Способ изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния

Способ изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния включает в себя формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры с помощью имплантации ионами благородных или переходных металлов через поверхностную маску, с энергией 5-100 кэВ. При этом доза облучения обеспечивает концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке кремния 2.5·1020-6.5·1023 атомов/см3. Плотностью тока ионного пучка 2·1012-1·1014 ион/(см2·с) при температуре подложки во время облучения 15-450°C. Технический результат заключается в обеспечении возможности изготовления дифракционных периодических микроструктур на основе пористого кремния с наночастицами различных металлов в вакууме. 20 ил.

 

Изобретение относится к устройствам дифракционной оптики [1], а именно, к способам изготовления дифракционных периодических микроструктур (дифракционных решеток, фотонных кристаллов и др.) для видимого диапазона, выполненным на основе различных пористых полупроводниковых материалов. На практике периодические структуры и решетки на основе различных полупроводников используются:

- в элементах оптической коммуникации для введения в тонкопленочные волноводы лазерного излучения или фильтрации в волноводе оптического сигнала (периодические структуры - решетки Брегга);

- для фокусировки сингулярных вихревых лазерных пучков для уплотнения каналов передачи информации;

- в качестве тестовых объектов для калибровки увеличения на просвечивающем электронном микроскопе;

- для преобразования нерадиационных плазмон-поляритонных мод в радиационные;

- в качестве резонаторов с распределенной обратной связью в волноводных лазерах, дифракционных элементов, используемых для управления светом [1] и др.

Известен способ изготовления дифракционных периодических микроструктур на основе полупроводника - кремния, выбранный в качестве аналога, который заключается в создании методом ионной имплантации аморфизованного слоя на поверхности образца и записи интерференционной картины от объектного и опорного пучков когерентного излучения наносекундного диапазона длительности с длиной волны в полосе поглощения аморфного полупроводника, отличающегося тем, что после записи интерференционной картины образец дополнительно облучают импульсом некогерентного света длительностью в интервале 0.05-4 с и плотностью мощности 3400-70 Вт/см2 (Фаттахов Я.В., Галяутдинов М.Ф., Львова Т.Н., Хайбуллин И.Б., Способ получения голограмм на кремнии, Патент РФ №2120653, опубликованный 20.10.1998).

Недостатком способа по аналогу является то, что для изготовления дифракционной периодической структуры (решетки) на аморфизированном кремнии методом интерференции требуется обязательное выполнение дополнительной технологической операции - термообработки с помощью облучения импульсами некогерентного света.

Известен [2] способ изготовления оптической дифракционной решетки на основе полупроводника - кремния, в котором формирование заданной периодической микроструктуры (областей кремния, чередующихся с областями пористого кремния с наночастицами золота) осуществляется одноступенчатым методом одновременного создания пористого кремния и осаждения на него золота из раствора (травителя), содержащего хлорзолотоводородную и плавиковую кислоты.

Дифракционная периодическая микроструктура формируется при использовании во время травления неоднородного по поверхности освещения границы раздела кислотный раствор - кремний. Под неоднородным по площади освещением понимается интерференционное поле, образованное двумя когерентными линейно поляризованными пучками света, падающими на поверхность образца. В результате фотохимической реакции формируются стабильные периодические пространственные структуры (дифракционная решетка), образованные из участков кремния (неосвещенные области), чередующихся с локальными областями, состоящими из пористого кремния с наночастицами золота (освещенные области). Хлорзолотоводородная кислота служит для фотовосстановления наночастиц золота.

Метод одновременного создания пористого кремния и осаждения на нем золота из раствора (создание композиционной системы, являющейся периодическим фрагментом дифракционной решетки) представляет собой частный случай коррозионного механизма травления полупроводников, когда в составе травящего раствора в качестве окислителя (т.е. акцептора электронов) используют ионы электроположительных (благородных) металлов, например, золота [2].

Эта технология изготовления дифракционной периодической микроструктуры - дифракционной решетки [2] на основе пористого кремния является наиболее близкой к заявляемому способу, и поэтому выбрана в качестве прототипа.

Недостатки прототипа:

- используемая методика [2], получения дифракционных решеток на пористом кремнии химическим способом в травящем агрессивном растворе ограничивает ее применение, например, в микроэлектронике при формировании дифракционных периодических структур для различных устройств, требующих при своем изготовлении соблюдения условий высокой чистоты окружающей среды, в частности, в вакууме;

- применяемая в способе [2] схема интерференционного освещения для стимулирования фотохимической реакции, предусматривает в приведенной методике формирование только полосовых дифракционных решеток не позволяя создавать дифракционные периодические структуры с элементами ее составляющими различной формы (квадратные, треугольные и т.д).;

- для возможного выполнения технологии получения дифракционной решетки, описанной в прототипе [2], обязательным условием является использование только специального окислительного травящего раствора с ионами благородных металлов, что снижает доступный набор типов металлов из которых формируются наночастицы, и тем самым, ограничивают набор композиционных материалов на основе пористого кремния с металлическими наночастицами для конструирования различных дифракционных устройств и периодических структур.

Решаемая техническая задача в заявляемом способе заключается в обеспечении возможности изготовления дифракционных периодических микроструктур на основе пористого кремния с наночастицами различных металлов в вакууме.

Поставленная техническая задача в предлагаемом способе изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния, заключающемся в формировании заданной микроструктуры из пористого кремния на поверхности исходной подложки монокристаллического кремния, достигается тем, что формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры осуществляют с помощью имплантации ионами благородных или переходных металлов через поверхностную маску, с энергией 5-100 кэВ, дозой облучения, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке кремния 2.5·1020-6.5·1023 атомов/см3, плотностью тока ионного пучка 2·1012-1·1014 ион/(см2·с) при температуре подложки во время облучения 15-450°C.

На фиг. 1. Показан чертеж в изометрии фрагмента дифракционной периодической структуры (дифракционной решетки - изделия) содержащей: 1 - подложку из монокристаллического кремния; 2 - имплантированные ячейки пористого кремния; 3 - необлученные перегородки монокристаллического кремния между ячейками.

На фиг. 2. Показано рассчитанное распределение имплантированного серебра по глубине в кремнии, при энергии облучения 30 кэВ.

На фиг. 3. Показано изображение, полученное на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) при малом увеличении, поверхности слоя пористого кремния, сформированного имплантацией монокристаллического кремния ионами серебра.

На фиг. 4. Показано изображение, полученное на СЭМ при большом увеличении, поверхности слоя пористого кремния, сформированного имплантацией монокристаллического кремния ионами серебра.

На фиг. 5. Показано СЭМ-изображение поверхности неимплантированного кремния.

На фиг. 6. Показана гистограмма распределения по размерам пор в структуре пористого кремния (фиг. 2), сформированной имплантацией монокристаллического кремния ионами серебра.

На фиг. 7. Показаны спектры оптического отражения необлученного кремния (1) и пористого кремния с ионно-синтезированными наночастицами серебра (2).

На фиг. 8. Показано АСМ-изображение поверхности слоя пористого кремния, сформированного имплантацией монокристаллического кремния ионами серебра.

На фиг. 9. Показан профиль поперечного сечения (cross-section) отдельных пор, измеренный по направлению, обозначенному на фрагменте фиг. 8.

На фиг. 10. Показано АСМ-изображение поверхности микроструктурированного монокристаллического кремния (фрагмента дифракционной решетки), имплантированного ионами серебра через поверхностную маску.

На фиг. 11. Показано изображение, полученное на оптическом микроскопе, микроструктурированного монокристаллического кремния (фрагмента дифракционной решетки), имплантированного ионами серебра через поверхностную маску. Размер ячейки 20 мкм. Свет, освещающий решетку, направлен от правого нижнего угла.

На фиг. 12. Показано изображение картины дифракционного рассеяния, полученное на экране при отражении зондирующего излучения гелий-неонового лазера на длине волны 632.8 нм света от микроструктурированного кремния с периодическими областями пористого кремния, сформированными имплантацией ионами серебра.

На фиг. 13. Показано СЭМ-изображение поверхности слоя пористого кремния, полученного после имплантации ионами Ag+ монокристаллического кремния при температуре подложки во время облучения 200°C.

На фиг. 14. Показано изображение, полученное на оптическом микроскопе, микроструктурированного монокристаллического кремния (фрагмента периодической микроструктуры), имплантированного ионами серебра через поверхностную маску - металлическую сетку в виде полос. Расстояние между полосовыми структурами составляет 40 мкм.

На фиг. 15. Показано СЭМ-изображение, полученное на микроскопе при малом увеличении, поверхности слоя пористого кремния, сформированного имплантацией монокристаллического кремния ионами кобальта.

На фиг. 16. Показано СЭМ-изображение, полученное на микроскопе при большом увеличении, поверхности слоя пористого кремния, сформированного имплантацией монокристаллического кремния ионами кобальта.

На фиг. 17. Показано СЭМ-изображение поверхности микроструктурированного монокристаллического кремния (фрагмента дифракционной решетки), имплантированного ионами кобальта через поверхностную маску.

На фиг. 18. Показано изображение, полученное на оптическом микроскопе, микроструктурированного монокристаллического кремния (фрагмента дифракционной решетки), имплантированного ионами кобальта через поверхностную маску. Размер ячейки 20 мкм.

На фиг. 19. Показано СЭМ-изображение поверхности слоя пористого кремния, сформированного имплантацией монокристаллического кремния ионами меди.

На фиг. 20. Показано СЭМ-изображение поверхности микроструктурированного монокристаллического кремния (фрагмента дифракционной решетки), имплантированного ионами меди через поверхностную маску.

Рассмотрим осуществление предлагаемого способа на конкретных примерах.

Пример 1. Рассмотрим способ изготовления дифракционной периодической микроструктуры (решетки) на основе пористого кремния, заключающийся в формировании заданной микроструктуры из пористого кремния на поверхности исходной подложки монокристаллического кремния предлагаемым способом, заключающемся в том, что формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры осуществляют с помощью имплантации на ускорителе ИЛУ-3 ионами благородного металла - Ag+ через поверхностную маску - металлическую сетку с размерами ячейки 20 мкм, с энергией E=30 кэВ, дозой облучения D=1.5·1017 ион/см2, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла 6.0·1022 атомов/см3 в облучаемой подложке кремния, плотностью тока ионного пучка J=3·1013 ион/(см2·с) при комнатной температуре подложки во время облучения.

На фиг. 1 показан в изометрии чертеж дифракционной решетки на основе пористого кремния (изделия), содержащей подложку 1 (выполненную из материала монокристаллического кремния) с дифракционной периодической микроструктурой на ее поверхности, элементами которой являются области подвергнутые, ионному облучению - имплантированные ячейки 2 (области пористого кремния) и характеризуемые другой диэлектрической проницаемостью относительно материала подложки 1. Дифракционная периодическая микроструктура имплантированных ячеек 2 содержит ионно-синтезированные металлические наночастицы, диспергированные в приповерхностной области подложки 1 на толщине слоя от 20 до 200 нм при концентрации атомов металла 2.5·1020-6.5·1023 атомов/см3. Необлученные перегородки 3 находящиеся между имплантированными ячейками 2 имеют туже диэлектрическую проницаемость, что и кремневая подложка 1.

Моделирование концентрационных профилей распределения имплантированного серебра с энергией 30 кэВ в кремний по глубине с помощью компьютерного алгоритма SRIM-2013 [3] (фиг. 2), показало, что в приповерхностном имплантированном слое кремния происходит накопление атомов серебра, приводящее к зарождению и росту металлических наночастиц. Общая толщина имплантированного слоя с наночастицами серебра, а, следовательно, и толщина активного слоя формируемой дифракционной решетки в кремнии, для данных условий имплантации, не превышает 60 нм.

На фиг. 3 и 4 в различных масштабах приведены изображения поверхности кремния, имплантированного ионами серебра, наблюдаемые на сканирующем электронном микроскопе Merlin Zeiss (СЭМ). Как следует из приведенных СЭМ-изображений, морфология облученного кремния в отличие от исходной полированной подложки монокристаллического кремния (фиг. 5) характеризуется наличием ярко-выраженной пористой кремниевой структуры. При этом, сформированный имплантацией слой пористого кремния выглядит однородным на большой площади образца в десятки микрон (фиг. 3), что является важной характеристикой для технологических приложений (масштабируемость) [4].

Увеличение фрагмента поверхности (фиг. 4) позволяет оценить средний диаметр отверстий пор (черные области): ~150-180 нм, как это следует из гистограммы распределения пор по размерам (фиг. 6) и толщину стенок пор (светлые серые области): ~30-60 нм.

Следует отметить, что формирование слоя пористого кремния происходит сразу же или одновременно с зарождением и ростом металлических наночастиц из ионов имплантируемой примеси. В случае примера 1, одновременно с ростом кремниевых пор при имплантации монокристаллического кремния происходит образование наночастиц серебра. На фиг. 4 наночастицы серебра хорошо просматриваются в виде светлых пятен на стенках кремниевых пор. Средний размер наночастиц оценивается величиной порядка 5-15 нм.

На фиг. 7. приведены экспериментальные спектры линейного оптического отражения для исходного кремния, а также пористого кремния, полученного имплантацией ионами серебра, измеренные на спектрометре Avantes-2014. В отличие от исходной матрицы кремния фиг. 7 (1), имплантированный образец фиг. 7 (2) характеризируется наличием в видимой области спектра селективной полосы поглощения с максимумом ~850 нм. Данная полоса указывает на формирование в кремниевой матрице наночастиц серебра, и она обусловлена проявлением эффекта поверхностного плазмонного резонанса в металлических наночастицах [7].

Дополнительная информация, подтверждающая формирование слоя пористого кремния при имплантации на поверхности монокристаллического кремния, имплантированного ионами серебра, наблюдалась на атомно-силовом микроскопе - (ACM) Innova Bruker. На фиг. 8 приведены АСМ-изображения фрагмента поверхности пористого кремния, которые выглядят типичными для пористых кремниевых структур, синтезированных электрохимическими способами [3]. На фиг. 9, представлен профиль сечения отдельных пор, измеренный по направлению, указанному на фиг.8, позволяющий оценить глубину пор: ~100 нм. Таким образом, из АСМ также можно заключить, что в результате имплантации кремния ионами серебра формируется слой пористого кремния.

Поверхностные микроструктуры на имплантированном ионами серебра через маску кремнии, наблюдались на АСМ-микроскопе FastScan Brucker (фиг. 10) и на оптическом микроскопе Микромед ПОЛАР-1 (фиг. 11). На приведенных изображениях видно, что поверхность образца является упорядоченной решеткой с ячейками размером 20 мкм, которые сформированы при имплантации кремния ионами серебра в заданном режиме. При этом квадратная ячейка представляет собой структуру пористого кремния с наночастицами серебра, показанную на фиг. 4. Стенки между ячейками решетки состоят из необлученного монокристаллического кремния.

Полученная дифракционная решетка, показанная на фиг. 10 и 11, соответствует чертежу, приведенному на фиг. 1.

Поскольку известно, что имплантация ионов металла в диэлектрики и полупроводники приводит к увеличению его показателя преломления на величину до ~0.2-0.4 для видимой области спектра (особенно на частотах плазмонного резонанса металлических наночастиц) [6], то очевидно, что в результате имплантации кремния через маску формируется микроструктура с периодически-изменяемым распределением оптических констант материала, т.е. между ячейками решетки и ее стенками (nSi=3.4).

Таким образом, сформированная имплантацией микроструктура с периодически изменяемым показателем преломления представляет собой дифракционную периодическую структуру - решетку. На фиг. 12 приведено дифракционное изображение, регистрируемое при зондировании сформированной решетки гелий-неоновым лазером на длине волны 632.8 нм света.

Пример 2. В качестве подложки используют пластину монокристаллического кремния. Имплантацию осуществляют на ускорителе ИЛУ-3 однозарядными ионами благородного металла Ag+ через поверхностную маску - металлическую сетку в виде полос, расстояние между которыми составляет 40 мкм, с энергией E=30 кэВ, дозой облучения D=1.0·1017 ион/см2, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке 2.0·1022 атомов/см3, плотностью тока ионного пучка J=3·1013 ион/(см2·с), при температуре подложки во время облучения 200°C.

СЭМ-изображение поверхности модифицированного материала полученного после имплантации ионами Ag+ монокристаллического кремния при температуре подложки во время облучения 200°C, приведено на фиг. 13. Как видно из фиг. 13, аналогично имплантации ионами серебра в не нагретую подложку кремния (фиг. 3 и 4) морфология поверхности, полученной при имплантации нагретого кремния, также характеризуется развитой структурой пористого кремния.

Поверхностные микроструктуры на имплантированном ионами серебра через маску кремнии, наблюдались на оптическом микроскопе (фиг. 14). На приведенном изображении видно, что образец представляет собой упорядоченные периодические полосы, расстояние между которыми составляет 40 мкм, которые сформированы при имплантации кремния ионами серебра в заданном режиме. При этом темные полосы являются участками неимплантированного монокристаллического кремния, прикрытые маской во время имплантации, а светлые области соответствуют пористому кремнию (фиг. 14).

Пример 3. Рассмотрим осуществление способа изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния, заключающегося в формировании заданной микроструктуры из пористого кремния на поверхности исходной подложки монокристаллического кремния предлагаемым способом, заключающемся в том, что формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры осуществляют с помощью имплантации на ускорителе ИЛУ-3 однозарядными ионами переходного металла Co+ через поверхностную маску - металлическую сетку с размерами ячейки 20 мкм, с энергией E=40 кэВ, дозой облучения D=1.5·1017 ион/см2, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке 1023 атомов/см3, плотностью тока ионного пучка J=3·1013 ион/(см2·с) и комнатной температуры подложки во время облучения.

Моделирование концентрационных профилей распределения имплантированного кобальта с энергией 40 кэВ в кремний по глубине с помощью компьютерного алгоритма SRIM-2013 [3], показало, что в приповерхностном имплантированном слое кремния происходит накопление атомов кобальта, при этом общая толщина имплантированного приповерхностного слоя не будет превышать ~80 нм.

СЭМ-изображения в различных масштабах поверхности монокристаллического кремния, имплантированного ионами Co+, приведены на фиг. 15 и 16. Аналогично имплантации ионами серебра (фиг. 3 и 4) морфология имплантированной ровной гладкой поверхности кремния (фиг. 5) трансформируется в развитую пористую структуру кремния. Также, сформированный имплантацией слой пористого кремния выглядит достаточно однородным и масштабируемым на большой площади образца в десятки микрон (фиг. 15). Пористая поверхность кремния при увеличенном масштабе (фиг. 16). Известно, что при имплантации кремния ионами кобальта образуются металлосодержащие наночастицы - силицида кобальта [7], которые, соответственно, находятся в структуре пористого кремния (фиг. 15 и 16), сформированного при указанных условиях имплантации примера 3.

Поверхностные микроструктуры на имплантированном ионами кобальта через маску кремнии, наблюдались на СЭМ-микроскопе (фиг. 17) и на оптическом микроскопе (фиг. 18). На приведенных изображениях видно, что поверхность образца является упорядоченной решеткой с ячейками размером 20 мкм, которые сформированы при имплантации кремния ионами кобальта в заданном режиме. При этом квадратная ячейка представляет собой структуру пористого кремния, показанную на фиг. 15 и 16. Стенки между квадратными ячейками решетки состоят из необлученного монокристаллического кремния.

Пример 4. Рассмотрим осуществление способа изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния, заключающегося в формировании заданной микроструктуры из пористого кремния на поверхности исходной подложки монокристаллического кремния предлагаемым способом, заключающемся в том, что формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры осуществляют с помощью имплантации на ускорителе ИЛУ-3 однозарядными ионами переходного металла Cu+ через поверхностную маску - металлическую сетку с размерами ячейки 20 мкм, с энергией E=40 кэВ, дозой облучения D=1.5·1017 ион/см2, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке 1023 атомов/см3, плотностью тока ионного пучка J=3·1013 ион/(см2·с) при комнатной температуре подложки во время облучения.

Моделирование концентрационных профилей распределения имплантированной меди с энергией 40 кэВ в кремний по глубине с помощью компьютерного алгоритма SRIM-2013 [3], показало, что в приповерхностном имплантированном слое кремния происходит накопление атомов меди, при этом общая толщина имплантированного приповерхностного слоя не будет превышать ~80 нм.

СЭМ-изображения поверхности монокристаллического кремния, имплантированного ионами Cu+, приведены на фиг. 19. Аналогично имплантации ионами серебра (фиг. 3 и 4) морфология имплантированной ровной гладкой поверхности кремния (фиг. 5) трансформируется в развитую пористую структуру кремния.

Поверхностные микроструктуры на имплантированном ионами меди через маску кремнии, наблюдались на СЭМ-микроскопе (фиг. 17) и на оптическом микроскопе (фиг. 20). На приведенных изображениях видно, что поверхность образца является упорядоченной решеткой с ячейками размером 20 мкм, которые сформированы при имплантации кремния ионами меди в заданном режиме. При этом квадратная ячейка представляет собой структуру пористого кремния, показанную на фиг. 15 и 16. Стенки между квадратными ячейками решетки состоят из необлученного монокристаллического кремния.

При изготовлении дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния режимы ионной имплантации по параметрам имеют следующие ограничения, E=5-100 кэВ, D - должна обеспечивать концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке кремния 2.5·1020-6.5·1023 атомов/см3, плотность тока ионного пучка J=2·1012-1·1014 ион/(см2·с) и температура подложки во время облучения T=15-450°C. За границами этих режимов не достигается необходимого технического результат, и качество изготовленных дифракционных периодических микроструктур на основе пористого кремния не будет соответствовать необходимым требованиям.

Доза облучения определяется количеством атомов металлического вещества, необходимым для образования металл о содержащих наночастиц, формирование которых в облучаемой матрице вызывает порообразование кремния. Это условие, согласно нашим исследованиям зависимости появления пор на поверхности облучаемого кремния от дозы имплантации, выполняется при концентрациях атомов металла в объеме облучаемого материала порядка 2.5·1020 атомов/см3. При этом количество внедренной примеси не должно превышать той дозы, при которой начнется слипание растущих металлосодержащих наночастиц, приводящее к образованию сплошной металлосодержащей пленки, и по нашим оценкам составляет не более 6.5·1023 атомов/см3.

Плотность тока в ионном пучке J определяет, с одной стороны, время набора дозы имплантации, а с другой стороны скорость нагрева облучаемого материала. Экспериментально установлено, что при превышении плотности ионного тока J=1·1014 ион/(см2·с) разогрев локального поверхностного слоя кремния, приводящего к его плавлению, происходит настолько быстро, что формирование пор не происходит. Облучение с малой плотностью ионного тока нецелесообразно увеличивает время имплантации. Поэтому, минимальная плотность ионного тока ограничена величиной J=2·1012 ион/(см2·с).

Энергия иона E обуславливает величину его среднего проекционного пробега, которое определяет глубину залегания имплантированного иона, а, следовательно, толщину модифицированного слоя и дифракционной периодической микроструктуры. Сверху энергия ускорения иона ограничена величиной E=100 кэВ, поскольку при увеличении данной энергии происходит столь глубокое проникновение имплантированных ионов металла, что зарождение пористого слоя будет происходить не на поверхности, а в глубине облучаемой подложки. Ограничение снизу величиной E=5 кэВ, связано с тем, что при дальнейшем уменьшении E не удается получить достаточно крупные элементы структуры кремния, что бы характеризовать их как поры, а наблюдается лишь распыление его поверхностного слоя [7].

Температура облучаемой подложки T определяет, эффективность гетеррирования (собирания) имплантированных ионов переходных и благородных металлов в металлосодержащие наночастицы. При температуре ниже T=20°C, скорость диффузии внедренных ионов металла столь невелика, что образования металлосодержащих наночастиц не происходит. С другой стороны, скорость диффузии ионной примеси металла при температуре более T=450°C столь высока, что происходит скоротечный отток примеси из имплантированного приповерхностного слоя облучаемого кремния вглубь образца, что неминуемо ведет к снижению концентрации примеси, не достижения ей предела растворимости и, как следствие, невозможности зарождения и роста металлосодержащих наночастиц.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет изготавливать дифракционные периодические микроструктуры на основе пористого кремния не химическим способом и при использовании различных типов металлов.

Список цитируемой литературы

1. Дифракционная оптика и нанофотоника. Ред. Сойфер В.А. М.: Физматлид 2014.

2. Ванштейн Ю.С., Горячев Д.Н., Кен О.С., Сресели О.М. Поверхностные плазмон-поляритоны в композитной системе пористый кремний-золото. ФТП. 2015. Т. 49, Вып. 4. С. 453-458.

3. Ziegel J.F., Biersak J.P., Littmark U. The stopping and range of ions in solids. N.Y.: Pergamon, 1996.

4. Ищенко A.A., Фетисов Г.В., Асланов Л.А.: Нанокремний: свойства, получение, применение, методы исследования и контроля. М.: Физматлит, 2011. 573 с.

5. Kreibig U., Vollmer М. Optical properties of metal clusters. Berlin: Springer. 1995.

6. Townsend P.D., Chandler P.J., Zhang L. Optical effects of ion implantation. Cambridge: Univ. Press. 1994.

7. Герасименко H., Пархоменко Ю. Кремний - материал наноэлектронике. М.: Техносфера, 2007. 276 с.

Способ изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния, заключающийся в формировании заданной микроструктуры из пористого кремния на поверхности исходной подложки монокристаллического кремния, отличающийся тем, что формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры осуществляют с помощью имплантации ионами благородных или переходных металлов через поверхностную маску, с энергией 5-100 кэВ, дозой облучения, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке кремния 2.5·1020-6.5·1023 атомов/см3, плотностью тока ионного пучка 2·1012-1·1014 ион/(см2·с) при температуре подложки во время облучения 15-450°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полевого транзистора с пониженными значениями контактного сопротивления.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления тонкопленочных транзисторов с низким значением тока утечки.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, чувствительных к инфракрасному излучению, и может быть использовано при изготовлении фотодиодов на кристаллах InGaAs n-типа проводимости, фототранзисторов, фоторезисторов на основе кристаллов p-типа проводимости.

Изобретение относится к оптике. Способ изготовления дифракционной решетки заключается в формировании на поверхности исходной подложки элементов заданной структуры дифракционной решетки путем ионной имплантации через поверхностную маску, при этом имплантацию осуществляют ионами металла с энергией 5-1100 кэВ, дозой облучения, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке 3·1020-6·1022 атомов/см3, плотностью тока ионного пучка 2·1012-1·1014 ион/см2с в оптически прозрачную диэлектрическую или полупроводниковую подложку.

Предлагаемое изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в частности, к способам изготовления планарных pin-фотодиодов большой площади на основе высокоомного кремния p-типа проводимости.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, чувствительных к инфракрасному излучению, и может быть использовано при изготовлении фотодиодов на кристаллах InAs n-типа проводимости, фототранзисторов, фоторезисторов на основе кристаллов p-типа проводимости.
Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур с пониженной плотностью дефектов.

Изобретение относится к материаловедению. Пленка оксида кремния на кремниевой подложке, имплантированная ионами олова, включает нанокластеры альфа-олова.
Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур с пониженной плотностью дефектов.
Использование: в технологии производства полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: полупроводниковый прибор формируют путем двойной имплантации в область канала сфокусированными пучками ионов бора дозой 6×1012-6×1013 см-2 с энергией 20 кэВ и ионов мышьяка с энергией 100 кэВ дозой (1-2)×1012 см-2 с последующим отжигом при температуре 900-1000°С в течение 5-15 секунд.

Способ получения цветного изображения с помощью дифракционной решетки при воздействии света включает в себя создание на поверхности твердого тела массива дифракционной решетки в течение процесса микроструктурирования посредством воздействия лазера.

Устройство задней подсветки содержит источник света, коллиматор, расширитель пучка, один дефлектор пучка, волновод с элементом ввода и элементом вывода. Источник света выполнен в виде лазера.

Сканирующий дифракционный полихроматор содержит входную щель, вогнутую дифракционную решетку, вогнутое сферическое зеркало и многоэлементный приемник излучения.

Элемент отображения содержит слои и множество пикселов. При этом множество пикселов содержит слой формирования рельефной структуры, включающий в себя первую область, сформированную посредством множества углублений или выступов и включающую в себя, по меньшей мере, одну подобласть, выполненную с возможностью отображать цвет, и вторую область.

Способ контроля погрешности изготовления дифракционных оптических элементов (ДОЭ) заключается в формировании контрольных окон для нанесения координатных меток, которые выполняют хотя бы из двух групп периодических решеток.

Защитный элемент для защищенных от подделки бумаг, ценных документов или других носителей данных имеет подложку, которая в поверхностной области содержит оптически переменный поверхностный узор, который при различном направлении освещения и/или рассмотрения создает различные изображения.

Способ определения пространственного положения объектов обеспечивает облучение объекта через двумерную дифракционную решетку, что обеспечивает образование матрицы смежных оптических каналов.

Изобретение относится к вариантам защитного оптического компонента с плазмонным эффектом, предназначенного для наблюдения при пропускании. Компонент содержит: два слоя из прозрачного диэлектрического материала, металлический слой, расположенный между упомянутыми слоями из прозрачного диэлектрического материала с образованием двух диэлектрических границ раздела диэлектрик-металл и структурированный для образования, по меньшей мере, на части его поверхности волнообразных элементов, выполненных с возможностью связывания поверхностных плазмонных мод, поддерживаемых упомянутыми границами раздела диэлектрик-металл, с падающей световой волной.

Защитный элемент содержит прозрачный несущий слой и частично прозрачный отражающий слой, который выполнен на несущем слое. Также элемент содержит прозрачный заполняющий слой, который выполнен на отражающем слое.

Оптический аутентификационный компонент, видимый при отражении, содержит рельефную структуру, выполненную на подложке с показателем преломления n0, тонкий слой с толщиной от 50 до 150 нм из диэлектрического материала с показателем преломления n1, отличным от n0, нанесенный на рельефную структуру, и слой из материала с показателем преломления n2, близким к n0, инкапсулирующий структуру, покрытую тонким слоем.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления силицидных слоев с низким сопротивлением. Задача, решаемая изобретением, - снижение сопротивления, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных приборов. В способе изготовления полупроводникового прибора, включающем процессы очистки пластины кремния, создания активных областей прибора, отжиг и формирование слоев силицида, перед формированием слоев силицида наносят слой поликремния, после чего структуры подвергают обработке ионами Со+ с энергией 250 кэВ при токе ионного пучка 1 мкА, интегральной дозой 4,4×1017 см-2, с последующим проведением релаксационного отжига сканирующим электронным пучком при температуре 950°С в течение 10-20 с. 1 табл.
Наверх