Структурные и оптические свойства оксида кремния, имплантированного ионами цинка: влияние степени пересыщения и термообработки

Моховиков М. А.; Мильчанин О. В.; Пархоменко И. Н.; Комаров Ф. Ф.; Власукова Л. А.; Королев Д. С.; Мудрый А. В.; Живулько В. Д.; ван Вуурен Арно Янсе

Структурные и оптические свойства оксида кремния, имплантированного ионами цинка: влияние степени пересыщения и термообработки

Моховиков М. А., Мильчанин О. В., Пархоменко И. Н., Комаров Ф. Ф., Власукова Л. А., Королев Д. С., Мудрый А. В., Живулько В. Д., ван Вуурен Арно Янсе

2020

https://doi.org/10.29235/1561-8323-2020-64-3-273-281

Методом просвечивающей электронной микроскопии и электронной дифракции изучен фазовоструктурный состав слоев аморфного оксида кремния, имплантированного ионами цинка, в зависимости от степени пересыщения примесью. Показано, что нанокластеры малого размера (1–2 нм) формируются уже в процессе ионной имплантации при комнатной температуре при концентрации цинка 6–7 ат. %, тогда как для формирования нанокластеров размером 5–7 нм необходима концентрация цинка 16–18 ат. %. Длительный печной отжиг при 750 °C в течение 2 ч приводит к формированию кристаллической фазы ромбического Zn2SiO4 (пространственная группа симметрии R-3) в случае меньшего флюенса (5 · 1016 cм–2) и кубической фазы ZnO (пространственная группа симметрии F-43m) в случае бÓльшего флюенса (1 · 1017 cм–2). Установлено, что потери примеси при имплантации, а также в процессе термообработки увеличиваются с ростом флюенса внедряемых ионов. Проведена оценка количества атомов цинка, находящихся в кластерах после проведения отжига: 15 и 18 % для флюенсов 5 · 1016 и 1 · 1017 cм–2 соответственно. Примесь, оставшаяся в растворенном состоянии в матрице SiO2, негативно влияет на интенсивность сигнала люминесценции от пленки оксида кремния с нанокристаллами Zn2SiO4 и ZnO.

Моховиков М. А., Мильчанин О. В., Пархоменко И. Н., Комаров Ф. Ф., Власукова Л. А., Королев Д. С., Мудрый А. В., Живулько В. Д., ван Вуурен Арно Янсе Структурные и оптические свойства оксида кремния, имплантированного ионами цинка: влияние степени пересыщения и термообработки. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2020;64(3):273-281. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2020-64-3-273-281

Цитирование

Список литературы

1. Investigation of structural and electrical properties of ZnO varistor samples doped with different additives / M. M. Saadeldin [et al.] // NRIAG Journal of Astronomy and Geophysics. – 2018. – Vol. 7, N 2. – P. 201–207. https://doi.org/10.1016/j.nrjag.2018.06.002

2. Interface control for pure ultraviolet electroluminescence from nano-ZnO-based heterojunction devices / D. you [et al.] // Science Bulletin. – 2018. – Vol. 63, N 1. – P. 38–45. https://doi.org/10.1016/j.scib.2017.12.006

3. ZnO-based nanostructured electrodes for electrochemical sensors and biosensors in biomedical applications / N. P. Shetti [et al.] // Biosensors and Bioelectronics. – 2019. – Vol. 141. – Art. 111417 (12 p.). https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.111417

4. Hsueh, T.-J. A transparent ZnO nanowire MEMS gas sensor prepared by an ITO micro-heater / T.-J. Hsueh, C.-H. Peng, W.-S. Chen // Sensors & Actuators: B. Chemical. – 2020. – Vol. 304. – Art. 127319 (32 p.). https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.127319

5. Zhong, k. Photoluminescence from zinc oxide quantum dots embedded in silicon dioxide matrices / k. Zhong // Spectrosc. Lett. – 2013. – Vol. 46, N 3. – P. 160–164. https://doi.org/10.1080/00387010.2012.704475

6. Fabrication of ZnO nanoparticles in SiO2 by ion implantation combined with thermal oxidation / H. Amekura [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2005. – Vol. 87, N 1. – Art. 013109 (3 p.). https://doi.org/10.1063/1.1989442

7. Mayer, M. SIMNRA, a simulation program for the analysis of NRA, RBS and ERDA / M. Mayer // Application of Accelerators in Research and Industry. – New york, 1999. – Vol. 475 – P. 541–544. https://doi.org/10.1063/1.59188

8. Biersack, J. P. The Stopping and Range of Ions in Solids / J. P. Biersack, J. F. Ziegler // Ion Implantation Techniques. – Berchtesgaden, 1982. – Vol. 10. – P. 122–156. https://doi.org/10.1007/978-3-642-68779-2_5

9. Swanson, H. E. Standard x-ray diffraction powder patterns / H. E. Swanson, N. T. Gilfrich, M. I. Cook. – Washington, 1957. – Vol. 7. – P. 62–64. https://doi.org/10.6028/nbs.circ.539v7

10. kinetics of the Wurtzite-to-Rock-Salt Phase Transition in ZnO at High Pressure / V. L. Solozhenko [et al.] // J. Phys. Chem. A. – 2011. – Vol. 115, N 17. – P. 4354–4358. https://doi.org/10.1021/jp201544f

11. Synthesis and Thermal Stability of Cubic ZnO in the Salt Nanocomposites / P. S. Sokolov [et al.] // Rus. Chem. Bul. – 2010. – Vol. 59, N 2. – P. 325–328. https://doi.org/10.1007/s11172-010-0082-7

12. Uchino, T. Structure and formation mechanism of blue-light-emitting centers in silicon and silica-based nanostructured materials / T. Uchino, N. kurumoto, N. Sagawa // Phys. Rev. B. – 2006. – Vol. 73, N 23. – Art. 233203 (4 p.). https://doi.org/10.1103/physrevb.73.233203

13. Skuja, L. Optically active oxygen-deficiency-related centers in amorphous silicon dioxide / L. Skuja // Journal of NonCrystalline Solids. – 1998. – Vol. 239, N 1–3. – P. 16–48. https://doi.org/10.1016/s0022-3093(98)00720-0

14. Numerical simulation of intrinsic defects in SiO 2 and Si3N4 / V. A. Gritsenko [et al.] // Semiconductors. – 2001. – Vol. 35, N 9. – P. 997–1005. https://doi.org/10.1134/1.1403563

15. Electronic structure and photoluminescence properties of Zn-ion implanted silica glass before and after thermal annealing / D. A. Zatsepin [et al.] // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2016. – Vol. 432. – P. 183–188. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2015.10.002

Источник

Информация

Автор

Моховиков М. А. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Мильчанин О. В. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Пархоменко И. Н. Белорусский государственный университет
Комаров Ф. Ф. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Власукова Л. А. Белорусский государственный университет
Королев Д. С. Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского
Мудрый А. В. Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению
Живулько В. Д. Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению
ван Вуурен Арно Янсе Центр просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, Университет Нельсона Манделы

Страницы

273-281

Год издания

2020

Ключевые слова

Коллекции

Доклады Национальной академии наук Беларуси