The 31 reference contexts in paper А. Рогов М., В. Нуждин И., В. Валеев Ф., Ю. Осин Н., И. Романов А., И. Климович М., А. Степанов Л. (2019) “ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ КАК СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОРИСТОГО ГЕРМАНИЯ С НАНОЧАСТИЦАМИ МЕДИ” / spz:neicon:nanorf:y:2018:i:0:p:35-43

  1. Start
    2214
    Prefix
    сопротивления образцов демонстрируют дозовую зависимость, его возрастание для аморфизированного имплантированного слоя Ge и двукратное снижение при формировании пористой сетки с наночастицами Cu. ВВЕДЕНИЕ В последние годы для разработки и изготовления фотодетекторов и солнечных элементов все чаще как перспективный материал рассматривается пористый германий (PGe)
    Exact
    [1]
    Suffix
    . Полупроводник Ge характеризуется достаточно высокой подвижностью электронов и дырок, а поскольку ширина запрещенной зоны в Ge составляет ~0,67 эВ вблизи комнатной температуры (300 К), то Ge способен поглощать фотоны с длиной волны до 1800 нм, что востребовано для высокоэффективных солнечных элементов и термофотовольтаических ячеек [2].
    (check this in PDF content)

  2. Start
    2569
    Prefix
    Полупроводник Ge характеризуется достаточно высокой подвижностью электронов и дырок, а поскольку ширина запрещенной зоны в Ge составляет ~0,67 эВ вблизи комнатной температуры (300 К), то Ge способен поглощать фотоны с длиной волны до 1800 нм, что востребовано для высокоэффективных солнечных элементов и термофотовольтаических ячеек
    Exact
    [2]
    Suffix
    . На практике, однако, для использования Ge и функционирования фотоприемников на его основе приходится изготавливать достаточно толстые слои в несколько микрон и более, что резко повышает стоимость данных устройств.
    (check this in PDF content)

  3. Start
    3017
    Prefix
    Ограничением для эффективного применения тонкопленочных слоев Ge является достаточно высокое пропускание в видимой области света вблизи фундаментальной полосы поглощения полупроводника
    Exact
    [3]
    Suffix
    . С целью повышения поглощательной способности тонкослойных солнечных элементов недавно был предложен подход, заключающийся во внедрении в структуру полупроводника наночастиц благородных металлов [4, 5], в которых под действием света возникает поверхностный плазмонный резонанс электронов проводимости.
    (check this in PDF content)

  4. Start
    3235
    Prefix
    С целью повышения поглощательной способности тонкослойных солнечных элементов недавно был предложен подход, заключающийся во внедрении в структуру полупроводника наночастиц благородных металлов
    Exact
    [4, 5]
    Suffix
    , в которых под действием света возникает поверхностный плазмонный резонанс электронов проводимости. Такой резонанс проявляется в интенсивном поглощении света металлическими наночастицами в области видимого спектрального диапазона [6, 7], наличие которых в тонком Ge слое может обеспечить достаточно высокое суммарное поглощение света для фотоэлемента.
    (check this in PDF content)

  5. Start
    3493
    Prefix
    элементов недавно был предложен подход, заключающийся во внедрении в структуру полупроводника наночастиц благородных металлов [4, 5], в которых под действием света возникает поверхностный плазмонный резонанс электронов проводимости. Такой резонанс проявляется в интенсивном поглощении света металлическими наночастицами в области видимого спектрального диапазона
    Exact
    [6, 7]
    Suffix
    , наличие которых в тонком Ge слое может обеспечить достаточно высокое суммарное поглощение света для фотоэлемента. Более того, возникающее вблизи наночастиц вследствие плазмонного резонанса локальное электромагнитное поле может обеспечить фотогенерацию электронов из металла в полупроводник через барьер Шоттки [8].
    (check this in PDF content)

  6. Start
    3837
    Prefix
    Более того, возникающее вблизи наночастиц вследствие плазмонного резонанса локальное электромагнитное поле может обеспечить фотогенерацию электронов из металла в полупроводник через барьер Шоттки
    Exact
    [8]
    Suffix
    . Известны различные способы создания материалов на основе Ge с плазмонными металлическими наночастицами. Так, например, в работах [9, 10] приведены методики синтеза наночастиц Ag и Аu на микроволокнах и плоской поверхности Ge во время химического осаждения из раствора.
    (check this in PDF content)

  7. Start
    3987
    Prefix
    Более того, возникающее вблизи наночастиц вследствие плазмонного резонанса локальное электромагнитное поле может обеспечить фотогенерацию электронов из металла в полупроводник через барьер Шоттки [8]. Известны различные способы создания материалов на основе Ge с плазмонными металлическими наночастицами. Так, например, в работах
    Exact
    [9, 10]
    Suffix
    приведены методики синтеза наночастиц Ag и Аu на микроволокнах и плоской поверхности Ge во время химического осаждения из раствора. Ранее нами был предложен иной физический подход по формированию тонких слоев PGe c наночастицами Ag (Ag:PGe) методом низкоэнергетической высокодозовой имплантации ионами Ag+ пластин монокристаллического c-Ge в вакууме [11, 12].
    (check this in PDF content)

  8. Start
    4380
    Prefix
    Ранее нами был предложен иной физический подход по формированию тонких слоев PGe c наночастицами Ag (Ag:PGe) методом низкоэнергетической высокодозовой имплантации ионами Ag+ пластин монокристаллического c-Ge в вакууме
    Exact
    [11, 12]
    Suffix
    . В настоящей работе впервые исследуется возможность создания наночастиц Cu в PGe (Cu:PGe), а также морфологические изменения поверхности полированного c-Ge при его имплантации ионами Cu+ в зависимости от дозы облучения методами электронной и атомно-силовой микроскопии.
    (check this in PDF content)

  9. Start
    6799
    Prefix
    Смоделированные профили распределения имплантированных ионов Cu+ (а) и сгенерированных вакансий (б) в Ge, облучаемом с энергией 40 кэВ аб компьютерной программы SRIM-2013 (www.srim.org) и заложенного в ней алгоритма по методу Монте-Карло
    Exact
    [13]
    Suffix
    . Из полученных зависимостей следует, что в начальный период облучения в приповерхностной области Ge происходит накопление атомов Cu с максимумом статистического распределения концентрации по гауссовой кривой на глубине Rp ~ 24,4 нм, а разброс пробега ионов от Rp составляет ∆Rp ~ 13,2 нм (рис. 1а).
    (check this in PDF content)

  10. Start
    7394
    Prefix
    При этом толщина имплантированного слоя, условно оцениваемая на практике как Rp + 2∆Rp, составляет 50,8 нм. Отметим, что по сравнению с более тяжелыми ионами Ag+, для которых Rp, ∆Rp и общая толщина в Ge при энергии 30 кэВ равны соответственно 14,6, 6,9 и 28,4 нм
    Exact
    [11]
    Suffix
    , имплантированный слой Ge при облучении ионами Cu+ оказывается практически в два раза толще. Однако, как это было показано ранее, продолжительное облучение Ge одновременно с образованием PGe и металлических наночастиц сопровождается эффективным распылением поверхности Ge [11].
    (check this in PDF content)

  11. Start
    7687
    Prefix
    для которых Rp, ∆Rp и общая толщина в Ge при энергии 30 кэВ равны соответственно 14,6, 6,9 и 28,4 нм [11], имплантированный слой Ge при облучении ионами Cu+ оказывается практически в два раза толще. Однако, как это было показано ранее, продолжительное облучение Ge одновременно с образованием PGe и металлических наночастиц сопровождается эффективным распылением поверхности Ge
    Exact
    [11]
    Suffix
    . Профиль генерируемых вакансий в Ge для имплантации ионами Cu+ имеет ту же форму и практически совпадает с распределением ионов Cu+ по глубине образца (рис. 1б). На рис. 2 приведены СЭМ-изображения поверхности имплантированного Ge, полученные для различных значений D.
    (check this in PDF content)

  12. Start
    8990
    Prefix
    Наиболее крупные отдельные наночастицы Cu достигают размера ~20 нм. Аналогичной оценкой по контрасту плотности вещества в СЭМизображениях ранее были зарегистрированы наночастицы Ag для имплантированных ионами Ag+ слоев Ge или Si
    Exact
    [11, 12]
    Suffix
    . Химических соединений Cu и Ge между собой не образуют, и поэтому формирования двухатомных фаз, таких как, например, силицида димеди Cu2Si в Si, имплантированном ионами Cu+ [14], ожидать не приходится.
    (check this in PDF content)

  13. Start
    9201
    Prefix
    Химических соединений Cu и Ge между собой не образуют, и поэтому формирования двухатомных фаз, таких как, например, силицида димеди Cu2Si в Si, имплантированном ионами Cu+
    Exact
    [14]
    Suffix
    , ожидать не приходится. Наночастицы Cu появляются после того, как в тонком поверхностном слое Ge происходит накопление достаточного количества ионов Cu, нейтрализующихся в атомы, сверх предела растворимости в Ge ~ 1016–1017 см-3 при комнатной температуре [15].
    (check this in PDF content)

  14. Start
    9504
    Prefix
    Наночастицы Cu появляются после того, как в тонком поверхностном слое Ge происходит накопление достаточного количества ионов Cu, нейтрализующихся в атомы, сверх предела растворимости в Ge ~ 1016–1017 см-3 при комнатной температуре
    Exact
    [15]
    Suffix
    . В момент возникновении пресыщения атомы Cu, диффундируя по приповерхностному объему Ge, сегрегируют в сферические металлические наночастицы аналогично тому, как это происходит в пересыщенных растворах во время химического синтеза, а также в стеклах [16] и оксидных полупроводниках [17, 18] при их высокодозовой ионной имплантации.
    (check this in PDF content)

  15. Start
    9778
    Prefix
    В момент возникновении пресыщения атомы Cu, диффундируя по приповерхностному объему Ge, сегрегируют в сферические металлические наночастицы аналогично тому, как это происходит в пересыщенных растворах во время химического синтеза, а также в стеклах
    Exact
    [16]
    Suffix
    и оксидных полупроводниках [17, 18] при их высокодозовой ионной имплантации. Отметим, что для образцов, сформированных наиболее высокими D = 1,2.1017 и 1,5.1017 ион/см2, помимо сферических наночастиц Cu наблюдаются также металлические частицы вытянутой формы, образующиеся вдоль отдельных нитей пористой сетки Ge (рис. 2ж, з).
    (check this in PDF content)

  16. Start
    9810
    Prefix
    В момент возникновении пресыщения атомы Cu, диффундируя по приповерхностному объему Ge, сегрегируют в сферические металлические наночастицы аналогично тому, как это происходит в пересыщенных растворах во время химического синтеза, а также в стеклах [16] и оксидных полупроводниках
    Exact
    [17, 18]
    Suffix
    при их высокодозовой ионной имплантации. Отметим, что для образцов, сформированных наиболее высокими D = 1,2.1017 и 1,5.1017 ион/см2, помимо сферических наночастиц Cu наблюдаются также металлические частицы вытянутой формы, образующиеся вдоль отдельных нитей пористой сетки Ge (рис. 2ж, з).
    (check this in PDF content)

  17. Start
    13015
    Prefix
    Для наглядности некоторые наночастицы Cu обведены окружностями на рис. 2ж. Отметим, что трехмерная сетка для образцов Cu:PGe (рис. 2д–з) существенно отличается от пористой губчатой структуры PGe, содержащей имплантированные наночастицы Ag
    Exact
    [11]
    Suffix
    . По-видимому, следует принять во внимание, что масса атома Ag 107,9 г/мол превышает массу атома Cu 63,6 г/мол более чем в 1,5 раза. В табл. 1 для сравнения приведены условия имплантации с-Ge ионами Cu+ и Ag+, а также характеристики Рис. 3.
    (check this in PDF content)

  18. Start
    14096
    Prefix
    приповерхностного слоя, ион/см21,2•10151,8•1015 Тип пористой структуры, наблюдаемый при малых дозах (~1,9•1016 ион/см2)ДырочнаяДырочная Тип пористой структуры, наблюдаемый при высоких дозах (~5•1016 ион/см2)ГубчатаяСетчатая Формирование металлических наночастицНаночастицы серебра на концах нитей губчатых порНаночастицы меди в узлах сетки пор поверхностной его модификации. В работах
    Exact
    [19–21]
    Suffix
    , описывающих процессы порообразования в Ge при облучении ионами различных химических элементов, обсуждается характер появления дефектов и пор в Ge в зависимости как от параметров имплантации (доза, энергия и т. д.), так и от массы внедряемого иона.
    (check this in PDF content)

  19. Start
    14625
    Prefix
    Наблюдаемое в настоящем исследовании существенное различие в структурах PGe для случаев имплантации ионами Cu+ и Ag+, т.е. трехмерной сетки в противоположность порам в виде губки, состоящей из переплетенных нитей Ge
    Exact
    [11]
    Suffix
    , подтверждает зависимость PGe структуры от массы имплантируемого иона. С другой стороны, полученные в предлагаемом исследовании результаты противоречат высказанному в работе [20] заключению о том, что для высокодозовой имплантации с энергией порядка 30 кэВ независимо от массы ионов (как рассматривалось на примере Gе+ с массой 72,6 г/мол и Bi+ с массой 20
    (check this in PDF content)

  20. Start
    14828
    Prefix
    различие в структурах PGe для случаев имплантации ионами Cu+ и Ag+, т.е. трехмерной сетки в противоположность порам в виде губки, состоящей из переплетенных нитей Ge [11], подтверждает зависимость PGe структуры от массы имплантируемого иона. С другой стороны, полученные в предлагаемом исследовании результаты противоречат высказанному в работе
    Exact
    [20]
    Suffix
    заключению о том, что для высокодозовой имплантации с энергией порядка 30 кэВ независимо от массы ионов (как рассматривалось на примере Gе+ с массой 72,6 г/мол и Bi+ с массой 209 г/мол) образуется только губкоподобный слой PGe, тогда как пористая дырочная структура для имплантированного Ge проявляется лишь после облучения малыми энергиями порядка 5 кэВ.
    (check this in PDF content)

  21. Start
    15579
    Prefix
    Тем не менее, как следует из представленных в настоящей работе экспериментов при имплантации Ge ионами Cu+ (с массой, равной 63,55 г/мол, близкой к массе Gе+), наблюдается появление трехмерной пористой сетки, а не губкоподобных пор. Формирование сетчатой структуры ранее обнаружено не было и потому не обсуждалось в работе
    Exact
    [20]
    Suffix
    . Следует также отметить, что в Cu:PGe происходит образование наночастиц Cu в отличие от структуры слоя Ge:PGe, в которой отсутствует посторонняя примесь [20]. Отдельные попытки трактовать различие в формировании структур PGe во время имплантации в зависимости от массы ионов были предприняты в научной литературе и раньше [22].
    (check this in PDF content)

  22. Start
    15738
    Prefix
    Формирование сетчатой структуры ранее обнаружено не было и потому не обсуждалось в работе [20]. Следует также отметить, что в Cu:PGe происходит образование наночастиц Cu в отличие от структуры слоя Ge:PGe, в которой отсутствует посторонняя примесь
    Exact
    [20]
    Suffix
    . Отдельные попытки трактовать различие в формировании структур PGe во время имплантации в зависимости от массы ионов были предприняты в научной литературе и раньше [22]. Однако высказанные заключения, не совпадающие с результатами более поздних публикаций, например [11, 19–21], были заявлены в работе [22] без должной экспериментальной доказательной баз
    (check this in PDF content)

  23. Start
    15926
    Prefix
    Следует также отметить, что в Cu:PGe происходит образование наночастиц Cu в отличие от структуры слоя Ge:PGe, в которой отсутствует посторонняя примесь [20]. Отдельные попытки трактовать различие в формировании структур PGe во время имплантации в зависимости от массы ионов были предприняты в научной литературе и раньше
    Exact
    [22]
    Suffix
    . Однако высказанные заключения, не совпадающие с результатами более поздних публикаций, например [11, 19–21], были заявлены в работе [22] без должной экспериментальной доказательной базы, опираясь лишь на ограниченные данные по имплантации только для одного иона Sb2+.
    (check this in PDF content)

  24. Start
    16041
    Prefix
    Отдельные попытки трактовать различие в формировании структур PGe во время имплантации в зависимости от массы ионов были предприняты в научной литературе и раньше [22]. Однако высказанные заключения, не совпадающие с результатами более поздних публикаций, например
    Exact
    [11, 19–21]
    Suffix
    , были заявлены в работе [22] без должной экспериментальной доказательной базы, опираясь лишь на ограниченные данные по имплантации только для одного иона Sb2+. АСМ-изображения поверхностей отдельных трех образцов Ge, имплантированного ионами Cu+ для различных D = 3,1.1015, 6,2.1015 и 1,5.1017 ион/см2, приведены на рис. 4.
    (check this in PDF content)

  25. Start
    16083
    Prefix
    Отдельные попытки трактовать различие в формировании структур PGe во время имплантации в зависимости от массы ионов были предприняты в научной литературе и раньше [22]. Однако высказанные заключения, не совпадающие с результатами более поздних публикаций, например [11, 19–21], были заявлены в работе
    Exact
    [22]
    Suffix
    без должной экспериментальной доказательной базы, опираясь лишь на ограниченные данные по имплантации только для одного иона Sb2+. АСМ-изображения поверхностей отдельных трех образцов Ge, имплантированного ионами Cu+ для различных D = 3,1.1015, 6,2.1015 и 1,5.1017 ион/см2, приведены на рис. 4.
    (check this in PDF content)

  26. Start
    20649
    Prefix
    Данные локальные области возникают в результате внедрения отдельных ускоренных ионов Cu, вызванного ими столкновениями с атомами решетки Ge и выбивания их из собственных кристаллографических позиций. Процесс аморфизации Ge во время имплантации малыми D различных ионов изучен достаточно подробно
    Exact
    [23]
    Suffix
    , и, как следует из рис. 4, Ge подвержен аморфизации также и при имплантации ионами Cu+. Для повышенных значений D до 1,2.1015 ион/см2 доля аморфной фазы возрастает и Кикучи-изображения становятся лишь слегка заметными (рис. 6в).
    (check this in PDF content)

  27. Start
    21647
    Prefix
    Несмотря на многообразие пористых структур PGe, обсуждаемых в настоящей работе: дырочной, сетчатой и губчатой, к настоящему времени в научной литературе обсуждаются только два основных доминирующих механизма, объясняющих образование пор в ионноимплантированном Ge
    Exact
    [24]
    Suffix
    . К таким механизмам относятся вакансионнокластерный и микровзрывной. Предполагается, что вакансионно-кластерный путь возникает вследствие малой эффективности рекомбинации точечных радиационных дефектов и быстрого накопления вакансий, создаваемых в Ge во время имплантации.
    (check this in PDF content)

  28. Start
    22331
    Prefix
    По мере увеличения дозы облучения концентрация избыточных вакансий увеличивается до некоторой величины и они сливаются, образуя макроскопические объемные и поверхностные пустоты. Было отмечено, что макроскопические пустоты могут существовать не только в кристаллическом, но и непосредственно в аморфном полупроводнике
    Exact
    [25]
    Suffix
    . На рис. 7 схематически изображена эволюция модификации поверхностности Ge, подвергнутого ионной имплантации, и формирование PGe слоя. Теория микроструктурирования и порообразования на поверхности облученного c-Ge вследствие микровзрывов принципиально отличается от вакансионно-кластерной модели [26].
    (check this in PDF content)

  29. Start
    22671
    Prefix
    На рис. 7 схематически изображена эволюция модификации поверхностности Ge, подвергнутого ионной имплантации, и формирование PGe слоя. Теория микроструктурирования и порообразования на поверхности облученного c-Ge вследствие микровзрывов принципиально отличается от вакансионно-кластерной модели
    Exact
    [26]
    Suffix
    . Теория микровзрывов предполагает, что поры (пустоты) в облученном Ge возникают в результате появления деформационных волн (волн давления), вызванных перекрытием ионных каскадов.
    (check this in PDF content)

  30. Start
    23736
    Prefix
    Однако уже сейчас можно обратить внимание на появление разнообразных типов пористых структур, зависимость порообразования от массы имплантируемого иона, если сравнить полученные в предлагаемой работе данные с результатами облучения Ge ионами серебра
    Exact
    [11]
    Suffix
    . Отметим также, что упомянутые механизмы не отражают участия в порообразовании Ge процессов синтеза в них металлических наночастиц, что требует, очевидно, отдельного изучения. Поскольку во введении речь шла о потенциальной применимости слоев Cu:PGe для электронных устройств, сформированных методом ионной имплантации, в представляемой работе были п
    (check this in PDF content)

  31. Start
    24647
    Prefix
    Исходный материала c-Ge (темно серый тон), но с началом имплантации происходит его аморфизация a-Ge (светло серый тон). Постепенное формирование пор обозначено светлыми областями. Рисунок взят из работы
    Exact
    [24]
    Suffix
    от дозы облучения c-Ge приведены на рис. 8. Удельное сопротивление для исходной подложки c-Ge составляло σ = 130 Ом.см. Как видно из рис. 8, значение σ резко возрастает с повышением D для образцов, имплантированных малой D < 3,1.1015 ион/см2, и достигает ~400 Ом.см.
    (check this in PDF content)