Formation of Nanoclusters in Zinc-Implanted Crystalline Quartz

V. V. Privezentsev; Привезенцев В. В.; A. A. Firsov; Фирсов А. А.; V. S. Kulikauskas; Куликаускас В. С.; V. V. Zatekin; Затекин В. В.; A. N. Tereshchenko; Терещенко А. Н.

doi:10.31857/S1028096023030147

Формирование нанокластеров в кристаллическом кварце, имплантированном цинком

Авторы: Привезенцев В.В.¹, Фирсов А.А.¹, Куликаускас В.С.², Затекин В.В.², Терещенко А.Н.³
Учреждения:
1. Научно-исследовательский институт системного анализа Российской академии наук
2. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, НИИЯФ им. Д.В. Скобельцына
3. Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН
Выпуск: № 3 (2023)
Страницы: 53-58
Раздел: Статьи
URL: https://freezetech.ru/1028-0960/article/view/664594
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023030147
EDN: https://elibrary.ru/LFUSDC
ID: 664594

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты синтеза нанокластеров металлического цинка и его оксида в кристаллическом кварце, имплантированном дозой ионов ⁶⁴Zn⁺ 5 × 10¹⁶ cм^–2 с энергией 40 кэВ и отожженном в атмосфере кислорода в диапазоне температур 400–900°С. Для исследования использованы методы растровой электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионной спектроскопией, а также электронная оже-спектроскопия и фотолюминесценция. После имплантации на поверхности и в приповерхностном слое кварца зафиксированы отдельные нанокластеры металлического цинка размером менее 1 мкм. Установлено, что в процессе отжигов в образце реализуется переход из фазы металлического Zn в фазы его оксида ZnO и силиката Zn₂SiO₄. После отжига при 700°С, наиболее оптимального для получения фазы ZnO, в приповерхностном слое кварца образуются нанокластеры оксида цинка размером менее 500 нм. В спектре фотолюминесценции наблюдается пик в форме дублета на длине волны 370 нм, обусловленный экситонной люминесценцией в оксиде цинка. После отжига при 800°С происходит деградация фазы ZnO и образование фазы силиката цинка Zn₂SiO₄.

Ключевые слова

кварц, имплантация, цинк, отжиг, нанокластеры, оксид цинка, силикат.

Список литературы

Кузьмина И.П., Никитенко В.А. Оксид цинка. Получение и свойства. M.: Нaукa, 1984. 166 с.
Özgür Ü., Alivov Ya. I., Liu C. et al. // J. Appl. Phys. 2005. V. 98. P. 041301.
Litton C.W, Collins T.C., Reynolds D.S, Zinc Oxide Materials for Electronic and Optoelectronic Device Application. Chichester: Wiley, 2011.
Amekura H., Kishimoto N. Toward Functional Nanomaterials // Lecture Notes in Nanoscale Science and Technology / Ed. Wang Zh.M. 2009. V. 5.
Liu Y.X., Liu Y.C., Shen D. et al. // J. Cryst. Growth. 2002. V. 240. P. 152.
Zatsepin D., Zatsepin A., Boukhvalov D.W. et al. // J. Non-Cryst. Solids. 2016. V. 432. P. 183.
Straumal B.B., Mazilkin A.A., Protasova S.G. et al. // Phys. Rev. B. 2009. V. 79. P. 205206.
Smestad G.P., Gratzel M. // J. Chem. Educ. 1998. V. 75. P. 752.
Urfa Y., Çorumlu V., Altındal A. // Mater. Chem. Phys. 2021. V. 264. P. 124473.
Sirelkhatim S., Mahmud A., Seeni N.H.M., Kaus L.C., Ann S.K., ohd Bakhori, Hasan H., Mohamad D. // Nano-Micro Lett. 2015. V. 7. P. 219.
Inbasekaran S., Senthil R., Ramamurthy G., Sastry T.P. // Intern. J. Innov. Res. Sci. Engin. Technol. 2014. V. 3. P. 8601.
Jiang C.Y., Sun X.W., Lo G.Q. et al. // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. P. 263501.
Li C., Yang Y., Sun X.W. et al. // Nanotechnology. 2007. V. 18. P. 135604.
Chu S., Olmedo M., Yang Zh. et al. // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 93. P. 181106.
Amekura H., Ohnuma M., Kishimoto N. et al. // J. Appl. Phys. 2008. V. 104. P. 114309.
Privezentsev V.V., Makunin A.V., Batrakov A.A. et al. // Semiconds. 2018. V. 52. P. 645.
Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии. М.: Мир, 1985. 496 с.
Ziegler J.F., Biersack J.P. SRIM 2008 (http:// www.srim.org).
Chen Y., Bagnall D.M., Koh H.J. et al. // J. Appl. Phys. 1998. V. 84. P. 3912.
Amekura H., Umeda N., Sakuma Y. et al. // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87. P. 013109.