ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С СИСТЕМАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ НАНОКРИСТАЛЛЫ КРЕМНИЯ

1. ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С СИСТЕМАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ НАНОКРИСТАЛЛЫ КРЕМНИЯ В.А. Терехов1, С.Ю. Турищев1, К.Н. Панков1, И.Е. Занин1, Э.П. Домашевская1, Д.И. Тетельбаум2, А.Н. Михайлов2, А.И. Белов2, Д.Е. Николичев2, С.Ю. Зубков2 1 – Воронежский государственный университет, 394006, Университетская пл.1, Воронеж, ftt@phys.vsu.ru, www.phys.vsu.ru/ssp 2 - Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, 603950, Нижний Новгород В.А. Терехов, 2010

2. АКТУАЛЬНОСТЬ Возможность получения фотолюминесценции в видимом и ближнем ИК диапазоне при комнатной температуре на нанокристаллах кремния Зависимость энергии максимума фотолюминесценции от среднего диаметра наночастиц кремния. [*] Изменение цвета ФЛ при сепарации наночастиц кремния по размеру. [*] * G. Ledoux et. al. Applied Physics Letters, Volume 80, Number 25, 2002, P. 4834 В.А. Терехов, 2010

3. УЛЬТРАМЯГКАЯ РЕНТГЕНОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ КАК МЕТОД АТТЕСТАЦИИ ЛОКАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ АТОМОВ В ТОНКИХ СЛОЯХ Si L2,3USXES Si L2,3 XANES 5 eV В.А. Терехов, 2010

4. Свойства и характеристики синхротронного излучения • Большая яркость источника - большая чувствительность и скорость измерений. • Спектр СИ - возможность получения монохроматических пучков рентгеновских лучей с настраиваемой длиной волны в широком диапазоне энергий. • Поляризованность излучения и возможность ей управлять - возможность исследования упорядоченных по спину систем, например магнитных. • Импульсный характер и малая длительность импульсов - возможность изучать быстро протекающие процессы (взрывы, фазовые переходы, химические реакции). • Естественная высокая коллимированность - увеличивается контраст и разрешающую способность.

5. Наночастицы кремния в матрице SiO2сформированные ионной имплантацией и отжигами Si L2,3 спектры XANES тонких пленок SiO2 содержащих нанокристаллы кремния сформированные при различном числе циклов набора общей дозы имплантации (F=1017см-2) – слева. Справа - XANES спектры структур с дополнительно отожженными пленками SiO2. Ионы кремния (Е = 140 кэВ) и суммарная доза F=1017см-2 имплантировали в тонкие пленки SiO2 (510 нм), полученные термическим окислением пластин c-Si во влажном кислороде. - Образец 01. Доза 1017см-2, однократный отжиг (N2) в течение 2 часов. - Образец 02. Доза 5·1016cм-2, отжиг (N2) в течение 1 часа, два цикла. - Образец 03. Доза 3.3·1016cм-2, отжиг (N2) в течение 40 минут, три цикла. Вторая серия образцов (11, 12 и 13) с предварительным отжигом исходного окисла на воздухе при 1100 C в течение 3 часов перед имплантацией. В.А. Терехов, 2010 Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures - 2007. - 38, - P. 16 - 20.

6. Фотолюминесценцияструктур, содержащих нанокристаллы кремния сформированных отжигом пленок SiOx (а) ФЛспектры исходных пленок SiOx (b, c, d)ФЛ спектры отожженных пленок SiOx (900 - 1100 °C) для трех температур подложки: 250 °C (1), 300 °C (2), 350 °C (3). В.А. Терехов, 2010

7. Исследования состава пленок SiOx Слева: Si L2,3-USXES спектры исходного порошка SiO (a) и плёнок SiO2:nc-Si/Si, полученных при температуре подложки Ts=250 С с различными температурами отжига: b - без отжига, c - Ta=1000 C, d - Ta=1100C. Сплошные линии - модельные спектры. Справа: спектры эталонов SiO2 SiO1.3 a-Si c-Si Si 2p-спектры XPS пленки SiO2:nc-Si/Si (Ts=300C) после отжига 1100C,подвергнутой послойному ионному травлению В.А. Терехов, 2010

8. XANES исследования: “эффект обращенной интенсивности” Слева: Si L2,3 XANES спектры пленок SiO2:nc-Si/Si: a - d полученных при температурных режимах Ts=250°C, a) Ta=0°C, b) Ta=900°C, c) Ta=1000°C, d) Ta=1100°C. е - пленка с Ts=350°C и Ta=1100°C. Угол скольжения синхротронного излучения 90°. Справа: Si L2,3 XANES спектры пленок SiO2:nc-Si/Si (Ts=250°C и Ta=1100°C) полученные при разных углах скольжения синхротронного излучения q: a-90°, b-60°, c-30°, d-10°. Q Аномальный спектр квантового выхода и изменение в его поведении при уменьшении угла скольжения может быть объяснено эффектами дифракции или интерференции. Это не учитывается равенством: В.А. Терехов, 2010

9. XANES исследования: Угловая зависимость для эталонов Q Q XANES Si L2,3-спектры с-Si при различных углах скольжения первичного пучка: a - 10o, b - 30o, c - 60o, d - 90o. XANES Si L2,3-спектры SiO2(60 нм) при различных углах скольжения первичного пучка: a - 10o, b - 30o, c - 60o, d - 90o. В.А. Терехов, 2010

10. XANES исследования: “эффект обращенной интенсивности” Si L2,3 спектры XANES в структурах LiF/Si/LiF [*] Si L2,3спектры XANES структур SiO2/Si [**] * M. Watanabe et. al. Nuclear science and techniques, Volume 17, Number 5, 2006, P. 257. ** M. Kasrai et. al. Applied Surface Science, Volume 99, 1996, P. 303. В.А. Терехов, 2010

11. Модель взаимодействия ультрамягкого СИ с системой SiO2:nc-Si 2d sinθ = ½ λ d~3.6÷6.2 нм Модель формирования внешнего фотоэффекта при взаимодействии ультрамягкого рентгеновского излучения со структурой SiO2/SiO2:nc-Si/Si.

12. Спасибо за внимание Даннаяработачастично выполненана the Synchrotron Radiation Center, University of Wisconsin-Madison, приподдержке NSF грант No.DMR-0537588. Даннаяработавыполненапри поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы» В.А. Терехов, 2010