ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С СИСТЕМАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ НАНОКРИСТАЛЛЫ КРЕМНИЯ В.А. Терехов 1, С.Ю. Турищев 1, К.Н. Панков 1, И.Е. - презентация

1 ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С СИСТЕМАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ НАНОКРИСТАЛЛЫ КРЕМНИЯ В.А. Терехов 1, С.Ю. Турищев 1, К.Н. Панков 1, И.Е. Занин 1, Э.П. Домашевская 1, Д.И. Тетельбаум 2, А.Н. Михайлов 2, А.И. Белов 2, Д.Е. Николичев 2, С.Ю. Зубков 2 1 – Воронежский государственный университет, , Университетская пл.1, Воронеж, Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, , Нижний Новгород В.А. Терехов, 2010

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

3 В.А. Терехов, 2010 УЛЬТРАМЯГКАЯ РЕНТГЕНОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ КАК МЕТОД АТТЕСТАЦИИ ЛОКАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ АТОМОВ В ТОНКИХ СЛОЯХ Si L 2,3 USXES Si L 2,3 XANES 5 eV

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 В.А. Терехов, 2010 Si L 2,3 спектры XANES тонких пленок SiO 2 содержащих нанокристаллы кремния сформированные при различном числе циклов набора общей дозы имплантации ( =10 17 см -2 ) – слева. Справа - XANES спектры структур с дополнительно отожженными пленками SiO 2. Ионы кремния (Е = 140 кэВ) и суммарная доза =10 17 см -2 имплантировали в тонкие пленки SiO 2 (510 нм), полученные термическим окислением пластин c-Si во влажном кислороде. - Образец 01. Доза см -2, однократный отжиг (N 2 ) в течение 2 часов. - Образец 02. Доза 5·10 16 cм -2, отжиг (N 2 ) в течение 1 часа, два цикла. - Образец 03. Доза 3.3·10 16 cм -2, отжиг (N 2 ) 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. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures , - P Наночастицы кремния в матрице SiO 2 сформированные ионной имплантацией и отжигами

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

7 В.А. Терехов, 2010 Исследования состава пленок SiO x Si 2p-спектры XPS пленки SiO 2 :nc-Si/Si (T s =300 C) после отжига 1100 C, подвергнутой послойному ионному травлению SiO 2 SiO 1.3 a-Si c-Si Слева: Si L 2,3 -USXES спектры исходного порошка SiO (a) и плёнок SiO 2 :nc-Si/Si, полученных при температуре подложки T s =250 С с различными температурами отжига: b - без отжига, c - T a =1000 C, d - T a =1100 C. Сплошные линии - модельные спектры. Справа: спектры эталонов

8 В.А. Терехов, 2010 XANES исследования: эффект обращенной интенсивности Слева: Si L 2,3 XANES спектры пленок SiO 2 :nc-Si/Si: a - d полученных при температурных режимах T s =250°C, a) T a =0°C, b) T a =900°C, c) T a =1000°C, d) T a =1100°C. е - пленка с T s =350°C и T a =1100°C. Угол скольжения синхротронного излучения 90°. Справа: Si L 2,3 XANES спектры пленок SiO 2 :nc-Si/Si (T s =250°C и T a =1100°C) полученные при разных углах скольжения синхротронного излучения : a-90°, b-60°, c-30°, d-10°. Аномальный спектр квантового выхода и изменение в его поведении при уменьшении угла скольжения может быть объяснено эффектами дифракции или интерференции. Это не учитывается равенством:

9 В.А. Терехов, 2010 XANES исследования: Угловая зависимость для эталонов XANES Si L 2,3 -спектры с-Si при различных углах скольжения первичного пучка: a - 10 o, b - 30 o, c - 60 o, d - 90 o. XANES Si L 2,3 -спектры SiO 2 (60 нм) при различных углах скольжения первичного пучка: a - 10 o, b - 30 o, c - 60 o, d - 90 o.

10 В.А. Терехов, 2010 XANES исследования: эффект обращенной интенсивности * M. Watanabe et. al. Nuclear science and techniques, Volume 17, Number 5, 2006, P ** M. Kasrai et. al. Applied Surface Science, Volume 99, 1996, P Si L 2,3 спектры XANES в структурах LiF/Si/LiF [*] Si L 2,3 спектры XANES структур SiO 2 /Si [**]

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

12 В.А. Терехов, 2010 Данная работа частично выполнена на the Synchrotron Radiation Center, University of Wisconsin-Madison, при поддержке NSF грант No.DMR Данная работа выполнена при поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на годы» Спасибо за внимание