ZAKŁAD BADAŃ MATERIAŁÓW I STRUKTUR PÓŁPRZEWODNIKOWYCH Kierownik:prof. dr hab. inż. Jerzy KĄTCKI e-mail:katcki@ite.waw.pl, tel. (0-prefiks-22) 548 77 60, fax 847 06 31 Zespół: doc. dr hab. inż. Andrzej Czerwiński, e-mail: aczerwin@ite.waw.pl, dr inż. Jacek Ratajczak, e-mail: rataj@ite.waw.pl, mgr inż. Adam Łaszcz, e-mail: laszcz@ite.waw.pl, mgr inż. Mariusz Płuska, e-mail: mpluska@ite.waw.pl, mgr inż. Marek Wzorek, e-mail: mwzorek@ite.waw.pl 1. Wstęp W 2004 r. w Zakładzie Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych realizowano następujące projekty badawcze: Badania zmian strukturalnych w materiałach i strukturach półprzewodnikowych Etap IV (statutowy projekt badawczy), Centrum Doskonałości CEPHONA Physics and Technology of Photonic Nanostructures ( Fizyka i technologia nanostruktur fotonicznych ) projekt realizowany wspólnie z trzema zakładami ITE w ramach 5. Programu Ramowego Unii Europejskiej G5MA-CT-2002-04061. Elektronomikroskopowe i elektryczne badania materiałów prowadzono we współpracy z zespołami naukowymi z Max-Planck Institut für Metallforschung (Sztutgart, Niemcy), École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Lozanna, Szwajcaria), Institut d Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (Villeneuve d Ascq, Francja), Interuniversity Microelectronic Center (IMEC, Leuven, Belgia). Do szczególnych osiągnięć zespołu badawczego w 2004 r. można zaliczyć: wysoką ocenę wyników odbioru projektu realizowanego w ramach Programu Ramowego PR5 Unii Europejskiej Source Drain Architecture for Advanced MOS Technology SODAMOS (IST-2000-26475), kontynuowanie współpracy naukowej z zespołami zagranicznymi. Oprócz stałego kształcenia studentów Wydziału Elektroniki Politechniki Warszawskiej w ramach aktywności w Centrum Doskonałości CEPHONA zorganizowano wspólnie z Zakładem Fizyki i Technologii Struktur Niskowymiarowych warsztat naukowy 2 nd CEPHONA Workshop on Microscopic Characterisation of Materials and Structures for Photonics, w wyniku którego ok. 60 młodych pracowników naukowych i technologów z warszawskich wyższych uczelni i instytutów naukowo-badawczych mogło się zapoznać z mikroskopowymi technikami badań materiałów optoelektronicznych.
2 Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych 2. Badania płytek krzemowych implantowanych fluorem oraz borem stosowanych do wytwarzania piezorezystorów 2.1. Uwagi wstępne Krzem wykazuje efekt piezorezystywny. Odpowiednia konfiguracja elementów piezorezystywnych (np. mostek Wheatstona) może być użyta do przekształcania obciążenia mechanicznego na łatwo mierzalne zmiany napięcia. Aby otrzymać krzemowy piezorezystor typu p, płytkę krzemową typu n należy implantować jonami B +, a następnie poddać wygrzewaniu w wysokiej temperaturze. Zawsze jednak występują poimplantacyjne defekty resztkowe. Jeśli defekty te znajdują się w obszarze zubożonym złącza, przyczyniają się do zwiększenia prądu upływności. Ilość defektów resztkowych może być znacząco zredukowana, gdy krzem jest celowo amorfizowany przed procesem implantacji borem. Proces technologiczny preamorfizacji oraz implantacji borem był badany przy użyciu transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Wszystkie badane płytki zostały wykonane w Zakładzie Technologii Mikrosystemów i Nanostruktur Krzemowych ITE. Otrzymane metodą Czochralskiego płytki krzemowe typu n, o orientacji (100), były implantowane w pierwszej kolejności jonami fluoru 19 F +, a następnie jonami boru. Badania te mają się przyczynić do optymalizacji procesu technologicznego wytwarzania piezorezystorów. Przeprowadzono badania płytek amorfizowanych jonami fluoru o różnych energiach, niewygrzewanych albo wygrzewanych w 600 C oraz płytek implantowanych borem z zastosowaniem lub bez zastosowania preamorfizacji jonami fluoru, po kompletnym cyklu termicznym 600 o C(3h)/800 o C(1h)/1100 o C(2h). 2.2. Implantacja fluorem bez wygrzewania Ten etap badań wykonano w celu określenia jakości warstw amorficznych powstałych w wyniku implantacji jonami fluoru o różnych energiach. Obrazy elektronomikroskopowe badanych próbek są przedstawione na rys. 1. W wyniku implantacji jonami F + o energii 35 kev oraz dawce 3 10 15 cm 2 powstała powierzchniowa warstwa amorficzna (rys. 1a). W celu dokładnej charakteryzacji warstwy przeprowadzono analizę dyfrakcyjną tej próbki, zorientowanej tak, by wiązka elektronowa była prostopadła do powierzchni płytki (mała grubość warstw w porównaniu z rozmiarami stosowanych przesłon dyfrakcyjnych uniemożliwia wykonanie selektywnej dyfrakcji w przekroju poprzecznym). Po ścienieniu próbki od strony podłoża widać większy obszar badanej warstwy i selektywna dyfrakcja staje się już możliwa do wykonania. Uzyskane obrazy dyfrakcyjne jednoznacznie potwierdzają, że badana warstwa jest amorficzna.
Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych 3 Rys. 1. Przekroje poprzeczne próbek krzemowych implantowanych fluorem: a) 35 kev, 3 10 15 cm 2 ; b) 70 kev, 3 10 15 cm 2 ; c) 90 kev, 3 10 15 cm 2 ; d) 90 kev, 3 10 15 cm 2 + 40 kev, 1 10 15 cm 2 W przypadku implantacji jonami fluoru o energii 70 kev uformowała się warstwa zagrzebana (rys. 1b). Przekrój obserwowany w transmisyjnym mikroskopie elektronowym płytki implantowanej jonami F + o energii 90 kev przedstawiono na rys. 1c. Widoczna jest zagrzebana warstwa silnie zdefektowana, nie w pełni amorficzna wskazują na to wyniki omówione w p. 2.3. Próbkę, której obraz elektronomikroskopowy jest przedstawiony na rys. 1d, uzyskano poprzez poddanie implantowanej płytki krzemowej (jonami fluoru o energii 90 kev i dawce 3 10 15 cm 2 ) drugiemu procesowi implantacji jonami fluoru o mniejszej energii (40 kev) i mniejszej dawce (1 10 15 cm 2 ). W wyniku drugiego procesu implantacji, na skutek ciepła dostarczonego za pomocą wiązki implantacyjnej, nastąpiła rekrystalizacja (efekt odwrotny do zamierzonego). Wyniki omówione w p. 2.3 dodatkowo to potwierdzają. 2.3. Wygrzewanie próbek implantowanych fluorem Jeżeli warstwa amorficzna jest dobrze ukształtowana, to wygrzewanie w 600 C powinno skutkować pełną rekrystalizacją oraz ukształtowaniem się dwóch warstw zdefektowanych, przy czym dolna warstwa znajduje się na głębokości dolnej, początkowej granicy warstwa amorficzna-krzem krystaliczny. Uzyskane przekroje poprzeczne obserwowane w transmisyjnym mikroskopie elektronowym zostały przedstawione na rys. 2. Rys. 2. Przekroje poprzeczne obserwowane w transmisyjnym mikroskopie elektronowym próbek implantowanych fluorem, a następnie wygrzanych w 600 o C przez 1 h: a) 35 kev, 3 10 15 cm 2 ; b) 50 kev, 3 10 15 cm 2 ; c) 70 kev, 3 10 15 cm 2 ; d) 90 kev, 3 10 15 cm 2 ; e) 90 kev, 3 10 15 cm 2 + 40 kev, 1 10 15 cm 2
4 Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych Na rys. 2a przedstawiono obraz elektronomikroskopowy próbki implantowanej jonami F + o energii 35 kev poddanej wygrzewaniu w 600 o C przez 1 h. Wskutek wygrzewania nastąpiła pełna rekrystalizacja, uformowała się jedna warstwa zdefektowana na głębokości ok. 105 nm, co dokładnie odpowiada dawnej granicy obszaru amorficznego i krystalicznego (rys. 1a). W przypadku wygrzewania próbki implantowanej jonami fluoru o energii 50 kev (rys. 2b) warstwa zdefektowana znajduje się głębiej, widać też zaczątki górnej warstwy zdefektowanej tuż przy powierzchni. Podobnie można wyciągnąć wniosek, że przed rekrystalizacją występowała powierzchniowa warstwa amorficzna jeśli występowała górna granica obszaru krystalicznego i amorficznego, to tuż przy powierzchni. W trakcie wygrzewania próbki implantowanej jonami F + o energii 70 kev (rys. 2c) uformowały się dwie warstwy zdefektowane dolna pokrywa się z granicą warstwa amorficzna-kryształ na rys. 1b. Na rys. 2d przedstawiono przekrój poprzeczny próbki implantowanej jonami fluoru o energii 90 kev po wygrzewaniu. Nie wykształciły się wyraźne warstwy zdefektowane jak w omówionych próbkach, tylko rozległy obszar zdefektowany, co sugeruje, że warstwa amorficzna nie była dobrze ukształtowana. W przypadku poddania próbki implantowanej jonami fluoru o energii 90 kev drugiemu procesowi implantacji o energii 40 kev i dawce 1 10 15 cm 2 po wygrzewaniu nie widać wyraźnych obszarów zdefektowanych (rys. 2e). Wynik ten potwierdza, że w tej próbce przed procesem wygrzewania nie występowała warstwa amorficzna (rys. 1d), czyli na skutek energii cieplnej dostarczonej do materiału podczas drugiego etapu implantacji uzyskano efekt przeciwny do zamierzonego. 2.4. Pełny cykl termiczny Próbki implantowane borem zarówno bez zastosowania, jak i z zastosowaniem preamorfizacji (implantacja jonami fluoru o energii 70 kev i dawce 3 10 15 cm 2 ) zostały poddane pełnemu cyklowi termicznemu, czyli kolejnym wygrzewaniom w różnych temperaturach: 600 o C(3h,N 2 )/800 o C(1h,N 2 )/1100 o C(2h,N 2 +O 2 ). Na rys. 3 przedstawiono obserwowane w transmisyjnym mikroskopie elektronowym próbki krzemowe implantowane borem (40 kev, 3 10 14 cm 2 ) z preamorfizacją oraz bez wcześniejszej implantacji amorfizującej, po pełnym cyklu termicznym. Na rys. 3a widoczne są resztkowe defekty (dyslokacje i błąd ułożenia) sięgające daleko w głąb próbki. W przypadku zastosowania wstępnej implantacji amorfizującej fluorem (70 kev, 3 10 15 cm 2 ) również występują dyslokacje, jednak nie w tak dużych odległościach od powierzchni. Złącze p-n w badanych próbkach znajduje się w odległości 2,8 µm od powierzchni. Obecność dyslokacji w obszarze złącza p-n zwiększa prąd upływności pogarszając parametry piezorezystora. Widać więc, że amorfizacja fluorem poprawia jakość uformowanego złącza.
Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych 5 Rys. 3. Przekroje poprzeczne próbek po pełnym cyklu termicznym: a) implantacja borem (40 kev, 3 10 14 cm 2 ) bez wstępnej amorfizacji, b) implantacja amorfizująca fluorem (70 kev, 3 10 15 cm 2 ) oraz implantacja borem (40 kev, 3 10 14 cm 2 ) Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że próbki implantowane jonami fluoru o energii do 50 kev mają jednolite warstwy amorficzne rozciągające się od powierzchni materiału. Odległość od powierzchni dolnej granicy warstwy zwiększa się z energią implantowanych jonów. Próbki implantowane jonami o energii od 70 kev wykazały obecność warstwy zagrzebanej. W przypadku próbki implantowanej jonami fluoru o energii 90 kev uzyskana warstwa nie jest już jednolitą warstwą amorficzną. Dla próbek implantowanych większymi energiami (70 i 90 kev) słaba jakość warstw amorficznych jest prawdopodobnie skutkiem nieidealnego chłodzenia podczas implantacji. Z porównania próbek implantowanych borem z zastosowaniem wstępnej amorfizacji i bez amorfizacji po kompletnym cyklu termicznym wynika, że w przypadku zastosowania preamorfizacji defekty resztkowe nie rozciągają się do obszarów uformowanego złącza p-n. Wstępna implantacja jonami fluoru poprawia jakość złącza p-n. 3. Charakteryzacja defektów w strukturach wytwarzanych w procesach epitaksji z wiązek molekularnych Technologia MBE polega na osadzaniu na krystalicznym podłożu atomów półprzewodnika emitowanych termicznie w postaci wiązek molekularnych z tzw. komórek efuzyjnych. Proces taki musi odbywać się w ultrawysokiej próżni z użyciem bardzo czystych substancji źródłowych. Od jakości powstałych w ten sposób struktur zależą późniejsze właściwości elektryczne i optyczne przyrządów. Przeprowadzone badania dotyczyły oceny stopnia zdefektowania struktur w celu optymalizacji procesu epitaksji. Analizowano struktury testowe, warstwy GaAs domieszkowane krzemem i berylem w celu wytworzenia złącza p-n oraz hetero-
6 Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych struktury laserowe (AlGaAs/InGaAs/GaAs) wytwarzane w Zakładzie Fizyki i Technologii Struktur Niskowymiarowych ITE. Powstawaniu warstw epitaksjalnych towarzyszy tworzenie się charakterystycznych defektów owalnych (nazwa pochodzi od ich kształtu). Typowa gęstość defektów dla struktur wzrastających na podłożach GaAs wynosi 10 2 10 4 cm 2, natomiast rozmiary nie przekraczają zwykle 25 µm. Badania pokazały, że analizowane struktury mieściły się w typowych zakresach. Ilustracją przykładowego rozmieszczenia defektów jest rys. 4. Rys. 4. Przykładowa gęstość defektów owalnych dla struktury ze złączem p-n wytworzonym przez domieszkowanie GaAs krzemem (typ p) oraz berylem (typ n). Zaznaczono obszar o powierzchni 0,25 mm 0,5 mm, na którym znajduje się 11 defektów, co daje orientacyjną gęstość 8,8 10 3 cm 2. Jedną z przyczyn powstawania defektów owalnych jest obecność na podłożu drobin zanieczyszczeń. Powodują one zaburzenia wzrostu warstw, tworząc charakterystyczne kratery mające wewnątrz nieregularną cząstkę. Na rys. 5 pokazano ten typ defektu. Rys. 5. Defekty pochodzące od zanieczyszczeń podłoża Przeważającą grupę stanowią jednak inne defekty, których źródłem jest komórka galowa. O ile arsen w trakcie epitaksji emitowany jest w procesie sublimacji (z fazy stałej), o tyle gal odparowywany jest z fazy ciekłej. Pojawianie się defektów o charakterystycznym sferycznym zakończeniu stanowi dowód na
Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych 7 docieranie do powierzchni kropel ciekłego galu. Na rys. 6 widać, że w obszarze defektu istnieje zaburzenie intensywności emisji światła. Defekty tego typu charakteryzują się znacznymi rozmiarami dochodzącymi do ok. 25 µm (rys. 7). a) b) Rys. 6. Defekt pochodzenia galowego: a) obraz uzyskany w trybie elektronów wtórnych, b) katodoluminescencja panchromatyczna. Widoczny jest brak emisji z kropli metalicznego galu i znacznie większa emisja z krystalitu. Rys. 7. Kształty i rozmiary defektów wywołanych przez krople galu Niejasne do końca jest pochodzenie trzeciego rodzaju defektów o kształcie piramid cechujących się charakterystycznym zagłębieniem (rys. 8a, c) lub obecnonością bardziej lub mniej regularnego krystalitu (rdzenia) w ich wnętrzu (rys. 8b, d). Jest kilka możliwych powodów powstawania takich obiektów. Jednym z nich może być (podobnie jak poprzednio) docieranie do struktury drobin galu w stanie ciekłym lub pojawianie się tlenku galu (Ga 2 O 3 ) wewnątrz komory wzrostu, drugim zaś nierównomierność podłoża obecność jamek stanowiących zarodki krystalizacji. Opisane defekty wzrostu były zauważane na każdej z obserwowanych struktur epitaksjalnych. Bardzo istotną rzeczą jest zmniejszenie ich ilości do minimum. Mają one bowiem wpływ na pracę (m. in. na sprawność) przyrządów półprzewodnikowych. Eliminacja defektów będzie możliwa tylko wtedy, gdy uda się ustalić ich przyczynę. Przeprowadzone badania pozwoliły na ustalenie typów defektów obecnych na powierzchniach badanych struktur oraz na porównanie ich ze znanymi
8 Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych W ostatnich latach coraz większego znaczenia nabierają prace nad nanowymiarowymi przyrządami półprzewodnikowymi umożliwiającymi emisję pojedynczych fotonów światła (single photon generation). Przyrządy takie będą miały zastosowanie w przyszłości w takich dziedzinach, jak fizyka kwantowa i telekomunikacja kwantowa czy w następnych generacjach komputerów optoelektronicznych. Na Politechnice Lozańskiej zaproponowano realizację takiego przyrządu poprzez sprzężenie emisji z pojedynczej kropki kwantowej z mikrownęką rezonansową. Aby uzyskać dużą wydajność emisji, konieczne jest wytworzenie bocznego ograniczenia optycznego i prądowego przyrządu (rezonatora) o rozmiaa) b) c) d) Rys. 8. Defekty o kształcie piramid i odwróconych piramid wzorcami w literaturze. Badania na dużej liczbie próbek wykazały, że najbardziej powszechne są defekty pochodzenia galowego. Planowane jest zastosowanie dodatkowych metod pomiarowych takich, jak katodoluminescencja monochromatyczna czy mapowanie rentgenowskie do precyzyjniejszego określenia składu defektów. 4. Elektronomikroskopowe badania procesu wzrostu kropek kwantowych o małych gęstościach
Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych 9 rach submikronowych oraz uzyskanie sprzężenia obejmującego tylko jedną kropkę kwantową. Gęstość tych kropek nie powinna być większa niż 1 10 kropek/µm2. Celem prezentowanych badań było określenie przy użyciu transmisyjnej mikroskopii elektronowej gęstości kropek kwantowych InAs otrzymanych metodą epitaksji z wiązek molekularnych (MBE). Aby uzyskać bardzo małe gęstości, stosowano technikę bardzo wolnego wzrostu warstwy InAs, a następnie przykrycia jej warstewką InGaAs. W ten sposób uzyskano z kropek emisję fali długości 1,3 µm. Początkowo planowane było uzyskanie gęstości rzędu 75 kropek/µm2, by następnie zejść do gęstości 2 kropek/µm2. Na rys. 9 są przedstawione wyniki badań elekronomikroskopowych próbki o większej gęstości. Jak wynika z obrazu wykonanego w stosunkowo niewielkim powiększeniu, rozkład kropek jest mocno niejednorodny (rys. 9a). Występują miejsca, w których kropki są położone bardzo blisko siebie. Ich gęstość mierzona z całego obrazu (powierzchnia zdjęcia ok. 4 µm2) wynosi ok. 80 kropek/µm2. W obszarach, w których rozkład jest bardziej jednorodny (rys. 9b, powierzchnia zdjęcia ok. 0,4 µm2), uzyskano mniejsze gęstości rzędu 70 kropek/µm2. a b Rys. 9. Elektronomikroskopowe obrazy struktury o planowanej gęstości 75 kropek/µm2 Na rys. 10 są przedstawione obrazy z transmisyjnego mikroskopu elektronowego struktury o planowanej gęstości 2 kropek/µm2. Jak wynika z porównania z rys. 9, uzyskano znaczną redukcję gęstości kropek. Gęstości te są jednak zbyt duże w stosunku do planowanych. Jak wynika z obliczeń, z powierzchni rzędu 4 µm2 (rys. 10a) uzyskano gęstości rzędu 50 kropek/µm2, choć lokalnie (rys. 10b, powierzchnia ok. 0,4 µm2) są to gęstości rzędu 20 kropek/µm2. Ponadto przy dość dużych niejednorodnościach gęstości występują również tzw. kropki zdegenerowane. Są to kropki o zbyt dużych rozmiarach, wokół których z powodu za dużych naprężeń zostały wygenerowane dyslokacje. Są one widoczne w postaci większych ciemnych punktów na rys. 10a. Na podstawie przeprowadzonych obserwacji można stwierdzić, że o ile wytworzenie średnich gęstości kropek kwantowych InAs rzędu 50 70/µm2 techniką epitaksji z wiązek molekularnych nie przysparza kłopotów, to uzyskanie gęstości
10 Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych a b Rys. 10. Elektronomikroskopowe obrazy struktury o planowanej gęstości 2 kropek/µm2 rzędu kilku kropek/µm2, niezbędne do wytworzenia przyrządów z emisją pojedynczych fotonów, wymaga dalszych ulepszeń procesu. 5. Badania struktur elektroluminescencyjnych na bazie ZnS:Cu Monokrystaliczne ziarna siarczku cynku (ZnS) domieszkowane Cu, Cl lub Mn wykazują właściwości luminescencyjne. Dlatego ZnS:Cu jest powszechnie stosowanym materiałem w produkcji przyrządów elektroluminescencyjnych. W Zakładzie Mikroelektroniki ITE w Krakowie prowadzone są prace nad optymalizacją technologii gruboziarnistych struktur elektroluminescencyjnych na bazie ZnS:Cu emitujących światło zielone. Siarczek cynku występuje w dwóch odmianach polimorficznych: sfalerytu i wurcytu. Sfaleryt krystalizuje w układzie regularnym (A1), natomiast wurcyt w układzie heksagonalnym (A3). Domieszkowanie ziaren ZnS miedzią ma na celu zwiększenie intensywności emisji elektroluminescencyjnej. Procesy dyfuzyjne towarzyszące domieszkowaniu powodują tworzenie się na powierzchni ziaren ZnS fazy CuxS, najczęściej w postaci Cu2S. Wpływ działania wilgoci oraz silnego pola elektrycznego może powodować rozkład Cu2S na CuxS lub miedź metaliczną, a także zmianę relacji między udziałem sfalerytu i wurcytu w warstwie luminescencyjnej. Celem badań prowadzonych w Zakładzie Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych metodą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) były próby identyfikacji faz krystalicznych sfalerytu i wurcytu w warstwie luminescencyjnej oraz określenie wpływu procesów starzenia na wzajemne relacje między tymi fazami. Dodatkowo wykonano badania katodoluminescencji (CL) ziaren ZnS:Cu w skaningowym mikroskopie elektronowym (SEM). Przedmiotem badań były struktury elektroluminescencyjne: proszek ZnS:Cu, struktury referencyjne niestarzone, struktury poddane próbie odporności na wilgoć (wilgotność 98%, czas 384 h, temperatura 40oC) oraz struktury podane próbie
Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych 11 trwałości w silnym polu elektrycznym (U p p = 180 V, f = 400 Hz, czas 1000 h, temperatura 20±3 o C). Struktura elektroluminescencyjna składa się z warstwy elektrody (Ag, C i lakier akrylowy), warstwy dielektryka (BaTiO 3 ), warstwy luminescencyjnej (ziarna ZnS:Cu pokryte cienką warstewką lakieru akrylowego) oraz warstwy ITO. Schemat tej struktury jest pokazany na rys. 11. Rys. 11. Schemat struktury elektroluminescencyjnej na bazie ZnS:Cu Na rys. 12a jest przedstawiony obraz przekroju ziarna ZnS:Cu struktury niestarzonej uzyskany w transmisyjnym mikroskopie elektronowym. Analiza dyfrakcyjna z obszaru ziaren ZnS:Cu potwierdziła istnienie tylko fazy sfalerytu (rys. 12b). Stwierdzono występowanie mikrobliźniaków w kilku ziarnach ZnS:Cu, o czym świadczą podwójne refleksy na obrazie dyfrakcyjnym. Rys. 12. Transmisyjna mikroskopia elektronowa: a) przekrój ziarna ZnS:Cu, b) analiza dyfrakcyjna ziarna sfalerytu [011] Analizę dyfrakcyjną ziaren ZnS:Cu struktury poddanej próbie odporności na wilgoć przedstawiono na rys. 13. Próbie identyfikacji poddano 10 ziaren ZnS:Cu. W warstwie luminescencyjnej zidentyfikowano istnienie obu faz, czyli sfalerytu (rys. 13a) i wurcytu (rys. 13b). Ilościowy udział ziaren sfalerytu do ziaren wurcytu wynosi 7/3 w dziesięciu zbadanych ziarnach. W części analizowanych ziaren występują mikrobliźniaki. Również w strukturze elektroluminescencyjnej poddanej próbie trwałości w silnym polu elektrycznym badania dyfrakcyjne wykazały istnienie w warstwie
12 Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych Rys. 13. Obrazy dyfrakcyjne ziaren ZnS:Cu luminoforu starzonego w warunkach wysokiej wilgotności: a) ziarno sfalerytu [011], b) ziarno wurcytu [011] luminescencyjnej zarówno sfalerytu, jak i wurcytu. Ilościowy udział ziaren sfalerytu do ziaren wurcytu wynosi 6/2 w ośmiu zbadanych ziarnach. Mikrobliźniaki występują także w ziarnach ZnS:Cu obu odmian krystalicznych. Badania katodoluminescencji proszku oraz ziaren ZnS:Cu w strukturach elektroluminescencyjnych obrazują intensywność emisji światła z poszczególnych obszarów ziaren ZnS:Cu. Wyniki uzyskane dla struktur przed i po starzeniu są takie same. W efekcie analizy przekroju struktury elektroluminescencyjnej uzyskano widmo pochodzące ze środka ziaren ZnS:Cu. Emitują one falę w zakresie 400 550 nm (max dla 450 nm, rys. 14). Rys. 14. Katodoluminescencja z przekroju warstwy ZnS:Cu przy napięciu 30 kv W przypadku katodoluminescencji proszku przeprowadzonej przy małych napięciach wiązki (5 kv) emisja światła pochodzi głównie z powierzchni. Wynika to z małej głębokości penetrowania ziaren przez wiązkę. Przy większym napięciu (25 kv) maksimum pobudzenia znajduje się głębiej, więc dominuje emisja z wnętrz ziaren. Widma proszku (rys. 15a, b) pokazują, że najintensywniejsza luminescencja pochodząca z głębi ziaren odpowiada fali o długości ok. 450 nm (światło niebieskie), natomiast emisja światła z powierzchni ziaren ma maksimum dla ok. 520 nm (barwa zielona). Podsumowując możemy stwierdzić, że badania dyfrakcyjne wykazały przemianę fazową w warstwie luminoforu podczas starzenia. W ziarnach siarczku cynku struktur niestarzonych nie znaleziono ziaren krystalizujących w formie wurcytu.
Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych 13 Rys. 15. Katodoluminescencja proszku ZnS:Cu przy napięciu: a) 5 kv, b) 25 kv W warstwie luminescencyjnej struktur starzonych występują zarówno fazy wurcytu, jak i sfalerytu. Przeważającą fazą krystaliczną występującą w tych strukturach jest faza sfalerytu. We wszystkich badanych strukturach stwierdzono występowanie mikrobliźniaków w ziarnach ZnS:Cu. Widmo katodoluminescencji silnie zależy od koncentracji domieszki Cu. Niska koncentracja daje widmo charakterystyczne dla czystego ZnS (barwa niebieska), natomiast wyższa koncentracja powoduje pojawienie się składowej o barwie zielonej. Duży udział tej składowej dla małej głębokości pobudzenia sugeruje znacznie wyższą koncentrację Cu na powierzchni niż wewnątrz ziaren. Katodoluminescencja proszku siarczku cynku potwierdza, że emisja światła o barwie zielonej przez pracujące struktury elektroluminescencyjne pochodzi głównie z powierzchni ziaren. Publikacje 2004 [P1] BAK-MISIUK J., MISIUK A., PASZKOWICZ W., SHALIMOV A., HÄRTWIG J., BRYJA L., DOMA- GALA J., TRELA J., WIERZCHOWSKI W., WIETESKA W., RATAJCZAK J., GRAEFF W.: Influence of High Pressure and Temperature on Defect Structure of Silicon Crystals Implanted with N or Si Ion. J. Alloys Comp. 2004 nr 362 s. 275 281. [P2] BAK-MISIUK J., MISIUK A., RATAJCZAK J., SHALIMOV A., ANTONOVA I. V., TRELA J.: Effect of High Pressure-Temperature on Silicon Layered Structures as Determined by X-Ray Diffraction and Electron Microscopy. Europ. Phys. J. Appl. Phys. 2004 vol. 27 nr 1 3 s. 415 418.
14 Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych [P3] BAK-MISIUK J., MISIUK A., SHALIMOV A., RATAJCZAK J., SURMA B., GAWLIK G.: Effect of High Pressure-Temperature on Structure of Silicon Crystals Implanted with Nitrogen/Silicon. Solid St. Phenom. 2004 vol. 95 96 s. 343 348. [P4] BAK-MISIUK J., MISIUK A., SHALIMOV A., ZAVODINSKY V. G., GNIDENKO A. A., SURMA B., ANTONOVA I. V., WNUK A., RATAJCZAK J., TRELA J., POPOV V. P.: Structural and Optical Properties of High Temperature-High Pressure Treated Si:H. J. Alloys Comp. 2004 nr 382 s. 160 164. [P5] CZERWIŃSKI A., KORDAS L., BRAY K. R., ZHAO W., WISE R., ROZGONYI G: The Impact of Strained Si/SiGe Heterostructure Dislocations on the Electrical Activity of Defects. Proc. of the Electrochemical Society Meet. SiGe Symp., Honolulu, Hawaje, USA, 10 15.10.2004, s. 1 12. [P6] CZERWIŃSKI A., SIMOEN E., POYAI A., CLAEYS C.: Local Electric Fields in Silicided Shallow Junctions. J. Electrochem. Soc. 2004 vol. 151 nr 9 s. 578 582. [P7] JUNG W., MISIUK A., RATAJCZAK J.: Electrical Properties of Sponge-Like Buried Layers Formed by High Pressure Annealing of Hydrogen and Helium Co-Implanted Silicon. Proc. of the 4 th Int. Conf. "Porous Semiconductors Science and Technology", Cullera-Walencja, Hiszpania, 14 19.03.2004, s. 248 249 (w druku). [P8] JUNG W., MISIUK A., RATAJCZAK J., BARCZ A.: Effect of Heat Treatment at Enhanced Pressure on Electrical and Structural Properties of Silicon Surface Layer Co-Implanted with Hydrogen and Helium Ions. Proc. of the 4 th Int. Conf. Solid State Crystals, Kościelisko, Zakopane, 16 20.05.04 (w druku). [P9] ŁASZCZ A., KĄTCKI J., RATAJCZAK J., LARRIEU G., DUBOIS E., WALLART X.: Transmission Electron Microscopy of Iridium Silicide Contacts for Advanced MOSFET Structures with Schottky Source and Drain. J. Alloys Comp. 2004 vol. 382 s. 24 28. [P10] MISIUK A., BARCZ A., RATAJCZAK A., BAK-MISIUK J.: Effect of External Stress at Annealing on Microstructure of Silicon Co-Implanted with Hydrogen and Helium. Solid State Phenom. 2004 nr 95 96 s. 313 318. [P11] MISIUK A., RATAJCZAK J., BARCZ A., BAK-MISIUK J., SHALIMOV A., SURMA B., WNUK A., JAGIELSKI J., ANTONOVA I. V.: Effect of Stress on Accumulation of Hydrogen and Microstructure of Silicon Co-Implanted with Hydrogen and Helium. W: Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials. Red. T. N. Veziroglu i in. Kluwer Academic Publ., Amsterdam 2004 s. 579 592. [P12] MISIUK A., RATAJCZAK J., KATCKI J., ANTONOVA I. V.: Impact of Enhanced Hydrostatic Pressure During Annealing of Si:O on Creation of SIMOX-Like Structures. Proc. NATO ARW Kyiv 2004 (w druku). [P13] MISIUK A., RATAJCZAK J., SHALIMOV A., ANTONOVA I., BAK-MISIUK J., WNUK A.: Porous- Like Structures Prepared by Temperature-Pressure Treatment of Silicon Heavily Implanted with Hydrogen. Proc. of the 4 th Int. Conf. Porous Semiconductors Science and Technology, Cullera- Walencja, Hiszpania, 14 19.03.2004, s. 168 169. [P14] MISIUK A., SURMA B., RATAJCZAK J., KĄTCKI J., WZOREK M., BARCZ A., WNUK A., JAGIELSKI J.: Nanostructure Formation by High Temperature-Pressure Treatment of Silicon Implanted with Hydrogen/Helium. Superlat. a. Microstruct. 2004 nr 36 s. 1 10. [P15] PAPIS E., PIOTROWSKA A., PIOTROWSKI T. T., GOŁASZEWSKA K., ILKA L., KRUSZKA R., RATAJCZAK J., KĄTCKI J., WRÓBEL J., ALESZKIEWICZ M., ŁUKASIEWICZ R.: Fabrication of GaSb Microlenses by Photo and E-Beam Lithography and Dry Etching. Solid St. Phenom. 2004 vol. 99 100 s. 83 88.
Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych 15 [P16] PISKORSKI M., PIOTROWSKA A., PIOTROWSKI T. T., GOŁASZEWSKA K., PAPIS E., KĄTCKI J., RATAJCZAK J., BARCZ A., WAWRO A.: LPE Growth and Characterisation of GaInAsSb and GaAlAsSb Quaternary Layers on (100) GaSb Substrates. Thin Solid Films 2004 vol. 459 nr 1 2 s. 2 6. [P17] RZODKIEWICZ W., KUDŁA A., MISIUK A., SURMA B., BĄK-MISIUK J., HÄRTWIG J., RATAJCZAK J.: Structures Prepared by Implantation of Silicon with Nitrogen and Annealing under High Hydrostatic Pressure. Mater. Sci. in Semicond. Process. 2004 vol. 7 s. 399 403. [P18] RZODKIEWICZ W., KUDŁA A., RATAJCZAK J., PISKORSKI K., ULYASHIN A.: Badanie właściwości optycznych i mikrostrukturalnych wodorowanego krzemu Czochralskiego poddanego obróbce HT-HP. Mat. konf. VIII Konf. Nauk. Technologia Elektronowa ELTE 2004, Stare Jabłonki, 19 22.04.2004 (w druku). [P19] SZERLING A., KOSIEL K., PŁUSKA M., OCHALSKI T. J., RATAJCZAK J.: Oval Defects in Crystals Grown by MBE Technique: Study and Methods of Their Elimination. Electron Technol. Internet J. 2004 vol. 36 nr 6 s. 1 5. www.ite.waw.pl/etij. [P20] TASCO V., TODARO M.T., DE VITTORIO M., DE GIORGI M., CINGOLANI R., PASSASEO A., RATAJCZAK J., KĄTCKI J.: Electrically Injected InGaAs/GaAs Quantum-Dot Microcavity Light- Emitting Diode Operating at 1,3 µm and Grown by Metalorganic Chemical Vapor Deposition. Appl. Phys. Lett. 2004 vol. 84 nr 21 s. 4155 4157. [P21] WIETESKA W., MISIUK A., GRAEFF W., ANTONOVA I., RATAJCZAK J, WIERZCHOWSKI W.: Synchrotron Investigation of Porous Layer in HP-HT Treated Silicon Implanted with Deuterium Ions. Proc. of the 4 th Int. Conf. Porous Semiconductors Science and Technology, Cullera- Walencja, Hiszpania, 14 19.03.2004, s. 392 393. [P22] ZHAO W., BRAY K. R., CZERWIŃSKI A., KORDAS L., WISE R., ROZGONYI G: Chemical and Structural Characterization of Defects in Strained-Si/SiGe/Si Heterostructure. Proc. of the Electrochemical Society Meet. SiGe Symp., Honolulu, Hawaje, USA, 10 15.10.2004, s. 11 12. Konferencje 2004 [K1] CZERWIŃSKI A., KORDAS L., BRAY K. R., ZHAO W., WISE R., ROZGONYI G: The Impact of Strained Si/SiGe Heterostructure Dislocations on the Electrical Activity of Defects. The Electrochemical Society Meet. SiGe Symp., Honolulu, Hawaje, USA, 10 15.10.2004 (kom.). [K2] JAROSZEWICZ B., DOMAŃSKI K., TOMASZEWSKI D., JANUS P., KUDŁA A., LATECKI B., KOCIU- BIŃSKI A., NIKODEM M., KĄTCKI J., WZOREK M., MARCZEWSKI J., GRABIEC P.: Application of Ion Implantation for Mono-Si Piezoresistors Manufacturing in Silicon MEMS Technology. V Int. Conf. Ion Implantation and Other Applications of Ions and Electrons, Kazimierz Dolny, 14 17.06.2004 (plakat, abstr. s. 100). [K3] JUNG W., MISIUK A., RATAJCZAK J.: Electrical Properties of Sponge-Like Buried Layers Formed by High Pressure Annealing of Hydrogen and Helium Co-Implanted Silicon. 4 th Int. Conf. Porous Semiconductors Science and Technology, Cullera-Walencja, Hiszpania, 14 19.03.2004 (plakat P1-52) [K4] JUNG W., MISIUK A., RATAJCZAK J.: Effect of Heat Treatment at Enhanced Pressure on Electrical and Structural Properties of Silicon Surface Layer Co-Implanted with Hydrogen and Helium Ions. 4 th Int. Conf. Solid State Crystals, Kościelisko, Zakopane, 16 20.05.04 (plakat). [K5] KĄTCKI J.: Structural Characterization of Low-Dimensional Structures. Application of Transmission Electron Microscopy in Structural Characterization of Nanocrystalline and Low-Dimensional Materials, Faculty of Materials Sci. Eng. PW, Warszawa, 2 4.09.2004 (ref. zapr.).
16 Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych [K6] KĄTCKI J., RATAJCZAK J., ŁASZCZ A., PHILLIPP F., DUBOIS E., LARRIEU G., BAIE X., TANG X.: Electron Microscopy Analysis of MOSFET Structures. 5 th Polish-Japanese Symp. on Advances Methods of MOSFET Structures, Niedzica, 29.08 2.09.2004 (ref.). [K7] ŁASZCZ A., KĄTCKI J., RATAJCZAK J., DUBOIS E., LARRIEU G., WALLART X., TANG X.: Transmission Electron Microscopy Study of MOSFET Structures. Autumn School on Emerging Microscopy for Advanced Materials Development Imaging and Spectroscopy on Atomic Scale, Berlin, Niemcy, 3 7.10.2004 (kom., plakat). [K8] ŁASZCZ A., KĄTCKI J., RATAJCZAK J., TANG X., DUBOIS E.: Transmission Electron Microscopy Study of Erbium Silicide Formation using a Pt/Er Stack on a Thin Silicon-on-Insulator Substrate. EMC 2004, Antwerpia, Belgia, 22 7.08.2004 (plakat). [K9] MISIUK A., ANTONOVA I., BAK-MISIUK J., RATAJCZAK J., SHALIMOV A., WNUK A.: Porous-Like Structures Prepared by Temperature-Pressure Treatment of Silicon Heavily Implanted with Hydrogen. 4 th Int. Conf. Porous Semiconductors Science and Technology, Cullera-Walencja, Hiszpania, 14 19.03.2004 (plakat P1-10). [K10] MISIUK A., BĄK-MISIUK J., SURMA B., WNUK A., RATAJCZAK J., WIERZCHOWSKI W., WIETESKA K., JAGIELSKI J.: Structural Transformation of Amorphous Layer in Self-Implanted Silicon (Si:Si) Annealed at Enhanced Pressure. 11 th Int. Conf. on High Pressure Semiconductor Physics, Berkeley, USA, 2 5.08.2004 (plakat, abstr. s. 91). [K11] MISIUK A., RATAJCZAK J., KATCKI J., ANTONOVA I. V.: Impact of Enhanced Hydrostatic Pressure Applied During Annealing of Si:O on Creation of SIMOX-Like Structures. NATO ARW Science and Technology of Semiconductor-on-Insulator Structures and Devices Operating in a Harsh Environment, Kijów, Ukraina, 25 29.04.2004 (kom., abst. s. 25 26). [K12] MISIUK A., SURMA B., RATAJCZAK J., KĄTCKI J., WZOREK M., BARCZ A., WNUK A., JAGIELSKI J.: Nanostructure Formation by High Temperature-Pressure Treatment of Silicon Implanted with Hydrogen/Helium. E-MRS Spring Meet. 2004, Strasburg, Francja, 24 28.05.2004 (plakat). [K13] MISIUK A., WNUK A., SURMA B., BĄK-MISIUK J., RATAJCZAK J.: Effect of Enhanced Hydrostatic Pressure at Annealing on Silicon Implanted with Nitrogen, Si:N. 5 th Int. Conf. Materials for Microelectronics and Nanoengineering, Southampton, Wielka Brytania, 13 14.09.2004. [K14] PAPIS E., PIOTROWSKA A., KAMIŃSKA E., PIOTROWSKI T. T., GOŁASZEWSKA K., ILKA L., KRUSZKA R., RATAJCZAK J., KĄTCKI J., WRÓBEL J., ALESZKIEWICZ M., ŁUKASIEWICZ R.: GaSb Microlenses Fabricated by Photo and E-Beam Lithography and Dry Etching. 4 th Int. Conf. Solid State Crystals, Kościelisko, Zakopane, 16 20.05.04 (plakat). [K15] PISKORSKI M., PIOTROWSKA A., GOŁASZEWSKA K., PIOTROWSKI T. T., JUNG W., PRZESŁA- WSKI T., BARCZ A., KĄTCKI J., RATAJCZAK J., WAWRO A.: Lattice Matched InGaAsSb/GaSb Heterostructures for Thermophotovoltaic Cells. 6 th Int. Conf. on Mid-Infrared Optoelectronics Materials and Devices MIOMD-VI, St. Petersburg, Rosja, 28.06 2.07.2004 (plakat, abstr. s. 141). [K16] PISKORSKI M., PIOTROWSKA A., GOŁASZEWSKA K., PIOTROWSKI T. T., SKOCZYLAS P., JUNG W., PRZESŁAWSKI T., BARCZ A., KĄTCKI J., RATAJCZAK J., WAWRO A.: Sn and Te Doped InGaAsSb Quaternary Layers for TPV Applications. Int. Union for Vacuum Science, Technique and Applications, Wenecja, Włochy, 28.06 2.07.2004 (plakat). [K17] RZODKIEWICZ W., KUDŁA A., RATAJCZAK J., BARCZ A., PISKORSKI K., ULYASHIN A.: Optical and Microstructural Studies of Hydrogenated Cz-Si Treated in HT-HP Process. VIII Konf. Nauk. Technologia Elektronowa ELTE 2004, Stare Jabłonki, 19 22.04.2004 (plakat, abstr. s. 138). [K18] RZODKIEWICZ W., KUDŁA A., MISIUK A., SURMA B., BĄK-MISIUK J., HÄRTWIG J., RATAJCZAK J.: The Structures Prepared by Implantation of Silicon with Nitrogen and Annealing under High Hydrostatic Pressure. E-MRS Spring Meet. 2004, Strasburg, Francja, 24 28.05.2004 (plakat).
Zakład Badań Materiałów i Struktur Półprzewodnikowych 17 [K19] SZERLING A., KOSIEL K., PŁUSKA M., OCHALSKI T.: Study of Defects in Crystals Grown by MBE Technique and Methods of Their Elimination. 7 th Sem. Nanostructures: Research, Technology and Applications, Bachotek, 26 29.05.2004 (kom.). [K20] WIETESKA W., MISIUK A., GRAEFF W., ANTONOVA I., RATAJCZAK J, WIERZCHOWSKI W.: Synchrotron Investigation of Porous Layer in HP-HT Treated Silicon Implanted with Deuterium Ions. 4 th Int. Conf. Porous Semiconductors Science and Technology, Cullera-Walencja, Hiszpania, 14 19.03.2004 (plakat P2-44). [K21] WZOREK M., KĄTCKI J., JAROSZEWICZ B., DOMAŃSKI K., GRABIEC P.: TEM Study of Implanted Silicon Applied to Piezoresistors Manufacturing. Autumn School on Emerging Microscopy for Advanced Materials Development Imaging and Spectroscopy on Atomic Scale, Berlin, Niemcy, 3 7.10.2004 (kom., plakat). [K22] ZAVODINSKY V. G., GNIDENKO A. A., MISIUK A., BARCZ A., RATAJCZAK J., BAK-MISIUK J.: Ab Initio Simulation of High Pressure Influence on He-H Interaction in Silicon. V Int. Conf. Ion Implantation and Other Applications of Ions and Electrons, Kazimierz Dolny, 14 17.06.2004 (kom.). [K23] ZHAO W., BRAY K. R., CZERWIŃSKI A., KORDAS L., WISE R., ROZGONYI G: Chemical and Structural Characterization of Defects in Strained-Si/SiGe/Si Heterostructure. The Electrochemical Society Meet. SiGe Symp., Honolulu, Hawaje, USA, 10 15.10.2004 (kom.).