Гексагональный нитрид бора - h-BN с шириной запрещённой зоны 6,08 эВ [1] относится к широкозонным полупроводникам. Интерес к h-BN обусловлен возможностью создания точечных дефектов и наличием явлений фото- и катодолюминесценции. В перспективе возможно создание однофотонных квантовых излучателей на основе люминесценции собственных и ионно-индуцированных дефектов в нитриде бора [2]. Для создания таких одиночных дефектов можно использовать облучение сфокусированным ионным пучком.
В настоящей работе представлено экспериментальное исследование ионно-индуцированных дефектов в тонком монокристалле h-BN на подложке Si3N4/Si методом катодолюминесценции (КЛ). Метод был реализован на базе сканирующего электронного микроскопа Zeiss SUPRA 40VP с регистрирующей системой Gatan Mono CL3+. Дефекты создавались облучением участков материала сфокусированным ионным пучком (ФИП) с различными дозами. В эксперименте использовался ФИП с источником Ga, т.к. в настоящее время он является одним из самых распространенных источников ионов для ФИП. Облучение ионам проводилось с использованием двулучевой системы Zeiss Auriga. Регистрация спектров КЛ проводилась в диапазоне длин волн от 200 до 700 нм при возбуждении электронами с ускоряющим напряжением 5кВ.
В результате исследования получены спектры КЛ, демонстрирующие пики свечения с энергиями 1.9 эВ, 2.9 эВ, которые могут быть связаны с примесным атомом углерода в положении вакансии азота CN, примесным кислородом ON в положении азота, азотной вакансией VN или примесным атомом бора в положении азота BN, а также комплексами перечисленных дефектов [1, 4].
По результатам экспериментов установлено, что ионный пучок оказывает существенное влияние на интенсивность линий спектра исследуемого h-BN. Сопоставление экспериментальных результатов с результатами численного моделирования методом Монте-Карло позволяет предположить, что ионное облучение приводит к появлению центров безызлучательной рекомбинации.Уменьшая численность дефектов или создавая новые, можно управлять фото- и катодолюминисценцией h-BN.
Список литературы:
[1] Cassabois G., Valvin P., Gil B. Hexagonal boron nitride is an indirect bandgap semiconductor //Nature Photonics. – 2016. – Т. 10. – №. 4. – С. 262.
[2] Bourrellier R. et al. Bright UV single photon emission at point defects in h-BN //Nano letters. – 2016. – Т. 16. – №. 7. – С. 4317-4321.
[3] Ngwenya T. B., Ukpong A. M., Chetty N. Defect states of complexes involving a vacancy on the boron site in boronitrene //Physical Review B. – 2011. – Т. 84. – №. 24. – С. 245425.
