Dynamic reactions of defects in ion-implanted 4H-SiC upon high temperature annealing

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作者
Xinghua Liu,Fangfang Ren,Zhengpeng Wang,Xinyu Sun,Qunsi Yang,Yiwang Wang,Jiandong Ye,Xiufang Chen,Weizong Xu,Dong Zhou,Xiangang Xu,Rong Zhang,Hai Lu
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:56 (23): 235102-235102
标识
DOI:10.1088/1361-6463/acc5f6
摘要

Abstract Single-photon emitters based on intrinsic defects in silicon carbide (SiC) are promising as solid-state qubits for the quantum information storage, whereas defect engineering in a controllable manner still remains challenging. Herein, the thermally-driven defect dynamic reaction in the ion implanted 4H-SiC has been exploited through the optical emission spectra of defects. For the heavy-ion (Si or Ar) implanted samples with abundant Frenkel pairs, the silicon vacancies (V Si ) are energetically converted into the carbon antisite-vacancy pair (C Si -V C ) upon annealing till 1300 °C for 30 min, accompanied with the gradual lattice recovery and local strain relaxation. The further temperature elevation dissociates the metastable C Si -V C into carbon antisite (C Si ) and carbon vacancy (V C ), as supported by the consequent quenching of the (C Si -V C )-related emission at 700 nm. Thus, the whole defect reaction is probed as the vacancy interconversion from V Si to V C with the byproduct of stacking faults. In contrast, the intermediate C Si -V C complexes are not energetically favorable during the annealing of the H-implanted sample, which results from the negligible generation of Frenkel pairs, as supported by the x-ray diffraction patterns and Raman scattering analysis. These findings provide guidance for defect engineering in SiC toward the creation of reliable single photon emitters.
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