами Si-O-Si связи, но с близкими значениями ее энергии (энергия связи Si-O 445 кДж/моль). В микроэлектронике аморфный диоксид кремния является наиболее распространенной модификацией Si02, так как Si02 входящий в состав системы Si02/Si является аморфным. Поэтому далее мы будем рассматривать только свойства аморфного диоксида кремния. Собственные дефекты в аморфном диоксиде кремния. Люминесценция аморфного диоксида кремния большей частью определяется собственными и примесными дефектами. Для аморфного диоксида кремния, который не обладает кристаллической структурой, нарушение структуры кристалла возможно только в ближнем окружении атома, то есть в кремниево-кислородном тетраэдре. В аморфном диоксиде кремния можно рассматривать только точечные дефекты. В аморфном диоксиде кремния можно выделить несколько собственных дефектов.
Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)
Облучение аморфного диоксида кремния электронным пучком проводилось в электронно-зондовом микроанализаторе САМЕВАХ. Облучение проводилось в области диаметром до 10 микрон. Изменение структуры облучаемого объема исследовалось методом ПЭМ, поскольку этот метод позволяет исследовать малые объемы вещества. Особенности метода ПЭМ: является локальным методом, высокое разрешение (до 1 нм), необходимость специальной образцов, возможность определение структурной модификации исследуемого вещества, выделение включений другой фазы. Существует два основных метода формирования контраста в ПЭМ. Это получение изображения с фазовым контрастом (например, изображение атомных плоскостей) при рекомбинации двух или более пучков, выходящих из образца, и получение изображения с дифракционным контрастом, при котором изображение формируется лишь одним пучком (рис. 2.3). Фазовый контраст может носить информацию о деформации между барьером и активной областью, о составе активной области. Дифракционный контраст можно "получить двояко: а) при образовании светлопольного изображения с помощью только прошедшего пучка или б) при формировании темнопольного изображения одним лишь сильным дифрагированным пучком. Это достигается с помощью объективной диафрагмы, помещенной в задней фокальной плоскости объективной линзы (рис. 2.3). Темнопольное изображение удобнее всего получать, наклоняя пушку или отклоняя падающий пучок так, чтобы дифрагированный пучок шел вдоль оптической ось, что уменьшает ошибки, связанные с хроматической и сферической аберрациями, возникающие в случае, если объективная диафрагма сдвинута относительно оптической оси. Рис.2. 3. Получение изображения при дифракционном контрасте: прошедший и дифрагированный пучки не рекомбинируют на изображении. Объективные диафрагмы срезают определенные дифрагированные пучки: а) при получении светлопольного изображения. Получение темнопольных изображений б) при наклоне пушки или отклонении пучка, в) при использовании диафрагмы, не лежащей на оптической оси, когда все пучки, кроме рассматриваемого, срезаются диафрагмой. 1 - электронная пушка; 2 - дифракционные плоскости в кристалле; 3 - прошедший пучок; 4 -дифрагированный пучок; 5 - сфера Эвальда; 6 - диафрагма; 7 - ось колонны; 8 - светлое поле; 9 - темное поле
При прохождении пучка электронов через кристаллический объект возникает рассеяние электронов в соответствие с законом Брэгга, то есть происходит брэгговская дифракция. Закон Брэгга определяет интерференцию со сложением амплитуд как явление, происходящее, когда разность хода между волнами, рассеянными рядом параллельных плоскостей атомов, находящихся на расстоянии d друг от друга, равна целому числу длин волн (разность фаз превышает разность хода в 2ж/Х раз). Если 0 - угол падения, то разность хода между волнами I и II составляет 2dsin0; следовательно, закон Брэгга можно записать в виде: 2dsin0=nl, (2.4) где n - порядок отражения. Для малых углов закон Брэгга 2d0=l. Исследования структуры облученных областей проводились на электронном микроскопе ЕМ-420 (Philips) с рабочим напряжением 100 кВ. При исследовании образцов с низкой теплопроводностью большое внимание стоит уделять выбору оптимальных условий освещения, так как образец может сильно разогреваться пучком электронов. При использовании ПЭМ основной проблемой является подготовка образцов для исследования, так как толщина образцов, например для Si, не должна превышать 300 А. [77] Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) Метод РСМА позволяет измерять состав твердых тел в области около 1 микрона диаметром. РСМА основан на способности твердого тела испускать рентгеновское излучение под воздействием пучка электронов с энергией 1-50 кэВ. Спектр рентгеновского излучения выглядит следующим образом: на фоне непрерывного излучения, связанного с торможением электронов ядрами атомов (тормозного излучения), появляются резкие пики — характеристическое рентгеновское излучение. Оно определяется составом мишени. Отдельные линии связаны с определенными атомами (химическими элементами). Излучение возникает при перестройке электронных оболочек близких к ядру. Каждая линия, т.е. излучение с определенной длиной волны, возникает при взаимодействии электрона с атомом определенного химического элемента, поэтому проанализировав излучение (определив длины волн характеристических линий) можно сказать, какие элементы (виды атомов) присутствуют в мишени (исследуемом образце). В кристальном спектрометре выходящее из образца рентгеновское излучение попадает в кристалл-анализатор, где в зависимости от угла падения разделяется по длинам волн. Разделение основано на законе Брегга-Вульфа. Максимум излучения соответствует соотношению п X = 2d sin9 где п - порядок отражения, X - длина волны, d — межплоскостное расстояние кристалла-анализатора, 0 - угол падения излучения на кристалл. В данной работе определялось изменение состава облучаемого электронным пучком диоксида кремния. Сначала проводилось облучение достаточно широкой области (около 10 микрон в диаметре), в облучаемой области образовывался кратер с диаметром равным диаметру пучка. В этой области исследовался состав методом РСМА при облучении электронным пучком с диаметром около 1 микрона.
Такой подход позволял уменьшать влияние рельефа. Регистрировалась интенсивность полосы Ка Si, затем проводился расчет формульного коэффициента х в SiOx. Определение состава по изображениям ПЭМ Определение состава облученной области в образцах, подготовленных для исследований ПЭМ, проводилось по светлопольному изображению. Измерялся диаметр нанокластеров на изображении и рассчитывался их общий объем в приближении сферической формы нанокластеров. Затем рассчитывался объем пленки диоксида кремния и определялся формульный коэффициент х в SiOx. В процессе работы исследовались три серии образцов. Первая серия представляет собой два объемных образца аморфного диоксида кремния (стекла марки КИ и КУ) с различным содержанием ОН-групп, содержание остальных примесей меньше 1 ррт. Стекло КИ с содержание ОН-групп -1-2 ррм, Стекло КУ с содержание ОН-групп -1000 ррм. Для обеспечения стока электронов на объемные образцы была нанесена углеродная пленка толщиной 200 А.
Изменение катодолюминесценции при облучении электронным пучком
Проводилось изучение изменения КЛ в видимом и ИК диапазонах при облучении электронным пучком. Изменение спектров в диапазоне 1,5-2,0 эВ под воздействием электронного пучка представлено на рис.3. 8. В процессе облучения качественный вид спектров изменялся. В спектрах наблюдалось изменение интенсивности полос в ИК диапазоне. Спектры были разложены на полосы с максимумами 1,6 эВ, 1,7 эВ, 1,8 эВ, 1,9 эВ. Динамика интенсивности полос КЛ в видимом и РЖ-диапазонах при облучении электронным пучком представлена на рис. 3.10. Видно, что в начале облучения наблюдается рост интенсивности КЛ полос, это связано с увеличением количества люминесцирующих дефектов в облученном объеме. Затем начинается падение интенсивности полосы с максимумом 1,9 эВ связанной с избытком кислорода (немостиковый атом кислорода) и дальнейший рост интенсивности полос связанных с избытком кремния (рис. 3.11) (2,65эВ- двухкоординированный кремний и 2,2 эВ- Si-Si связь). Это говорит о формировании области с дефицитом кислорода. В спектрах катодолюминесценции появляются полосы в РЖ диапазоне, что подтверждает формирование в облученном объеме нанокластеров кремния (рис. 3.11). В результате облучения в течение 40 минут наблюдаются изменения катодолюминесцентных свойств облучаемой области. В оптическом микроскопе, встроенном в электронно-зондовый микроанализатор, наблюдается образование кратера размером 3-5 мкм в месте взаимодействия электронного пучка с образцом. Эта область характеризуется низкой интенсивностью люминесценции в видимом диапазоне спектра (область №3 на рис. 3.8). Вокруг области взаимодействия электронного пучка с образцом наблюдается ореол с яркой синей люминесценцией (область №1 на рис. 3.8). Диаметр этой области составляет 7-10 мкм.
На остальной части образца ни в оптическом и электронном микроскопе, ни в катодолюминесценции (область №1 рис. 3.8) не наблюдается каких-либо изменений, связанных с воздействием электронного пучка. Кроме спектров в видимом диапазоне были получены спектры катодолюминесценции в ИК диапазоне в области взаимодействия электронного пучка с диоксидом кремния. На рис. 3.9 приведены ИК спектры облученной области (соответствует области №3 рис. 3.8) в сравнении со спектром, полученным с кристаллического кремния. В спектре КЛ облученного диоксида кремния наблюдались дополнительные полосы с максимумами 1,1 эВ, 1,3 эВ и 1,6 эВ. Появление данных полос КЛ в спектре облученной области говорит о формировании кремниевых кластеров. Одним из вопросов, возникающих при изучении процессов, происходящих при облучении аморфного диоксида кремния электронным пучком, является вопрос о необратимости изменений возникающих в диоксиде кремния. Поэтому был проведен следующий опыт, после длительного облучения аморфный диоксид кремния несколько дней хранился на воздухе. После этого различия между спектрами областей №2 и №1 (рис. 3.8) пропадали, в то время как в области взаимодействия электронного пучка с образцом (область №3) произошедшие изменения оказались необратимыми и ее люминесцентные свойства существенно не изменились. 1. Методами локальной катодолюминесценции и просвечивающей электронной микроскопии было показано, что в облучаемой области сначала формируется область с недостатком кислорода, потом образуются нанокластеры кремния со средним размером около 3-6 нм и затем крупные кластеры кремния. 2. Показано, что в аморфном диоксиде кремния с высоким содержанием ОН-групп нанокластеры кремния имеют больший размер и более широкое распределение по размерам, чем нанокластеры кремния в стекле с низким содержание ОН-групп. 3. Показано, что при формировании нанокластеров кремния в аморфном диоксиде кремния катодолюминесценция достигает максимума интенсивности в видимом диапазоне. 4. В диоксиде кремния, прилегающем к области взаимодействия с электронным пучком, формируется область с дефицитом кислорода, в которой так же могут образовываться кластеры кремния.
Исследование влияния содержания ОН-групп а диоксиде кремния на процесс формирования нанокластеров кремния
Динамика интенсивности полос катодолюминесценции при облучении аморфного диоксида кремния электронным пучком с плотностью тока 0.63 А/см" представлены на рис. 4.10. После длительной релаксации в стекле с низким содержанием ОН-групп катодолюминесценция восстанавливается, тогда, как в стекле с высоким содержанием ОН-групп модификация оказывается стабильна и релаксации не происходит. Это означает, что температура нагрева, при которой изменения в облучаемом объеме оказываются необратимы, в диоксиде кремния с высоким содержанием ОН-групп ниже, чем в стекле с низким содержанием ОН-групп. момент времени 3 —включался. Но если плотность тока увеличить до 3,1 А/см процесс модификации сильно изменится (рис. 4.11). Видно, что в случае стекла с высоким содержанием ОН-групп в начале облучения интенсивность катодолюминесценции растет, но затем начинается падение интенсивности и в спектрах появляется полоса с максимумом 1,7 эВ связанная с появлением в облучаемом микрообъеме нанокластеров кремния (рис. 4.12 (KU)). В случае же со стеклом с низким содержанием ОН-групп дефекты, образованные в процессе облучения, оказываются стабильны, но дальнейшего уменьшения интенсивности катодолюминесценции и, соответственно, выкипания диоксида кремния не происходит. В этом случае наблюдается формирование нанокластеров малых размеров (Рис. 4.11(К1)). В аморфном диоксиде кремния с низким содержанием ОН-групп при плотности тока 1 А/см не происходит изменений в облучаемом объеме; 1 А/см - 3,5 А/см - формируются точечные дефекты и нанокластеры кремния малых размеров; и только при плотности тока выше 3,5 А/см - происходит формирование нанокластеров кремния (линейный размер около 2 нм), их рост и затем образование крупных кластеров кремния (линейные размеры более 10 нм). Была проведена облучение пленок диоксида кремния на кремнии, имплантированных ионами кремния, кислорода и водорода.
Описание образцов приведено в главе 2 на стр. 54. Энергия электронов была равна 5 кэВ, так как при такой энергии электронов глубина максимального нагрева соответствовала глубине залегания имплантированного слоя. Также было проведено сравнение воздействия облучения электронным пучком и отжига на пленки диоксида кремния имплантированные ионами кремния. Были получены спектры катодолюминесценции пленок диоксида кремния до и после имплантации при энергии электронов 5 кэВ и плотности тока 0,1 А/см" (Рис. 4.13). Данная плотность тока соответствует температуре нагрева около 50 С. В спектре катодолюминесценции неимплантированной пленки наблюдаются полосы характерные для точечных дефектов диоксида кремния, таких как немостиковый атом кислорода (1.9 эВ), двухкоординикованный кремний (2,65 эВ) и кремний-кремниевая связь (2,2 эВ), связанных, как и с дефицитом, так и с избытком кремния. В спектре пленки имплантированной ионами кремния можно выделить интенсивные полосы, связанные с дефектами избытка кремния. Интегральная интенсивность образца после имплантации возрастает, что говорит о формировании дополнительных излучающих центров. В спектре пленки имплантированной водородом происходит общий рост интенсивности катодолюминесценции, что говорит о увеличении количества люминесцирующих дефектов. В случае имплантации ионами кислорода наблюдается обратная картина, интенсивность катодолюминесценции уменьшается и в спектре появляется полоса с максимумом 3,0 эВ. Уменьшение интенсивности можно связать с тем, что имплантированный кислород нейтрализует дефекты, связанные с избытком кремния, содержание которых высоко в пленках выращенных методом термического окисления. При проведении облучения (энергия электронов 5 кэВ, плотность тока 0,1 А/см") пленок после имплантации, несмотря на низкую плотность тока электронного пучка, изменения катодолюминесцентных свойств оказываются стабильны. Тогда как при тех же мощностях электронного пучка модификация в неимплантированной пленке диоксида кремния не
