Электролюминесценция пленок SiO2 на Si, полученных термическим окислением и плазмохимическим осаждением

  • Иван Александрович Романов Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0001-8273-6908
  • Наталья Станиславовна Ковальчук «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Людмила Александровна Власукова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Ирина Николаевна Пархоменко Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Виталий Александрович Солодуха «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Владимир Александрович Пилипенко Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Викторович Шестовский «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Сергей Александрович Демидович «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-3-26-31

Аннотация

Проведено сравнение светоизлучающих свойств при электрическом возбуждении свечения пленок оксида кремния, полученных термическим оксидированием в парах воды при 900 °С и методом плазмохимического осаждения из газовой фазы из смеси SiH4 + N2O при 350 °C. Спектры электролюминесценции сняты в системе электролит – диэлектрик – полупроводник. В спектре электролюминесценции оксидной пленки, полученной термическим окислением, доминирует интенсивная полоса в красной области с максимумом при 1,9 эВ. Сделан вывод о связи данной полосы с наличием в оксиде силанольных групп (Si — OH). В спектре электролюминесценции оксидной пленки, полученной плазмохимическим осаждением, наблюдается мультиполосное свечение в УФ-области. Дополнительные исследования методами ИК-спектроскопии и КРС показали, что модуляция спектра имеет колебательную природу, а не является результатом интерференции. Предположительно, люминесценция в УФ-области обусловлена наличием центров дефицита кислорода, содержащих связи с атомами водорода.

Биографии авторов

Иван Александрович Романов, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

ассистент кафедры физической электроники и нанотехнологий факультета радиофизики и компьютерных технологий

Наталья Станиславовна Ковальчук, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

кандидат технических наук, доцент; заместитель главного инженера

Людмила Александровна Власукова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; заведующий научно-исследовательской лабораторией материалов и приборных структур микро- и наноэлектроники факультета радиофизики и компьютерных технологий

Ирина Николаевна Пархоменко, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории материалов и приборных структур микро- и наноэлектроники факультета радиофизики и компьютерных технологий

Виталий Александрович Солодуха, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

доктор технических наук; генеральный директор

Владимир Александрович Пилипенко, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

член-корреспондент НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор; профессор кафедры физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета Белорусского государственного университета; заместитель директора по научному развитию государственного центра «Белмикроанализ» филиала НТЦ «Белмикросистемы», «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл»

Дмитрий Викторович Шестовский, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

инженер-технолог отдела перспективных технологических процессов

Сергей Александрович Демидович, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

ведущий инженер отраслевой лаборатории новых технологий и материалов

Литература

  1. Konstantinova-Shlezinger MA, editor. Lyuminestsentnyi analiz [Luminescence analysis]. Moscow: Fizmatgiz; 1961. 400 p. Russian.
  2. Baraban AP, Dmitriev VA, Petrov YuV. Elektrolyuminestsentsiya v tverdotel’nykh sloistykh strukturakh na osnove kremniya [Electroluminescence in solid-state silicon-based layered structures]. Saint Petersburg: Izdatel’stvo Sankt-Peterburgskogo universiteta; 2009. 195 p. Russian.
  3. McKnight SW, Palic ED. Cathodoluminescence of SiO2 films. Journal of Non-Crystalline Solids. 1980;40(3):595–603. DOI: 10.1016/0022-3093(80)90133-7.
  4. Dyakov SA, Zhigunov DM, Hartel A, Zacharias M, Perova TS, Timoshenko VYu. Enhancement of photoluminescence signal from ultrathin layers with silicon nanocrystals. Applied Physics Letters. 2012;100(6):061908. DOI: 10.1063/1.3682537.
  5. Parkhomenko I, Vlasukova L, Komarov F, Milchanin O, Makhavikou M, Mudryi A, et al. Origin of visible photoluminescence from Si-rich and N-rich silicon nitride films. Thin Solid Films. 2017;626:70–75. DOI: 10.1016/j.tsf.2017.02.027.
  6. Baraban AP, Samarina SN, Prokofiev VA, Dmitriev VA, Selivanov AA, Petrov Y. Luminescence of SiO2 layers on silicon at various types of excitation. Journal of Luminescence. 2019;205:102–108. DOI: 10.1016/j.jlumin.2018.09.009.
  7. Canham LT. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers. Applied Physics Letters. 1990;57(10):1046–1048. DOI: 10.1063/1.103561.
  8. Jambois O, Rinnert H, Devaux X, Vergnat M. Photoluminescence and electroluminescence of size-controlled silicon nanocrystallites embedded in SiO2 thin films. Journal of Applied Physics. 2005;98:046105. DOI: 10.1063/1.2034087.
  9. Sheng-Wen Fu, Hui-Ju Chen, Hsuan-Ta Wu, Chuan-Feng Shih. Effect of SiO2 layers on electroluminescence from Si nanocrystal / SiO2 superlattices prepared using argon ion beam assisted sputtering. Vacuum. 2016;126:59–62. DOI: 10.1016/j.vacuum.2016.01.020.
  10. Berencén Y, Mundet B, Rodríguez JA, Montserrat J, Domínguez C, Garrido B. Hot electron engineering for boosting electroluminescence efficiencies of silicon-rich nitride light emitting devices. Journal of Luminescence. 2017;183:26–31. DOI: 10.1016/j.jlumin.2016.11.020.
  11. Martínez HP, Luna JA, Morales R, Casco JF, Hernández JAD, Luna A, et al. Blue electroluminescence in SRO-HFCVD films. Nanomaterials. 2021;11(4):943. DOI: 10.3390/nano11040943.
  12. Rodríguez JA, Vásquez-Agustín MA, Morales-Sánchez A, Aceves-Mijares M. Emission mechanisms of Si nanocrystals and defects in SiO2 materials. Journal of Nanomaterials. 2014;2014:409482. DOI: 10.1155/2014/409482.
  13. Baraban AP, Bulavinov VV, Konorov PP. Elektronika sloev SiO2 na kremnii [Electronics of SiO2 layers on silicon]. Leningrad: Izdatel’stvo Leningradskogo universiteta; 1988. 304 p. Russian.
  14. Romanov IA, Komarov FF, Vlasukova LA, Parkhomenko IN, Kovalchuk NS. Processes of electroluminescence degradation of light-emitting structures based on thin silicon oxide and nitride films. Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus. 2021;65(2):158–167. DOI: 10.29235/1561-8323-2021-65-2-158-167. Russian.
  15. Baraban AP, Egorov DV, Askinazi AYu, Miloglyadova LV. Electroluminescence of Si – SiO2 – Si3N4 structures. Technical Physics Letters. 2002;28(12):978–980. DOI: 10.1134/1.1535507.
  16. Skuja L. The origin of the intrinsic 1.9 eV luminescence band in glassy SiO2. Journal of Non-Crystalline Solids. 1994;179:51–69. DOI: 10.1016/0022-3093(94)90684-X.
  17. Bugaev KO, Zelenina AA, Volodin VA. Vibrational spectroscopy of chemical species in silicon and silicon-rich nitride thin films. International Journal of Spectroscopy. 2012;2012:281851. DOI: 10.1155/2012/281851.
  18. Lucovsky G, Richard PD, Tsu DV, Lin SY, Markunas RJ. Deposition of silicon dioxide and silicon nitride by remote plasma enhanced chemical vapor deposition. Journal of Vacuum Science & Technology A. 1986;4:681–688. DOI: 10.1116/1.573832.
Опубликован
2021-10-20
Ключевые слова: пленки оксида кремния, электролюминесценция, система электролит – диэлектрик – полупроводник, центры дефицита кислорода, кремниевая оптоэлектроника
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке государственной программы научных исследований «Фотоника и электроника для инноваций» (задание 3.8.1, № гос. регистрации 20212595).
Как цитировать
Романов, И. А., Ковальчук, Н. С., Власукова, Л. А., Пархоменко, И. Н., Солодуха, В. А., Пилипенко, В. А., Шестовский, Д. В., & Демидович, С. А. (2021). Электролюминесценция пленок SiO2 на Si, полученных термическим окислением и плазмохимическим осаждением. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 26-31. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-3-26-31
Выпуск
№ 3 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика конденсированного состояния

Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).