Formation characteristics and photoluminescence of Ge nanocrystals in HfO2

Abstract

Ge nanocrystals ͑NCs͒ are shown to form within HfO 2 at relatively low annealing temperatures ͑600-700°C͒ and to exhibit characteristic photoluminescence ͑PL͒ emission consistent with quantum confinement effects. After annealing at 600°C, sample implanted with 8.4 ϫ 10 15 Ge cm −2 show two major PL peaks, at 0.94 and 0.88 eV, which are attributed to no-phonon and transverse-optical phonon replica of Ge NCs, respectively. The intensity reaches a maximum for annealing temperatures around 700°C and decreases at higher temperatures as the NC size continues to increase. The no-phonon emission also undergoes a significant redshift for temperatures above 800°C. For fluences in the range from 8.4ϫ 10 15 to 2.5ϫ 10 16 cm −2 , the average NC size increases from ϳ13.5Ϯ 2.6 to ϳ20.0Ϯ 3.7 nm. These NC sizes are much larger than within amorphous SiO 2. Implanted Ge is shown to form Ge NCs within the matrix of monoclinic ͑m͒-HfO 2 during thermal annealing with the orientation relationship of ͓101͔m-HfO 2 / /͓110͔Ge NC.

A Review on Ge Nanocrystals Embedded in SiO2 and High‐k Dielectrics

“…GeHfO x layers were synthesized by MS, Ge‐ion implantation, EBE, and CVD . Annealing is usually performed between 600 and 900 °C .…”

“…The Ge nanocrystals are generally in spherical shape and uniformly distributed within the matrix . The mean diameter increases with the Ge content (degree of supersaturation) and the annealing temperature . Ge sub‐oxides can be found at the interfaces between the nanocrystals and the matrix .…”

Влияние температуры осаждения и отжига на люминесценцию германиевых нанокристаллов, сформированных в пленках GeO-=SUB=-x-=/SUB=- и многослойных структурах Ge/SiO-=SUB=-2-=/SUB=-

“…• C [2,21], выше этой температуры они сублимируют. В нашем случае процесс сублимации протекает интенсивнее для пленок, сформированных на более горячих подложках, что иллюстрируется исчезно-вением полосы ИК-поглощения в области температуры отжига 600…”

“…Так, процесс формирования НК Ge реализуется при более низких температурах [2], что расширяет возможности зонной инженерии. Германий обладает низкой реакционной способностью, это повы-шает стабильность полученных наноструктур.…”

Моделирование Методом Сильной Связи Кремниевых И Германиевых Нанокристаллов О Б З О Р

“…Например, нанокристаллы германия име-ют более низкую температуру формирования [15], что существенно с точки зрения технологии изготовления. Наноструктуры германия со встроенными упругими де-формациями позволяют получить высокую эффектив-ность световой эмиссии [16].…”