Институт физики полупроводников им. В. Е. Лашкарева НАН Украины, Украина:

В. А. Данько

С. А. Злобин

И. З. Индутный

И. П. Лисовский
В. Г. Литовченко

Е. В. Михайловская

П. Е. Шепелявый

Институт физики полупроводников им. В. Е. Лашкарева НАН Украины, Украина; Physikalisches Institut, Goethe–Universitaet, Frankfurt am Main, Germany:

Е. Бегун

Проведено детальное исследование пленочных структур Si−квантовые точки/SiO_x, полученных по новой фтороводородной технологии формирования наночастиц кремния в пористой матрице оксида кремния. Предложен физический механизм влияния химической обработки в парах HF на воздухе на структурные и светоизлучающие свойства пленочных пористых систем с наноразмерным кремнием. Показано, что пассивация оборванных связей на поверхности Si−нановключений в результате обработки происходит при участии атомов кислорода, фтора и водорода, что на два порядка величины ослабляет безызлучательный канал рекомбинации. Предложена модель, объясняющая сдвиг спектра фотолюминесценции в область голубого свечения в результате обработки вследствие уменьшения размеров Si−квантовых точек при окислении их поверхностного слоя.

Работа выполнена при поддержке проектами 1.1.5 и 1.1.7 Государственной целевой научно−технической программы разработки и создания сенсорных наукоемких продуктов на 2008—2012 годы.

1. Litovchenko, V. Determination of the electron affinity (work function) of semiconductor nano−crystals / V. Litovchenko, A. Grygoriev // Ukr. J. Phys. − 2007. − V. 52, N 9. − P. 897—904.
2. Wilkinson, A. R. Passivation of Si nanocrystals in SiO₂: atomic versus molecular hydrogen / A. R. Wilkinson, R. G. Elliman // Appl. Phys. Lett. − 2003. − V. 83. − P. 5512—5514.
3. Pellegrino, P. Enhancement of the emission yield of silicon nanocrystals in silica due to surface passivation / P. Pellegrino, B. Garrido, C. García, R. Ferré, J. A. Moreno, J. R. Morante // Physica E. − 2003. − V. 16. − P. 424—428.
4. Khatsevich, І. Effect of low temperature treatments on photoluminescence enhansement of ion beam synthesezed Si nanocrystals in SiO₂ matrix / I. Khatsevich, V. Melnik, V. Popov, B. Romanyuk, V. Fedulov // Semicond. Phys. Quantum Electron. and Optoelectron. − 2008. − V. 11, N 4. − P. 352—355.
5. Indutnyy, I. Z. Effect of chemical and radiofrequency plasma treatment on photoluminescence of SiO_x films / I. Z. Indutnyy, V. S. Lysenko, I. Yu. Maidanchuk, V. I. Min’ko, A. N. Nazarov, A. S. Tkachenko, P. E. Shepeliavyi, V. A. Dan’ko // Ibid. − 2006. − V. 9, N 1. − P. 9—13.
6. Kim Joonkon. Enhancement effect of photoluminescence in Si nanocrystals by phosphorus implantation / Joonkon Kim, H. J. Woo, H. W. Choi, G. D. Kim, W. Hong // Mater. Res. Soc. Symh. Proc. − 2004. − V. 792. P. R9.20.1—R9.20.6.
7. Lisovskii, I. P. Usilenie fotolyuminescencii struktur s nanokristallicheskim kremniem, stimulirovannoe nizkodozovym gamma−oblucheniem / I. P. Lisovskii, I. Z. Indutnyi, M. V. Muravskaya, V. V. Voitovich, E. G. Gule, P. E. Shepelyavyi // FTP. − 2008. − T. 42, Iss. 5. − P. 591—594.
8. Keisuke Sato. Improved luminiscence intensity and stability of nanocrystalline silicon due to the passivation of nonluminescent states / Keisuke Sato, Kenji Hirakuni // J. Appl. Phys. − 2005. − V. 97, N 1. − P. 326—330.
9. Dan’ko, V. A. Influence of the HF vapor treatment on the structure and luminescence properties of porous Si/SiO_x−nanocomposites / V. A. Dan’ko, S. O. Zlobin, I. Z. Indutnyi, I. P. Lisovskyy, L. G. Litovchenko, K. V. Michailovska, P. E. Shepeliavyi // Ukrain. J. Phys. − 2010. − V. 55, N 9. − P. 1042—1048.
10. Indutnyi, I. Z. Effect of acetone vapor treatment on photoluminescence of porous nc−Si—SiO_x nanostructures / I. Z. Indutnyi, K. V. Michailovska, V. I. Min’ko, P. E. Shepeliavyi // Semicond. Phys. Quantum Electron. and Optoelectron. − 2009. − V. 12, N 2. − P. 105—109.
11. Lisovskyy, I. P. Effect of low−temperature annealing on light−emitting properties of na−Si/SiOx porous nanocomposite films / I. P. Lisovskyy, V. G. Litovchenko, S. O. Zlobin, M. V. Voitovych, I. M. Khatsevich, I. Z. Indutnyy, P. E. Shepeliavyi, O. F. Kolomys // Semicond. Phys. Quantum Electron. and Optoelectron. − 2011. − V. 14, N 1. − P. 127—129.
12. Svechnikov, S. V. Izluchatel’nye svoistva kremnievyh nanostruktur (obzor) / S. V. Svechnikov, E. B. Kaganovich // Optoelektronika i poluprovodnikovaya tehnika. − 2004. − Iss. 39. − P. 5—26.
13. Nakamura, M. Infrared absorption spectra and compositions of evaporated silicon oxides (SiO_x) / M. Nakamura, V. Mochizuki, K. Usami // Solid State Comun. − 1984. − V. 50, N 12. − P. 1079—1081.
14. Lisovskyy, I. P. IR study of short−range and local order in SiO₂ and SiO_x films / I. P. Lisovskii, V. G. Litovchenko, V. B. Lozinskii, S. I. Frolov, H. Flietner, W. Fussel, E. G. Schmidt // J. Non−Crystal. Solids. − 1995. − V. 187. − P. 91—95.
15. Sassella, A. Infrared study of Si−rich silicon oxide films deposited by plasma−enhanced chemical vapor deposition / A. Sassella, A. Borghesi, F. Corni, A. Monelli, G. Ottaviani, R. Tonini, B. Pivac, M. Bacchetta, L. Zanotti // J. Vac. Sci. and Technol. A. − 1997. − V. 15, N 2. − P. 377—389.
16. Suchaneck, G. Oxygen−rich phase segregation in PECVD a−SiO_x : H semi−insulators / G. Suchaneck, O. Steinke, B. Alhallani, K. Schade // J. Non−Crystal. Solids. − 1995. − V. 187. − P. 86—90.
17. Liptak, R. W. Surface chemistry dependence of native oxidation formation on silicon nanocrystals / R. W. Liptak, U. Kortshagen, S. A. Campbell // J. Appl. Phys. − 2009. − V. 106. − P. 064313.
18. Lehmann, A. Optical phonons in amorphous silicon oxides I. Calculation of the density of states and interptetation of LO−TO splittings ofamorph SiO₂ / A. Lehmann, L. Schumann, K. Hubner // Phys. status solidi В. − 1983. − V. 117. − P. 689—698.
19. Shimada Toshikazu. Dipolar field contribution to memory echo in piezoelectric powder / Toshikazu Shimada, Yoshifumi Katayama, Shinkichi Horigome // J. Appl. Phys. − 1980. − V. 51, N 5. − P. 2817.
20. Faraci, G. Catalytic role of adsorbates in the photoluminescence emission of Si nanocrystals / G. Faraci, S. Gibilisco, A. R. Pennisi, G. Franzó, S. La Rosa, L. Lozzi // Phys. Rev. B. − 2008. − V. 78, N 24. − P. 245425.
21. Dan’ko, V. A. Control of photoluminescence spectra of porous nc−Si—SiO_x structures by vapor treatment / V. A. Dan’ko, V. Ya. Bratus’, I. Z. Indutnyi, I. P. Lisovskyy, S. O. Zlobin, K. V. Michailovska, P. E. Shepeliavyi // Semicond. Phys. Quantum Electron. and Optoelectron. − 2010. − V. 13, N 4. − P. 413—417.
22. Strukturnye prevrasheniya i obrazovanie nanokristallitov kremniya v plenkah SiOx / V. Ya. Bratus', V. A. Yuhimchuk, L. I. Berezhinskii, M. Ya. Valah, I. P. Vorona, I. Z. Indutnyi, T. T. Petrenko, P. E. Shepelyavyi, I. B. Yanchuk // FTP. − 2001. − T. 35, Iss. 7. − P. 854—859.