• 제목/요약/키워드: silicon rich nitride

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Separating nanocluster Si formation and Er activation in nanocluster-Si sensitized Er luminescence

  • 김인용;신중훈;김경중
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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    • pp.109-109
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    • 2010
  • $Er^{3+}$ ion shows a stable and efficient luminescence at 1.54mm due to its $^4I_{13/2}\;{\rightarrow}\;^4I_{15/2}$ intra-4f transition. As this corresponds to the low-loss window of silica-based optical fibers, Er-based light sources have become a mainstay of the long-distance telecom. In most telecom applications, $Er^{3+}$ ions are excited via resonant optical pumping. However, if nanocluster-Si (nc-Si) are co-doped with $Er^{3+}$, $Er^{3+}$ can be excited via energy transfer from excited electrical carriers in the nc-Si as well. This combines the broad, strong absorption band of nc-Si with narrow, stable emission spectra of $Er^{3+}$ to allow top-pumping with off-resonant, low-cost broadband light sources as well as electrical pumping. A widely used method to achieve nc-Si sensitization of $Er^{3+}$ is high-temperature annealing of Er-doped, non-stoichiometric amorphous thin film with excess Si (e.g.,silicon-rich silicon oxide(SRSO)) to precipitate nc-Si and optically activate $Er^{3+}$ at the same time. Unfortunately, such precipitation and growth of nc-Si into Er-doped oxide matrix can lead to $Er^{3+}$ clustering away from nc-Si at anneal temperatures much lower than ${\sim}1000^{\circ}C$ that is necessary for full optical activation of $Er^{3+}$ in $SiO_2$. Recently, silicon-rich silicon nitride (SRSN) was reported to be a promising alternative to SRSO that can overcome this problem of Er clustering. But as nc-Si formation and optical activation $Er^{3+}$ remain linked in Er-doped SRSN, it is not clear which mechanism is responsible for the observed improvement. In this paper, we report on investigating the effect of separating the nc-Si formation and $Er^{3+}$ activation by using hetero-multilayers that consist of nm-thin SRSO or SRSN sensitizing layers with Er-doped $SiO_2$ or $Si_3N_4$ luminescing layers.

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Light-emitting mechanism varying in Si-rich-SiNx controlled by film's composition

  • Torchynska, Tetyana V.;Vega-Macotela, Leonardo G.;Khomenkova, Larysa;Slaoui, Abdelilah
    • Advances in nano research
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    • 제5권3호
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    • pp.261-279
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    • 2017
  • Spectroscopic investigation of Si quantum dots (Si-QDs) embedded in silicon nitride was performed over a broad stoichiometry range to optimize light emission. Plasma-enhanced chemical vapor deposition was used to grow the $SiN_x$ films on Si (001) substrates. The film composition was controlled via the flow ratio of silane ($SiH_4$) and ammonia ($NH_3$) in the range of R = 0.45-1.0 allowed to vary the Si excess in the range of 21-62 at.%. The films were submitted to annealing at $1100^{\circ}C$ for 30 min in nitrogen to form the Si-QDs. The properties of as-deposited and annealed films were investigated using spectroscopic ellipsometry, Fourier transform infrared spectroscopy, Raman scattering and photoluminescence (PL) methods. Si-QDs were detected in $SiN_x$ films demonstrating the increase of sizes with Si excess. The residual amorphous Si clusters were found to be present in the films grown with Si excess higher than 50 at.%. Multi-component PL spectra at 300 K in the range of 1.5-3.5 eV were detected and nonmonotonous varying total PL peak versus Si excess was revealed. To identify the different PL components, the temperature dependence of PL spectra was investigated in the range of 20-300 K. The analysis allowed concluding that the "blue-orange" emission is due to the radiative defects in a $SiN_x$ matrix, whereas the "red" and "infrared" PL bands are caused by the exciton recombination in crystalline Si-QDs and amorphous Si clusters. The nature of radiative and no radiative defects in $SiN_x$ films is discussed. The ways to control the dominant PL emission mechanisms are proposed.

전하 트랩 형 비휘발성 기억소자를 위한 재산화 산화질화막 게이트 유전악의 특성에 관한 연구 (Characteristics of the Reoxidized Oxynitride Gate Dielectric for Charge Trap Type NVSM)

  • 이상은;박승진;김병철;서광열
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 1999년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.37-40
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    • 1999
  • For the first time, charge trapping nonvolatile semiconductor memories with the deoxidized oxynitride gate dielectric is proposed and demonstrated. Gate dielectric wit thickness of less than 1 nm have been grown by postnitridation of pregrown thermal silicon oxides in NO ambient and then reoxidation. The nitrogen distribution and chemical state due to NO anneal/reoxidation were investigated by M-SIMS, TOF-SIMS, AES depth profiles. When the NO anneal oxynitride film was reoxidized on the nitride film, the nitrogen at initial oxide interface not only moved toward initial oxide interface, but also diffused through the newly formed tunnel oxide by exchange for oxygen. The results of reoxidized oxynitride(ONO) film analysis exhibits that it is made up of SiO$_2$(blocking oxide)/N-rich SiON interface/Si-rich SiON(nitrogen diffused tunnel oxide)/Si substrate. In addition, the SiON and the S1$_2$NO Phase is distributed mainly near the tunnel oxide, and SiN phase is distributed mainly at tunnel oxide/Si substrate interface.

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SiNx 박막을 이용한 Si Nanodot의 형성 (Formation of Si Nanodot by Using SiNx Thin Films)

  • 이장우;박익현;신별;정지원
    • 공업화학
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    • 제16권6호
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    • pp.768-771
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    • 2005
  • Silicon nitride ($SiN_x$) 박막이 상온에서 $SiO_2/Si$ 기판 위에 반응성 직류 마그네트론 스퍼터링 방법에 의하여 증착되었다. 증착된 $SiN_x$ 박막의 조성은 x-ray photoelectron spectroscopy를 이용하여 분석되었으며 Si가 풍부한 $SiN_x$ 박막이 증착되었음을 확인할 수 있었다. 증착된 $SiN_x$ 박막은 annealing 온도와 시간을 변화하여 annealing 되었다. X-ray diffraction (XRD) 분석이 $SiN_x$ 박막 내에 Si의 결정화를 조사하기 위해서 수행되었고, 박막의 광학적 특성과 전기적 특성들이 Si nanodot의 형성을 확인하기 위하여 측정되었다. 그 결과로써, XRD 분석에서 Si으로 예상되어지는 peak을 관찰할 수 있었으며 annealing 시간과 온도가 증가함에 따라서 $SiN_x$ 박막의 photoluminescence intensity는 점진적으로 증가하는 것이 관찰되었다. Annealing 전과 후에 측정된 $SiN_x$ 박막의 capacitance-voltage 특성으로부터 $SiN_x$ 박막 내에 존재하는 Si nanodot에 의하여 electron이나 hole의 trap 효과가 나타남을 예상할 수 있었다.

Y2O3-AlN 미량첨가 질화규소의 열간가압소결 (Hot-Pressing of Silicon Nitride Containing Low Amounts of $Y_2O_3$ and AlN)

  • 조덕호;이형복
    • 한국세라믹학회지
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    • 제29권2호
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    • pp.143-151
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    • 1992
  • Partially stabilized alpha-sialon composition (X=0.1) powder was hot-pressed at 1800~200$0^{\circ}C$ for 0~90 min with 30 MPa. Sintering behavior, phase changes and mechanical properties for the specimens were studied. As sintering temperature was raised from 1800 to 190$0^{\circ}C$, the relative density tended to increase and reached 99% of theoretical at 190$0^{\circ}C$. However the amount of alpha-sialon decreased because alpha-sialon transformed to beta-Si3N4 and yttrium rich silicate glass. In the case of hot-pressing at 190$0^{\circ}C$ for various times, densification increased with sintering time and full densification above 99% of theoretical was attained by 30 min. The amount of alpha-sialon decreased with sintering time. The maximum strength of 825 MPa was obtained by hot-pressing at 190$0^{\circ}C$ for 60 min.

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금속후 어닐링 방법이 Si-$SiO_2$ 계면 전하 농도에 미치는 영향 (Effect of Post-Metallization Anneal (PMA) on Interface Trap Density of Si-$SiO_2$)

  • 정종완
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.157-158
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    • 2007
  • Effects of post-metallization anneal (PMA) on interface trap characteristics of Si-$SiO_2$ are studied. The conventional PMA method utilizes forming gas anneal, where 10% hydrogen in nitrogen atmosphere is used. A new PMA method utilizes hydrogen rich PECVD- silicon nitride $(SiN_x)$ film as a hydrogen diffusion source and a out-diffusion blocking layer. It can be shown through charge pumping current measurement that the new PMA is indeed effective to decrease Si-$SiO_2$ interface trap density.

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질소 가스 분위기에서 증착된 실리콘 질화막의 전기적, 광학적 특성 분석 (Electrical and Optical Characteristic Analysis of Silicon Nitride Film Deposited by $N_2$ Ambient)

  • 공대영;정우원;양두환;김선용;이용우;고지수;최병덕;이준신
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.384-384
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    • 2009
  • 최근 태양전지 개발이 본격화 되면서 태양전지 웨이퍼 표면에서의 재결합에 의한 손실을 줄이고 반사도를 감소시키기 위한 ARC 개발이 활발히 진행되고 있다. 이를 위해 널리 사용하는 ARC 물질로 수소화된 실리콘 질화막이 있다. 수소화된 실리콘 질화막은 PECVD 법으로 저온에서 실리콘 기판 위에 증착 가능한 장점이 있다. 또한 실리콘 질화막의 광학적, 전기적인 특성은 화학적 조성비에 의해 결정되며 증착온도 가변에 따라 균일도 및 굴절률 조절을 가능케 하여 태양전지의 효율을 향상 시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 수소화된 실리콘 질화막을 태양전지에 적용하기 위해 질소 가스 분위기에서 PECVD를 이용하여 증착하고 그 특성을 분석하였다. 박막은 0.8 Torr의 압력에서 $150^{\circ}C{\sim}450^{\circ}C$의 기판 온도로 증착되었으며 이때의 RF power은 100W ~ 300W로 가변 하였다. 증착된 박막은 1.94 에서 2.23의 폭넓은 굴절률 값을 가지고 있었다. $SiH_4/NH_3$ 가스 비의 증가에 따라 박막 두께와 굴절률이 감소함을 확인 할 수 있었다. 이는 $NH_3$ 가스의 상대적인 증가에 따라 Si 생성을 선행하는 $SiH_4$ 가스의 부분압이 제한되기 때문이고, 이러한 결과로 박막내에 질소 원자가 증가함에 따라 N-H 결합이 증가하여 n-rich인 박막 상태가 되기 때문으로 분석된다. 증착된 실리콘 질화막의 소수반송자 수명 측정 결과 굴절률 2.23인 박막의 경우 약 87 us의 수명을 나타냈으며, 굴절률이 1.94로 줄어듦에 따라 소수반송자 수명 역시 79 us로 감소하였다. 수소화된 실리콘 질화막은 n-rich 보다 Si-rich 인 경우 effective 반송자 수명을 증가시켜 표면 재결합 속도를 줄이는데 유용함을 확인하였다. 또한 증착온도가 증가할수록, RF power가 증가 할수록 소수반송자 수명 역시 증가하였다. 반사도의 경우 $SiH_4$의 비율이 증가할수록 반사도가 감소함을 확인 하였으며, 증착온도 증가에 따라, RF power 증가에 따라 반사도가 감소하였다. 결과적으로 $450^{\circ}C$의 기판온도와 300W의 RF power에서 증착된 실리콘 질화막의 경우 가장 우수한 전기적, 광학적 특성을 보여주었다.

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