Einfluss von Ionenstrahlparametern auf die Phasenidentifizierung an Ge Nanopartikeln mittels XPS Tiefenprofilen

Die Ionenstrahlsynthese von Ge Nanoclustern in SiO2 wird mit Blick auf neue elektronische und optische Anwendungen (Ladungsspeicherung, Lumineszenz) untersucht. In vorangegangenen Arbeiten wurden Einfluss von Parametern der Ionenimplantation und der thermischen Nachbehandlung auf die Umverteilung von Ge und dessen Phasenseparation vom Siliziumdioxid in Form von Nanoclustern ausführlich untersucht [1].
Weitergehende Untersuchungen beschäftigten sich mit chemischen Veränderungen von Ge sowohl durch Einflüsse der Atmosphäre bei der Wärmebehandlung als auch bei der Wechselwirkung mit der SiO2-Matrix durch das Ionenstrahlmischen. Dabei konnte durch Tiefenprofiluntersuchungen mittels Photoelelektronenspektroskopie (XPS) gezeigt werden, dass die gebildeten Cluster aus elementarem Ge bestehen, diese jedoch bei Anwesenheit von Sauerstoff in der Temperatmosphäre mit einer scharfen Reaktionsfront in gelöstes und ausgeschiedenes Germaniumoxid übergehen [2].
Mit Hilfe der Faktoranalyse können die Veränderungen der diskutierten Spezies im Verlauf der Temperbehandlung durch eine Analyse der XPS-Peaklagen voneinander unterschieden werden. Hierbei wird noch eine dritte spektrale Komponente gefunden, die auf die Wechselwirkung kleiner Ge-Cluster mit der Oxidumgebung zurückgeführt werden kann. Allerdings legt der hohe relative Anteil dieser Komponente nahe, dass sie durch Ionmischen beim Sputtern (Ionenerrosion zur XPS-Tiefenprofilmessung) induziert sein könnte.
Dieser Vermutung wird durch Veränderung der Sputterbedingungen (standardmäßig 3,5 keV. Ar+) nachgegangen. Durch Verringerung der Eindringtiefe der Ionen (hohe Masse = Xe+, geringe Energie = 1 keV) kann tatsächlich eine Veränderung der Komponentenverteilung nachgewiesen werden. Es wird geschlussfolgert, dass durch eine ungeeignete Wahl der Sputterparameter der Anteil elementaren Ge in Form von Nanoclustern in der Probe unterschätzt wird.

[1] K.H. Heinig, B. Schmidt, A. Markwitz, R. Grötzschel, M. Strobel, S. Oswald,
Nucl. Instr. Meth. B148 (1999) 969.
[2] S. Oswald, B. Schmidt, K.H. Heinig, Surf. Interface Anal. 29 (2000) 249.