Abstract
Photoluminescence(PL), XRD, TEM results $5\times1016/\textrm{cm}^2, 1\times10^{17}/\textrm{cm}^2, 3\times10^{17}/\textrm{cm}^2$ Si-implanted $SiO_2$ films on crystalline silicon are reported. At low dose implantation and low annealing temperature, visible PL are observed. The PL spectrum has 7400$\AA$ and 8360$\AA$ peaks. As annealing time increased, the PL intensity are increased and peak positions are changed. The PL spectrum are not observed at high dose implantation and high annealing temperature. For the samples of low dose and high annealing temperature, visible PL are observed at short annealing time (30 minutes) and disappear for more than 1 hour annealing. From XRD and TEM results, silicon cluster are related to nonradiative defects. It is concluded that the origin of visible PL in Si implanted SiO2 films are not nanocrystal but two kinds of radiative defects. The Si-O-O bonding related defects (O rich defects) and Si-Si-O bonding related defects (Si rich defects) are related to the PL spectrum and depend on concentraion of Si implantation, annealing temperature and time.
실리콘산화막에 실리콘이온주입을 $5\times1016/\textrm{cm}^2, 1\times10^{17}/\textrm{cm}^2, 3\times10^{17}/\textrm{cm}^2$으로 하여 열처리온도와 열처리시간을 변화시키면서 광루미니센스, XRD, TEM을 관찰하였다. 이온주 입량이 적고 열처리온도가 낮을경우에 가시광 광루미니센스를 관찰할 수 있었다. 광루미니 센스의 peak는 7420$\AA$과 8360$\AA$위치에 있었으며, 열처리시간이 길어짐에 따라 intensity는 각각 증가하였다. 이온주입량이 많고 열처리온도가 높을경우에는 광루미니센스가 관찰되지 않았다. 이온주입량이 적고 열처리 온도가 높을경우에는 열처리시간이 짧으면 가시광 광루 미니센스가 있으나 열처리시간이 1시간 이상으로 길어지면 광루미니센스가 사라졌다. XRD 와 TEM결과로부터 실리콘 cluster는 nonradiative defect와 관련있으며, 실리콘이온주입된 실리콘산화막에서 관찰되는 광루미니센스의 origin은 nanocrystal이 아니라 defect임을 알 수 있었다. 이온주입되는 실리콘이온의 량, 열처리온도와 시간의 변화는 광루미니센스를 변 화시키는데 이 현상들을 Si-O-O결합인 O위주의 결함과 Si-Si-O결합인 Si위주의 결함과 연 관지어 설명할 수 있었다.
