Structural Rearrangement of a-SiOx:H Films with Pulse Photon Annealing

Аморфные пленки SiOx с нанокластерами кремния представляют собой новый интересный материал как с точки зрения физики и технологии, так и возможных практических приложений, поскольку благодаря размерному квантованию такие пленки могут обладать фотолюминесценцией. При этом оптическими свойствами данных структур можно управлять, варьируя размеры и содержание нанокластеров кремния в пленке SiOx, а также путем преобразования нанокластеров в нанокристаллы с помощью высокотемпературного отжига. Однако в процессе отжига нестехиометрического оксида кремния могут происходить значительные изменения фазового состава и структуры пленок. Результаты исследований кристаллизации нанокластеров кремния в матрице SiOx показали, чтодаже при очень быстром способе отжига с помощью импульсного фотонного отжига происходит образование достаточно крупных кристаллитов кремния, при этом наблюдается кристаллизация, по крайней мере, части оксидной фазы в виде гидроокиси кремния H6O7Si2. Причем в пленках с исходным содержанием нанокластеров чистого кремния ≤ 50 % при отжиге часть кремния уходит на формирование оксида, а часть на образование кристаллов кремния, а в пленке с исходной концентрацией нанокластеров кремния ≥ 53 % наоборот при отжиге происходитчастичный переход кремния из оксидной фазы в рост кристаллов Si       ЛИТЕРАТУРА 1. Undalov Y. K., Terukov E. I., Silicon nanoclustersncl-Si in a hydrogenated amorphous silicon suboxidematrix a-SiOx:H (0 < x < 2). Semiconductors. 2015;49(7):867- 878. DOI: https://doi.org/10.1134/S10637826150702222. Kim K. H., Johnson E. V., Kazanskii A. G.,Khenkin M. V., Roca P. Unravelling a simple methodfor the low temperature synthesis of siliconnanocrystals and monolithic nanocrystalline thinfilms. Scientific Reports. 2017;7(1) DOI: https://doi.org/10.1038/srep405533. Undalov Y. K., Terukov E. I., Trapeznikova I. N.Formation of ncl-Si in the amorphous matrix a-SiOx-:H located near the anode and on the cathode, usinga time-modulated DC plasma with the (SiH4–Ar–O2)gas phase (Co2 = 21.5 mol%). Semiconductors.2019;53(11): 1514–1523. DOI: https://doi.org/10.1134/S10637826191102284. Terekhov V. A., Terukov E. I., Undalov Y. K.,Parinova E. V., Spirin D. E., Seredin P. V., Minakov D. A.,Domashevskaya E. P. Composition and optical propertiesof amorphous a-SiOx:H films with silicon nanoclusters.Semiconductors. 2016;50(2): 212–216. DOI:https://doi.org/10.1134/S10637826160202515. Terekhov V. A., Turishchev S. Y., Kashkarov V. M.,Domashevskaya E. P., Mikhailov A. N., Tetel’baum D. I.Silicon nanocrystals in SiO2 matrix obtained by ionimplantation under cyclic dose accumulation. PhysicaE: Low-dimensional Systems and Nanostructures.2007;38(1-2): 16–20. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physe.2006.12.0306. Terekhov V. A., Turishchev S. Y., Pankov K. N.,Zanin I. E., Domashevskaya E. P., Tetelbaum D. I.,Mikhailov A. N., Belov A. I., Nikolichev D. E., Zubkov S. Y.XANES, USXES and XPS investigations of electronenergy and atomic structure peculiarities of the siliconsuboxide thin film surface layers containing Si nanocrystals.Surface and Interface Analysis. 2010;42(6-7):891–896. DOI: https://doi.org/10.1002/sia.33387. Terekhov V. A., Turishchev S. Y., Pankov K. N.,Zanin I. E., Domashevskaya E. P., Tetelbaum, MikhailovA. N., Belov A. I., Nikolichev D. E. Synchrotron investigationsof electronic and atomic-structure peculiaritiesfor silicon-oxide films’ surface layers containingsilicon nanocrystals. Journal of Surface Investigation.X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2011;5(5):958–967. DOI: https://doi.org/10.1134/S102745101110020X8. Sato K., Izumi T., Iwase M., Show Y., Morisaki H.,Yaguchi T., Kamino T. Nucleation and growth of nanocrystallinesilicon studied by TEM, XPS and ESR.Applied Surface Science. 2003;216 (1-4): 376–381. DOI:https://doi.org/10.1016/S0169-4332(03)00445-89. Ledoux G., Gong J., Huisken F., Guillois O., ReynaudC. Photoluminescence of size-separated siliconnanocrystals: Confirmation of quantum confinement.Applied Physics Letters. 2002;80(25): 4834–4836. DOI:https://doi.org/10.1063/1.148530210. Patrone L., Nelson D., Safarov V. I., Sentis M.,Marine W., Giorgio S. Photoluminescence of siliconnanoclusters with reduced size dispersion producedby laser ablation. Journal of Applied Physics. 2000;87(8):3829–3837. DOI: https://doi.org/10.1063/1.37242111. Takeoka S., Fujii M., Hayashi S. Size-dependentphotoluminescence from surface-oxidized Si nanocrystalsin a weak confinement regime. Physical ReviewB. 2000;62(24): 16820–16825. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.1682012. Ievlev V. M. Activation of solid-phase processesby radiation of gas-discharge lamps, Russian ChemicalReviews. 2013;82(9): 815–834. DOI: https://doi.org/10.1070/rc2013v082n09abeh00435713. Zimkina T. M., Fomichev V. A. Ultrasoft X-Rayspectroscopy. Leningrad: Leningrad State UniversityPubl.; 1971. 132 p.14. Wiech G., Feldhutter H. O., Simůnek A. Electronicstructure of amorphous SiOx:H alloy filmsstudied by X-ray emission spectroscopy: Si K, Si L, andO K emission bands. Physical Review B. 1993;47(12):6981–6989. DOI: https://doi.org/10.1103/Phys-RevB.47.698115. Domashevskaya E. P., Peshkov Y. A., TerekhovV. A., Yurakov Y. A., Barkov K. A., Phase compositionof the buried silicon interlayers in the amorph o u s m u l t i l a y e r n a n o s t r u c t u r e s[(Co45Fe45Zr10)/a-Si:H]41 and [(Co45Fe45Zr10)35(Al2O3)65/a-Si:H]41. Surface and Interface Analysis.2018;50(12-13): 1265–1270. DOI: https://doi.org/10.1002/sia.651516. Terekhov V. A., Kashkarov V. M., ManukovskiiE. Yu., Schukarev A. V., Domashevskaya E. P.Determination of the phase composition of surfacelayers of porous silicon by ultrasoft X-ray spectroscopyand X-ray photoelectron spectroscopy techniques.Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena.2001;114–116: 895–900. DOI: https://doi.org/10.1016/S0368-2048(00)00393-517. JCPDS-International Centre for DiffractionData ICDD PDF-2, (n.d.) card No 01-077-2110.18. JCPDS-International Centre for DiffractionData ICDD PDF-2, (n.d.) card No 00-050-0438.