Optical properties of high quality Cu2ZnSnSe4 thin films

Cu2ZnSnSe4 thin films, fabricated on bare or molybdenum coated glass substrates by magnetron sputtering and selenisation, were studied by a range of techniques. Photoluminescence spectra reveal an excitonic peak and two phonon replicas of a donor-acceptor pair (DAP) recombination. Its acceptor and donor ionisation energies are 27 and 7 meV, respectively. This demonstrates that high-quality Cu2ZnSnSe4 thin films can be fabricated. An experimental value for the longitudinal optical phonon energy of 28 meV was estimated. The band gap energy of 1.01 eV at room temperature was determined using optical absorption spectr

Светоизлучающие структуры на основе нестехиометрического нитрида кремния

The two triple-layered SiO2 /SiNx /SiO2  structures with Si-rich and N-rich silicon nitride active layer were fabricated on p-type Si-substrates by chemical vapour deposition. The SiNx  layer of different composition (x = 0.9 and x = 1.4) was obtained by changing the ratio of the SiH2 Cl2 /NH3 flow rates during deposition of a silicon nitride active layer (8/1 and 1/8, respectively). The spectroscopic ellipsometry and photoluminescence (PL) measurements showed that the refractive index, the absorbance and luminescence properties depend on a chemical composition of silicon nitride layers. The structures with Si-rich and N-rich SiNx  active layers emit in the red (1.9 eV) and blue (2.6 eV) spectral ranges, respectively. The PL intensities of different structures are comparable. The rapid thermal annealing results in the intensity decrease and in the PL spectra narrowing in the case of SiN1,4 active layer, whereas the increase in the emission intensity and the PL spectra broadening are observed in the case of the annealed sample with a SiN0,9 active layer. The PL origin and the effect of annealing treatment have been discussed, taking into account the band tail mechanism of radiative recombination. Multilayered (SiO2 /SiNx )n /Si structures are of practical interest for creation of effective light sources on the basis of current Si technology.Методом химического газофазного осаждения на кремниевых подложках p-типа изготовлены две трехслойные структуры SiO2 /SiNx /SiO2 с нестехиометрическими пленками нитрида кремния, обогащенными кремнием (x = 0,9) или азотом (x = 1,4), в качестве активных слоев. Активные слои SiNx нестехиометрического состава (x = 0,9 и x = 1,4) получены при различном соотношении реагирующих газов (SiH2 Cl2 /NH3 ) в процессе осаждения (8/1 и 1/8 соответственно). Методами спектральной эллипсометрии и фотолюминесценции показано, что показатель преломления, поглощение и люминесцентные свойства зависят от стехиометрического состава нитрида кремния. Структуры с активными слоями нитрида с избытком кремния и азота излучают в красной (1,9 эВ) и синей (2,6 эВ) областях спектра соответственно, причем интенсивность свечения сравнима для двух образцов. Быстрая термическая обработка приводит к уменьшению интенсивности и сужению спектра фотолюминесценции образца с активным слоем SiN1,4 , тогда как для образца с активным слоем SiN0,9 наблюдается возрастание интенсивности люминесценции с уширением спектра в коротковолновую область после отжига. Природа видимого свечения и влияние термообработки объясняются c учетом существования протяженной зоны хвостовых состояний.Структуры с чередующимися слоями оксида и нитрида кремния представляют практический интерес для создания эффективных источников света на базе кремниевой технологии

Влияние термического и импульсного лазерного отжига на фотолюминесценцию CVD-пленок нитрида кремния

The light-emitting properties of Si-rich silicon nitride films deposited on the Si (100) substrate by plasma-enhanced (PECVD) and low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) have been investigated. In spite of the similar stoichiometry (SiN1.1), nitride films fabricated by different techniques emit in different spectral ranges. Photoluminescence (PL) maxima lay in red (640 nm) and blue (470 nm) spectral range for the PECVD and LPCVD SiN1.1 films, respectively. It has been shown that equilibrium furnace annealing and laser annealing by ruby laser (694 nm, 70 ns) affect PL spectra of PECVD and LPCVD SiN1.1 in a different way. Furnace annealing at 600 °C results in a significant increase of the PL intensity of the PECVD film, while annealing of LPCVD films result only in PL quenching. It has been concluded that laser annealing is not appropriate for the PECVD film. The dominated red band in the PL spectrum of the PECVD film monotonically decreases with increasing an energy density of laser pulses from 0.45 to 1.4 J/cm2. Besides, the ablation of PECVD nitride films is observed after irradiation by laser pulses with an energy density of > 1 J/cm2. This effect is accompanied by an increase in blue emission attributed to the formation of a polysilicon layer under the nitride film. In contrast, the LPCVD film demonstrates the high stability to pulsed laser exposure. Besides, an increase in the PL intensity for LPCVD films is observed after irradiation by a double laser pulse (1.4 + 2 J/cm2) which has not been achieved by furnace annealing.Изучены светоизлучающие свойства обогащенных кремнием пленок нитрида кремния, осажденных на кремниевые подложки Si(100) методами плазмохимического осаждения (PECVD) и газофазного химического осаждения при низком давлении (LPCVD). Несмотря на сходный стехиометрический состав (отношение Si/N), пленки нитрида кремния SiN1,1, полученные различными способами, излучают в разных спектральных областях. Максимумы фотолюминесценции (ФЛ) лежат в красной (640 нм) и синей (470 нм) областях спектра для пленок, полученных методами PECVD и LPCVD соответственно. Печной и лазерный отжиг рубиновым лазером (694 нм, 70 нс) по-разному влияет на светоизлучающие свойства PECVD- и LPCVD-пленок нитрида кремния. Так, печной отжиг при температуре 600 °C приводит к резкому возрастанию интенсивности ФЛ для пленки, полученной методом PECVD, тогда как печной отжиг пленки, сформированной методом LPCVD, приводит только к тушению исходного сигнала ФЛ. Напротив, лазерный отжиг не подходит для пленки, полученной плазмохимическим методом. Для данной пленки наблюдается уменьшение интенсивности доминирующей полосы в красной области с увеличением плотности энергии в лазерном импульсе от 0,45 до 1,4 Дж/см2 . Кроме того, после облучения импульсами с энергией больше 1 Дж/см2 наблюдается абляция нитридной пленки. При этом увеличивается интенсивность свечения в синей области, природу которого мы связываем с формированием поликремния под нитридным слоем. С другой стороны, пленка, полученная методом LPCVD, демонстрирует высокую стойкость к лазерному воздействию. При этом облучение LPCVD-пленки двойным импульсом (1,4 + 2 Дж/см2) приводит к усилению сигнала люминесценции, чего не удавалось достичь с помощью печного отжига

Optical Properties and Upconversion Luminescence of BaTiO3 Xerogel Structures Doped with Erbium and Ytterbium

Erbium upconversion (UC) photoluminescence (PL) from sol-gel derived barium titanate (BaTiO3:Er) xerogel structures fabricated on silicon, glass or fused silica substrates has been studied. The fabricated structures under continuous-wave excitation at 980 nm and nanosecond laser excitation at 980 and 1540 nm demonstrate room temperature PL with the bands at 410, 523, 546, 658, 800 and 830 nm, which correspond to the 2H9/2 → 4I15/2, 2H11/2 → 4I15/2, 4S3/2 → 4I15/2, 4F9/2→ 4I15/2 and 4I9/2→ 4I15/2 transitions in Er3+ ions. The intensity of erbium UС PL increases when an additional macroporous layer of strontium titanate is used beneath the BaTiO3 xerogel layer. It is enhanced for BaTiO3 xerogel films codoped with erbium and ytterbium (BaTiO3:Er,Yb). The redistribution of the intensity of the PL bands is observed for the latter and it depends on the excitation conditions. Finally, a Bragg reflector and a microcavity structure comprising of alternating (BaTiO3:Er,Yb) and SiO2 xerogel layers were fabricated with the cavity mode near the red PL band of Er3+ ions. Enhancement of UC PL from the microcavity was observed for the sample annealed from 450°C to 600°C. The fabricated cavity structures annealed at 450°C allow us to tune the cavity mode with 10 nm shift within the temperature range from +20°C to +130°C. Photonic application of BaTiO3 xerogel structures doped with lanthanides is discussed

Фото- и электролюминесценция структур оксид-нитрид-оксид-кремний для применения в кремниевой оптоэлектронике

Oxide-nitride-oxide-silicon (SiO2/SiN0.9/SiO2/Si) structures have been fabricated by chemical vapor deposition. The elemental composition and light emission properties of “SiO2/SiN0.9/SiO2/Si” structures have been studied using Rutherford backscattering spectroscopy (RBS), photo- and electroluminescence (Pl, El). The RBS measurements has shown the presence of an intermediate silicon oxynitride layers at the SiO2–SiN0.9 interfaces.It has been shown that the photoluminescence of the SiO2/SiN0.9/SiO2/Si structure is due to the emission of a SiN0.9 layer, and the electroluminescence is attributed to the emission of silicon oxide and oxynitride layers. A broad intense band with a maximum at 1.9 eV dominates the Pl spectrum. This band attributed to the radiative recombination of excited carriers between the band tail states of the SiN0.9 layer. The origin of the less intense Pl band at 2.8 eV is associated with the presence  of nitrogen defects in the silicon nitride.El was excited in the electrolyte-dielectric-semiconductor system. The electric field strength in the SiO2 layers reached 7–8 MV/cm and exceeded this parameter in nitride layer nearly four times. The electrons accelerating in electric field of 7–8 MV/cm could heat up to energies more than 5 eV. It is sufficient for the excitation of luminescence centres in the silicon oxide and oxynitride layers. The SiO2/SiN0.9/SiO2/Si composition El bands with quantum energies of 1.9 and 2.3 eV are related to the presence of silanol groups (Si–OH) and three-coordinated silicon atoms (≡Si•) in the silicon oxide layers. The El band with an energy of 2.7 eV is attributed to the radiative relaxation of silylene (O2=Si:) centers in the silicon oxynitride regions. It is observed the least reduction of this band intensity under the influence of strong electric fields after a charge flow  of 1–3 C/cm2.Структуры SiO2/SiN0,9/SiO2/Si с суммарной толщиной диэлектрических слоев 140 нм изготовлены методом химического осаждения из газовой фазы. Элементный состав и излучательные свойства полученных структур исследовались методами резерфордовского обратного рассеяния (POP), фото- и электролюминесценции (ФЛ, ЭЛ). Методом POP установлено наличие областей оксинитрида кремния на границах нитридного и оксидных слоев.Показано, что фотолюминесценция образца обусловлена свечением обогащенного кремнием слоя SiN0,9, тогда как электролюминесценция – свечением слоев оксида и оксинитрида кремния. Возбуждаемая He–Cd лазером (Eвозб = 3,82 эВ) фотолюминесценция структуры характеризуется широкой интенсивной полосой с максимумом при 1,9 эВ, связанной с излучательной рекомбинацией носителей заряда, локализованных в хвостах разрешенных зон нитрида кремния. Происхождение менее интенсивной полосы при 2,8 эВ в спектре ФЛ обусловлено наличием собственных дефектов (N-центров) в слое SiN0,9.ЭЛ возбуждалась в гальваностатическом режиме в системе электролит–диэлектрик–полупроводник (ЭДП) при средней величине напряженности электрического поля в структуре 5–6 МВ/см. Величина напряженности электрического поля в слоях оксида кремния составляла 7–8 МВ/см и превышала значение этого параметра в слое SiN0,9 в ~4 раза. Электроны, ускоренные в электрических полях 7–8 MB/см, могут разогреваться до энергии более 5 эВ, достаточной для возбуждения центров люминесценции в слоях оксида и оксинитрида кремния. Для изученной композиции Sio2/SiN0,9/SiO2/Si полосы ЭЛ с энергиями 1,9 и 2,3 эВ связаны с наличием в слоях оксида кремния силанольных групп (Si–OH) и трехкоординированных атомов кремния (О3≡Si•). Полоса с энергией 2,7 эВ приписана излучательной релаксации двухкоординированных атомов кремния (O2=Si:) в переходных областях оксинитрида кремния. Интенсивность свечения этой полосы обладает наибольшей устойчивостью к воздействию сильных электрических полей после протекания через образец заряда 1–3 Кл/см2

Структурные и оптические свойства оксида кремния, имплантированного ионами цинка: влияние степени пересыщения и термообработки

The phase-structural composition of a silica film grown on Si substrate implanted with Zn ions at room temperature with different fluences has been studied using transmission electron microscopy and electron diffraction. The small clusters (1–2 nm) and the large clusters (5–7 nm) have been formed in as-implanted silica films with the Zn concentration of 6–7 at % and 16–18 at %, respectively. Furnace annealing at 750 °С for two hours results both in the formation of the orthorhombic Zn2SiO4 phase (space group R-3) in the case of low fluence (5 · 1016 cm–2) and in the formation of the cubic ZnO phase (space group F-43m) in the case of high fluence (1 · 1017 cm–2). It has been shown that impurity loss during implantation and subsequent annealing increase with fluence of implanted ions. The fraction of Zn atoms in clusters has been estimated to be 15 % and 18 % for fluences (5 · 1016 cm–2) and (1 · 1017 cm–2), respectively. It has been shown that residual Zn impurities dissolved in silica matrix noticeably suppress the light-emitting properties of silica with embedded Zn2SiO4 and ZnO nanocrystals.Методом просвечивающей электронной микроскопии и электронной дифракции изучен фазовоструктурный состав слоев аморфного оксида кремния, имплантированного ионами цинка, в зависимости от степени пересыщения примесью. Показано, что нанокластеры малого размера (1–2 нм) формируются уже в процессе ионной имплантации при комнатной температуре при концентрации цинка 6–7 ат. %, тогда как для формирования нанокластеров размером 5–7 нм необходима концентрация цинка 16–18 ат. %. Длительный печной отжиг при 750 °C в течение 2 ч приводит к формированию кристаллической фазы ромбического Zn2SiO4 (пространственная группа симметрии R-3) в случае меньшего флюенса (5 · 1016 cм–2) и кубической фазы ZnO (пространственная группа симметрии F-43m) в случае бÓльшего флюенса (1 · 1017 cм–2). Установлено, что потери примеси при имплантации, а также в процессе термообработки увеличиваются с ростом флюенса внедряемых ионов. Проведена оценка количества атомов цинка, находящихся в кластерах после проведения отжига: 15 и 18 % для флюенсов 5 · 1016 и 1 · 1017 cм–2 соответственно. Примесь, оставшаяся в растворенном состоянии в матрице SiO2, негативно влияет на интенсивность сигнала люминесценции от пленки оксида кремния с нанокристаллами Zn2SiO4 и ZnO

Effect of Nickel on Density and Surface Tension of Liquid Tin

Density and surface tension for Sn1-xNix(x = 0; 0,05; 0,1) have been measured by means of sessile dropmethod. Temperature dependences of these parameters as well as influence of Ni-atoms on density and surfacetension were analyzed. It is shown that chemical ordering is one of the most important factor, determining surfaceproperties and density

Structure and electric resistance of Sn-Cu(Ag) solders in the precrystallization temperature range

This work was partially supported by the State Foundation for Fundamental Research (Project No. F-28.3/024).We investigate the atomic structure of tin-based solders by X-ray diffraction methods and the reverse Monte Carlo method. Total and partial structural factors and pair correlation functions are calculated. It is shown that Sn0.987Cu0.013, Sn0.962Ag0.038, and Sn0.949Ag0.038Cu0.013 liquid alloys are characterized by a microinhomogeneous structure with Cu(Ag)-Sn clusters distributed in the tin-based matrix