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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 6/2020

07.02.2020

Annealing impact on emission and phase varying of Nd-doped Si-rich-HfO2 films prepared by RF magnetron sputtering

verfasst von: T. Torchynska, L. G. Vega Macotela, L. Khomenkova, F. Gourbilleau, L. Lartundo Rojas

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 6/2020

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Abstract

HfO2 films doped with Nd and Si atoms were produced by RF magnetron sputtering in argon plasma atmosphere. The effect of annealing treatment on the morphology, crystal structure and light emission of the films was investigated by means of the scanning electronic microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The thermal treatment was performed in the temperature range of TA = 800–1100 °C in horizontal furnace with continuous nitrogen flow. For annealed Si–HfO2:Nd films, the SEM study revealed the formation of the grains with the mean size of about 20–60 nm that show the tendency to enlarge with the TA rise. Besides, the phase separation was observed and tetragonal HfO2 and SiO2 phases were detected by the XRD method for the films annealed at TA > 950 °C. The PL study revealed that both Nd3+ ions and host defects contribute to PL emission whereas their relative contribution depends on the TA and on the crystal phase of host matrix. The highest PL intensity of Nd3+ ions via 4f inner electronic shell levels was detected for TA = 950 °C. The variation of PL intensity of Nd3+ ions was correlated with the change of PL intensity of the band caused by the host defects. These latter participate in the energy transfer towards Nd3+ ions. This statement was confirmed by XPS data, as well as by the shape of PL spectra. It was shown that the bright emission via Nd3+ ions can be achieved for those located in the tetragonal HfO2 matrix.

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Metadaten
Titel
Annealing impact on emission and phase varying of Nd-doped Si-rich-HfO2 films prepared by RF magnetron sputtering
verfasst von
T. Torchynska
L. G. Vega Macotela
L. Khomenkova
F. Gourbilleau
L. Lartundo Rojas
Publikationsdatum
07.02.2020
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 6/2020
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-020-03010-9

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