Si-Nanokristalle

Si-Nanokristalle (Si-NC) sind als potentielle Lichtemitter in der siliziumbasierten Photonik von Interesse. Sie werden bisher hauptsächlich durch eine Hochtemperaturbehandlung von substöchiometrischem SiOx hergestellt, bei der eine Phasenseparation in Si und SiO2 erfolgt. Die starke sichtbare Lumineszenz der so entstehenden amorphen Si-Cluster und Si-Nanokristalle wird auf das Quantum confinement und Defektzustände an den Grenzflächen zwischen Partikel und umgebender Matrix zurückgeführt. Gegenüber den in der Regel verwendeten Ofenprozessen bietet das Tempern durch Laserbestrahlung die Vorteile, dass die Umwandlung räumlich selektiv durchgeführt werden kann, eine Temperaturbelastung kritischer Bereiche in der Umgebung vermieden wird und Substrate eingesetzt werden können, die die beim Ofentempern erforderlichen Temperaturen nicht vertragen (z.B. Borosilikatgläser). Durch Verwendung eines kontinuierlich emittierenden Lasers mit 405 nm Wellenlänge konnte bei geeigneter Laserleistung die beim Lasertempern bisher stets beobachtete Schädigung der Filmstruktur vermieden werden. Derartige Bedingungen sind für die Herstellung von Bauteilen für photonische Anwendungen wie z.B. Lichtwellenleiter erforderlich. 

 

Weiterführende Informationen:

T. Fricke-Begemann, N. Wang, P. Peretzki, M. Seibt, J. Ihlemann:
Generation of silicon nanocrystals by damage free continuous wave laser annealing of substrate-bound SiOx films
Journal of Applied Physics 118, 124308 (2015)

N. Wang, T. Fricke-Begemann, P. Peretzki, J. Ihlemann, M. Seibt:
Formation of porous silicon oxide from substrate-bound silicon rich silicon oxide layers by continuous-wave laser irradiation,
Journal of Applied Physics 123, 093104 (2018)

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