Stabilization of nano-sized structures in the volume of single-crystalline silicon for photoconverters

Abstract

The paper considers the possibilities of stabilization of microstructures created in the latent tracks in single-crystalline silicon by multicharged ions from the nuclear fragments formed as a result of heavy element photofission in the process of hydrogenating. The presence of hydrogen in the amorphous silicon structures leads to the clustering of vacancies, intrinsic interstitial and impurity atoms. For quantum structures, passivated with hydrogen atoms, the annihilation process is slowed down. In the process of annealing the silicon structures the strong (Si − H)n-bonds prevent the defect annihilation and thus stimulate the processes of precipitation and clusterization. Hydrogen, filling the irradiation-broken bonds, neutralizes their electrical activity. Optimal conditions for stabilisation of such structures are determined: irradiation doses, methods of hydrogenation and dissociation of H2, annealing parameters.

Розглядаються можливостi стабiлiзацiї мiкроструктур, створюваних в прихованих треках в монокристалiчному кремнiї багатозарядними iонами з осколкiв ядер важких елементiв при їх фотодiленнi, в процесi гiдрування. Присутнiсть водню в аморфних структурах кремнiю приводить до кластеризацiї вакансiй, власних мiжвузельних i домiшкових атомiв. Для квантових структур, пасивованих атомами водню, процес анiгiляцiї загальмований. При вiдпалi кремнiєвих структур мiцнi (Si − H)n-зв’язки перешкоджають анiгiляцiї дефектiв i тим самим стимулюють процеси преципiтацiї i кластеризацiї. Водень, заповнюючи обiрванi в результатi опромiнювання зв’язки, нейтралiзує їх електричну активнiсть. Визначено оптимальнi умови створення таких структур: дози опромiнювання, методи гiдрування та дисоцiацiї H2, режими вiдпалу.

Рассматриваются возможности стабилизации микроструктур, создаваемых в скрытых треках в моно-кристаллическом кремнии многозарядными ионами из осколков ядер тяжелых элементов при их фото- делении, в процессе гидрирования. Присутствие водорода в аморфных структурах кремния приводит к кластеризации вакансий, собственных межузельных и примесных атомов. Для квантовых структур, пассивированных атомами водорода, процесс аннигиляции заторможен. При отжиге кремниевых структур прочные (Si − H)n-связи препятствуют аннигиляции дефектов и тем самым стимулируют процессы преципитации и кластеризации. Водород, заполняя оборванные в результате облучения связи, нейтрализует их электрическую активность. Определены оптимальные условия создания таких структур: дозы облучения, методы гидрирования и диссоциации H2, режимы отжига.