Abstract

In this paper a new technique for synthesis of porous silicon layers with silver nanoparticles based on the method of low − energy and high − dose metal ion implantation into Si is proposed. For demonstration of this technique, room temperature Ag + ion implantation of polished Si wafer with ion energy of 30 keV, ion dose of 1.5 ⋅ 10 17 ion/cm 2 and ion current density of 8 μA/cm 2 was carried out. By high resolution scanning electron and atomic − force microscopy, electron probe microanalysis and Raman scattering we have shown that as a result of ion implantation a thin amorphous layer of porous Si is formed on the surface of irradiated Si with average pore sizes of 150—180 nm, pore depth of about 100 nm and wall thickness between pores of about 30—60 nm. Moreover, porous Si contains Ag nanoparticles with sizes of 5—15 nm. We established that during ion implantation the sputtering of Si surface by Ag + ions occurs which was not observed before. On the basis of these data we concluded that the proposed physical technique for porous Si formation compared to chemical techniques could be integrated into an advanced process of fabrication and improvement of electronic circuits based on industrial ion implantation.

Highlights

  • In this paper a new technique for synthesis of porous silicon layers with silver nanoparticles based on the method of low−energy and high−dose metal ion implantation into Si is proposed

  • For demonstration of this technique, room temperature Ag+ ion implantation of polished Si wafer with ion energy of 30 keV, ion dose of 1.5 ⋅ 1017 ion/cm2 and ion current density of 8 μA/cm2 was carried out

  • By high resolution scanning electron and atomic−force microscopy, electron probe microanalysis and Raman scattering we have shown that as a result of ion implantation a thin amorphous layer of porous Si is formed on the surface of irradiated Si with average pore sizes of 150—180 nm, pore depth of about 100 nm and wall thickness between pores of about 30—60 nm

Read more

Summary

МЕТОДОМ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ

Ключевые слова: пористый кремний, наночастицы серебра, ионная имплантация, аморфизация, распыление поверхности. В то же время достаточно давно используют технологию получения наноразмерных пор, пустот и слоев пористого материала в твердых телах в результате его высокодозовой ионной имплантации [2]. Ниже предложен новый технологический подход получения PSi на поверхности кремния с использованием имплантации ионами металла. В настоящее время активно развивается новое направление в области наноплазмоники и нанофотоники, заключающееся в том, что для повышения эффективности проявления таких оптических свойств PSi, как, например, фотолюминесценция, отражательная способность, комбинационное рассеяние света (КРС) и др., в структуру или на поверхность PSi различными способами наносят наночастицы благородных металлов [5,6,7]. С целью формирования слоев PSi одновременно с синтезом в них наночастиц серебра ниже рассмотрена возможность использования низкоэнергетической высокодозовой имплантации ионами Ag+ монокристаллического Si аналогично тому, как ранее успешно был осуществлен синтез наночастиц различных металлов в диэлектрических матрицах (неорганическом стекле, сапфире или полимере) при их облучении ионами металлов [9, 10]

Образцы и методы исследования
Результаты и их обсуждение
Библиографический список
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call