Формирование Zn-содержащих кластеров в имплантированной пленке Si₃N₄/Si

Приводятся результаты синтеза и исследования Zn-содержащих кластеров на границе раздела пленки Si₃N₄/Si, имплантированной ионами ⁶⁴Zn⁺ с дозой 5 × 10¹⁶ cм^–2 и энергией 40 кэВ. Пленку Si₃N₄ предварительно наносили на кремниевую подложку газофазным методом. Затем имплантированные образцы размером 10 × 10 мм отжигали в окислительной атмосфере (на воздухе) с шагом 100°C в течение 1 ч на каждом шаге в диапазоне температур 400–800°C. Для исследования профилей цинка при отжигах использовали метод резерфордовского обратного рассеяния. Структуру и состав пленки изучали с помощью растровой электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионной спектроскопией, а также фотолюминесценцией. После имплантации вблизи поверхности пленки Si₃N₄ зафиксированы отдельные кластеры металлического цинка размером порядка 100 нм и менее. Установлено, что в процессе отжигов в образце происходит рост кластеров Zn и постепенное превращение фазы металлического Zn в фазы его оксида ZnO и далее, предположительно, силицида Zn₂SiO₄. После отжига при температуре 700°C, наиболее оптимальной для получения фазы ZnO, в пленке Si₃N₄ образуются кластеры оксида цинка размером около 100 нм. В спектре фотолюминесценции возникает пик на длине волны 370 нм, обусловленный экситонной люминесценцией в оксиде цинка. После отжига при 800°C происходит деградация фазы ZnO и, предположительно, образование фазы силицида цинка Zn₂SiO₄.