Образование гексагональной фазы кремния 9R-Si при имплантации системы SiO$_2$/Si ионами Kr$^+$

Гексагональные политипы кремния привлекают большое внимание научного сообщества в связи с их потенциальным использованием в электронике и фотонике нового поколения. Однако получение стабильных гетероструктур на основе кубического и гексагональных политипов является сложной задачей. В настоящей работе показана возможность синтеза тонких слоев гексагональной фазы кремния 9R-Si с помощью традиционного метода микроэлектроники – ионной имплантации. Имплантация ионов Kr+ производилась через слой SiO2, толщина которого приблизительно вдвое превышала проецированный пробег Kr+, с последующим высокотемпературным отжигом. Методом высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии показано, что после имплантации в подложке Si на границе с пленкой SiO2 образуется тонкий аморфный слой, в процессе рекристаллизации которого при отжиге происходит образование политипа 9R-Si. Предполагается, что при имплантации через оксидный слой создаются механические напряжения, способствующие гексагонализации при последующем высокотемпературном отжиге. Установлена зависимость эффективности гексагонализации от ориентации подложки. Помимо образования фазы 9R-Si, при используемых параметрах имплантации и отжига в кремнии образуются светоизлучающие дефекты, фотолюминесценция которых на длине волны ~ 1240 нм наблюдается вплоть до температуры ~ 120 К. Полученные результаты могут стимулировать и расширить диапазон использования ионно-облученного кремния, а также найти применение в кремниевой микро-, нано-, оптоэлектронике.