КРЕМНИЙ_(Si_2014(1))

«Особенности спектров
характеристических потерь энергии
электронов в ионно имплантированных
слоях кремния »
А.С. Рысбаев, Ш.Х. Жураев, Ж. Б. Хужаниязов,
И.Р. Бекпулатов, Р.Ф. Файзуллаев, А.М. Рахимов
Ташкентский государственный технический
университет
 АКТУАЛЬНОСТЬ.
 Квантово – размерные силицидные кристаллы,
созданные на поверхности кремния привлекают
сейчас большое внимание, что объясняется
непрерывным сокращением размеров элементов
микроэлектроники,
так
и
уникальными
свойствами структур силицид – кремний,
позволяющими
создавать
на
их
основе
быстродействующие
элементы
электронных
приборов.
 ЦЕЛЬ:
 Теоретическое и экспериментальное исследование
закономерностей одночастичного и коллективного
возбуждения электронов в кремнии в процессе
формирования тонких наноразмерных пленок
силицидов при имплантации ионов низких энергий и
последующем термическом и лазерном отжиге.
 Методы
исследований:
электронная
оже
–
спектроскопия
(ЭОС),
спектроскопия
характеристических потерь энергии электронами
(СХПЭЭ), спектроскопия упруго – рассеянных
электронов
(СУРЭ),
дифракция
медленных
электронов (ДМЭ), измерение электрофизических
характеристик силицидных пленок.
Na+ Si
E0=1 кэВ
СNa, aт
5
50
4
25
3
2
1
0
20
40
60
80
100
х, Å
Рис.1. Концентрационные профили распределения атомов Na,
имплантированных в Si(111) с энергией Е0=0,5 кэВ с различной дозой
D, см-2 : 1·1013 (кривая 1); 1·1014 (2); 1·1015 (3); 1·1016 (4) и 8·1016 (5).
Na+→Si(111)
Eo=0.5 кэВ
7
6
Ev(NaSi)
dN/dE, отн.ед.
5
4
3
2
1
2ћωs
ΔЕ, эВ
ћωs
ћωv
20
10
Ev
0
Рис.2. Спектры ХПЭ для чистого Si(111) (кривая 1) и Si, имплантированного
ионами Na с Е0=0,5 кэВ с различной дозой D, см-2: 5·1013(2), 5·1014(3),
7·1015 (4), 1·1016 (5), 8·1016 (6), 2·1017 (7).
Минимальные значения дозы аморфизации поверхности Si(111)
Таблица 1
D=1015 см-2
Е0, эВ
Li+
500
1000
3000
5000
9
7
3
0,5
Na+
7
5
1
0,3
K+
6
5
0,8
0,2
Rb+
4
5
0,7
0,1
Cs+
4
2
0,6
0,09
Ba+
4
1
0,6
0,08
Δħω, эВ
1 – Li+→Si (111)
2 – Na+→Si (111)
3 – Ba+→Si (111)
3
3
2
2
1
1
1013
1014
1015
1016
1017
D, см -2
Рис.3. Зависимости сдвига энергии плазмона Si(111) от дозы
имплантации ионов Li, Na, Ba.
а
z
εо(ω)
0
ε(ω)
Рис.4. Двухжидкостная модель электронного газа.
   1
2
p
2
 iv






(, z)=0 ()+s (z)
4e
2
1
2

эфф, l

 z  
N
z 
s
imp
m
l     2   2 pe 
 1c

3
 
 

I 
 dq  dz  dz ' exp  i z  z '  Im D z , z ' , q, 

3 22
 v

2  v
 
 
2
 


4e 2 o   expqz  z '
Dl z, z ' , q,    
, z и z'  0


 o  


q 1   o    q  dx[
 1





x
,



0

I

l
2e
2

2







Im 

 0









 


 2


(1  
0
)Z
int

2

(1   )
0





  (1   )  

0  
( ) ln 



( )  
 Z
int





2
Z
2
int


( )



















4
5
6

ε (ω ) 
dzε (z)
1

o
s
Z ω    dz
1   
 iπ (ω )  (  )   ( z
)
o
o
s
max
 ε(ω,z)  ε (ω )  ε (z)
int
d ( z / dz )
0
0 o
s
s
zz

zo ()  zmax 2 
7
 2 2 s2 ( zmax )
2

2



dz

(
z
)

 2
2
s
v  1   s ( zmax ) 2 

  F ( zo )
 2  0  s ( z )   s ( zmax )  




Im  dz exp(2 z )
0
o
( )

1
 ( , z )



   ( )   ( z
)
o
s max
d / dz
s
zz
o
 
exp  2 z ( )
o
8

9
Зависимость энергии пика, соответствующего возбуждению объемного плазмона в Si,
от дозы облучения ионами Na+ с энергией 0,5 кэВ
Таблица 2
D, см-2
С(zmax)
zmax, Å
hрез, эВ
s(zmax)
эксперимент
расчет
0
-
-
0
17,0
17,1
1015
0,18
27
0,079
16,0
16,4
1016
0,32
21
0,141
15,0
16,0
81016
0,48
20
0,192
14,0
15,0
Сдвиг частоты объемных плазменных колебаний ∆р в кремнии, имплантированном
ионами Ва+ и Na+
Таблица 3
Вид иона
Доза и энергия
Расчет
Эксперимент
Ва+
Е0=0,5 кэВ, D=61016 см-2
3,2 эВ
3,6 эВ
Na+
Е0=0,5 кэВ, D=81016 см-2
2,1 эВ
3,0 эВ
ВЫВОДЫ
 Наблюдаемый в эксперименте эффект уменьшения энергии объемных
плазмонов в Si при имплантации ионов В+, Ва+ и щелочных элементов
объясняется на основе двухжидкостной модели электронного газа с
различной () сильным затуханием колебаний валентных электронов в
следствии разупорядочения приповерхностного слоя Si.
 Существенное влияние на сдвиг энергий пиков потерь на возбуждение
плазмонов в ионно – имплантированном Si оказывает эффект статической
поляризации остовных электронов примесных атомов.
Литература
 Рысбаев А. С., Нормурадов М. Т., Юлдашев Ю. Ю., Насриддинов С. С.
Влияние имплантации ионов низких энергий на плотность состояний
валентных электронов кремния. // Радиотехника и электроника. 1997. № 2.
с.240-242.
 Рысбаев. А.С., Хужаниёзов Ж. Б., А.К.Ташатов, Ш.Х.Джураев. О двумерных структурах, образующихся на поверхности Si(111) и Si(100) при
МЛЭ атомов кобальта и кремния// Поверхость, 2011, №12, с. 98-104.
 Либенсон Б.Н., Румянцев В.В. // Письма в журнал эксперим. и теоретической физики. 1987. т. 45. В1. с. 10-12.
 Румянцев В.В., Либенсон Б.Н. // Журнал эксперим. и теоретической
физики. 1984. т. 87. В 5(11). с. 1818-1833.
СПАСИБО
ЗА
ВНИМАНИЕ!