The Preparation of Amorphous Si_xGe_yO_z Alloy Films by Sputtering. Preparation Conditions, Chemical Composition, and Vibrational Properties

Abstract

Amorphous Si,Ge,O, alloy films with x = 0.17 to 0.60, y = 0.19 to 0.68, and z = 0.11 to 0.42 are deposited using reactive dc magnetron sputtering in an Ar/water atmosphere. The alloy concentrations are measured by secondary neutral mass spectrometry (SNMS). The oxygen content strongly decreases with decreasing silicon concentration. The dependence of the alloy composition on the target coverage with germanium pieces is investigated. IR transmission measurements in the range from 400 to 4000 cm-' show a predominance of the Si-0-Si asymmetric stretching mode. The minor absorption band due to Ge-0-Ge stretching vibrations totally disappears after annealing the film at 800 "C. An increase of the Si-0-Si absorption mode is detected.Amorphe Si,Ge,O, Filme (mit x = 0,17 bis 0,60, y = 0,19 bis 0,68 und z = 0,ll bis 0,42) werden mit reaktivem DC-Magnetron Sputtern unter ArlWasserdampf-Atmosphare hergestellt. Die Konzentration der Legierungselemente wird mittels Sekundarneutralteilchenmassenspektroskopie untersucht. Mit der Abnahme der Silizium-Konzentration wird eine starke Verringerung des Sauerstoffgehaltes der Legierungen festgestellt. Die Abhangigkeit der Veranderung der Legierungszusammensetzung von der Targetbedeckung mit Germanium wird untersucht. IR-Transmissionsmessungen im Bereich von 400 his 4000 cm-zeigen eine Dominanz der asymmetrischen Si-0-Si Streckschwingung. Die schwache Absorptionsbande der Ge-0-Ge Streckschwingungen verschwindet nach dem Tempern auf 800 "C vollstandig und eine VergroBerung der Si-0-Si Absorptionsbande wird festgestellt.

Structural changes in amorphous GexSiOyon the way to nanocrystal formation

“…In contrast, the Ge K-edge XANES spectra of the oxygen excess sample B with a similar Si to Ge amount (x ≈ 1), GeSiO 2. 35 , show a different dependence on the annealing temperature and are presented in figure 1(b). The spectrum of the native sample exhibits a broad asymmetric shape with a maximum around 11 106.3 eV and a shoulder at the peak position of GeO 2 , typical for a sample with significant Ge sub-oxide content.…”

“…SiO 2 embedded Ge NCs by thermal annealing, amorphous Ge x Si y O z (or in our case Ge x SiO y ) can serve as starting material, which can be synthesized e.g. using chemical vapor deposition [26,27], the sol-gel method [28][29][30], rf [31][32][33][34] or dc magnetron sputtering [35][36][37]. Here, the NC formation is strongly correlated to Ge-Si-O phase separation via GeO x reduction and SiO x oxidation during temperature treatment [38].…”