In this work we have prepared Si and Si(1-x)Gex nanocrystals by rf magnetron co-sputtering method. The effect of annealing parameters and Ge content of x on the formation, evolution, structural and optical properties of sandwiched SiO2/SiO2: Si: Ge/SiO2 nanostructures have been investigated. For characterization we have used cross-sectional high-resolution electron microscope (HREM), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy (RS), Fourier transform infrared (FTIR), photoluminescence (PL), and temperature dependent PL (TDPL) techniques.It was shown that Ge content of x, annealing temperature, and annealing time are important parameters affecting the structural and optical properties of nanocrystals. We have observed a uniform Si(1-x)Gex nanocrystal formation upon annealing at relatively low temperatures and short annealing time. However, Ge-rich Si(1-x)Gex nanocrystals do not hold their compositional uniformity when annealed at high temperatures for enough long time. A segregation process leads to separation of Ge and Si atoms from each other and formation of Si-rich core covered by a Ge-rich shell. Related to the optical properties of Si and Si(1-x)Gex nanocrystals, influence of annealing treatment and Ge content of x on the simultaneous observation and relative contribution of quantum confined and interface related radiative emission to PL spectra is investigated. On the other hand, temperature dependent photoluminescence (TDPL) measurements have been applied to investigate in detail the involving PL mechanisms and the competing thermally activated emission process and the thermally activated escape process of carriers into nonradiative recombination centers and/or tunnelling of the excitons into the interface or to larger nanocrystals.

Bu çalışmada Si ve Si(1-x)Gex nanokristaller RF magnetron eş saçtırma yöntemiyle hazırlandı. Tavlama parametreleri ve Ge içeriğinin (x) SiO2/SiO2:Si: Ge/SiO2 katmanli yapısının oluşumuna, gelişimine ve yapısal ve optik özelliklerine etkileri incelenmiştir. Karakterizasyon için kesitsel yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobu, X-ışını kırınım (XRD), Raman spektrometresi (RS), Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR), fotolüminesans (PL) ve sıcaklık bağımlı PL (TDPL) teknikleri kullanıldı.Ge içeriğinin (x), tavlama sıcaklığı ve zamanının nanokristallerin yapısal ve optik özelliklerini etkileyen önemli parametreler oldukları görüldü. Göreceli olarak düşük sıcaklıklarda ve kısa tavlama zamanlarında düzenli Si(1-x)Gex nanokristal oluşumu gözlemlendi. Fakat Ge-zengin Si(1-x)Gex nanokristaller yüksek sıcaklıklarda gerektiği kadar uzun süre tavlandıklarında birleşim düzenini kaybetmektedirler. Ayrışma işlemi Ge ve Si atomlarının birbirlerinden ayrılmasına ve Si-zengin çekirdeğin Ge-zengin kabukla sarmalandığı yapının oluşmasına neden olmaktadır. Si ve Si(1-x)Gex nanokristallerin optik özellikleriyle ilgili olarak, tavlama işleminin ve Ge içeriğinin (x) quantum hapsolma ve arayüzey kaynaklı ışınımsal emisyonun birlikte gözlemlenmesine ve bunların göreceli olarak PL spektrumuna katkı sağlamasına etkisi incelenmiştir. Diğer yandan, sıcaklık bağımlı PL ölçümleri (TDPL) olası PL mekanizmalarının detaylı olarak incelenmesi ve termal olarak aktif hale gelen taşıyıcıların ışınımsal olmayan merkezlere kaçışı ve/veya exciton'larin arayüze veya daha büyük nanokristallere tünellemesini incelemek için yapıldı.