Формирование нанокластеров в кристаллическом кварце, имплантированном цинком

Представлены результаты синтеза нанокластеров металлического цинка и его оксида в кристаллическом кварце, имплантированном дозой ионов ⁶⁴Zn⁺ 5 × 10¹⁶ cм^–2 с энергией 40 кэВ и отожженном в атмосфере кислорода в диапазоне температур 400–900°С. Для исследования использованы методы растровой электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионной спектроскопией, а также электронная оже-спектроскопия и фотолюминесценция. После имплантации на поверхности и в приповерхностном слое кварца зафиксированы отдельные нанокластеры металлического цинка размером менее 1 мкм. Установлено, что в процессе отжигов в образце реализуется переход из фазы металлического Zn в фазы его оксида ZnO и силиката Zn₂SiO₄. После отжига при 700°С, наиболее оптимального для получения фазы ZnO, в приповерхностном слое кварца образуются нанокластеры оксида цинка размером менее 500 нм. В спектре фотолюминесценции наблюдается пик в форме дублета на длине волны 370 нм, обусловленный экситонной люминесценцией в оксиде цинка. После отжига при 800°С происходит деградация фазы ZnO и образование фазы силиката цинка Zn₂SiO₄.