Structural analysis of silicon nanostructures obtained from thermal annealing of PVD deposited SRO/SiO2 multilayers

Abstract

Předkládáme syntézu a charakterizaci nanostruktur křemíku získaných teplotním žíháním multivrstev křemíkem obohaceného oxidu a dioxidu křemíku (SRO/SiO2) deponovaných pomocí magnetronového naprašování v atmosféře argonu a kyslíku. Hlavní motivace pro studii křemíku vychází z jeho úspěchu a dominance v oblasti mikroelektroniky. Mnoho světelných zdrojů, modulátorů, vlnovodů předkládáme jako příklady mikroelektronických materiálů aplikovaných v různých fotonických zařízeních vyvynutých na bázi křemíkových nanokrystalů. SRO/SiO2 multivrstvy byly deponovány pomocí vysokofrekvenčního (13.56 MHz) magnetronového naprašování. Vrstvy v původním i žíhaném stavu byly zkoumány pomocí in-situ rentgenové difrakce (XRD), transmisní elektronové mikroskopie (TEM), a hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů (SIMS). Multivrstvy vytvořené skládáním SRO a SiO2 vrstev byly zkrystalizovány pomocí teplotního žíhání ve vakuu. Jednotlivé fáze strukturních změn od nukleace k úplné krystalizaci byly sledovány pomocí in-situ XRD. XRD spolu s TEM potvrdily přítomnost křemíkových nanočástic v žíhaných vrstvách. Výpočty byl stanoven objem krystalické fáze 17 - 25% s hustotou částic 2-2.8x1018cm-3. Průměrná velikost nanočástic je 3.5 - 5 nm.