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Fotoluminescência em Matrizes de Si 3 N 4 Induzida pela Implantação de Si F. L. Bregolin¹, U. S. Sias², E. C. Moreira³ e M. Behar¹ ¹ IF-UFRGS ² CEFET -

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Apresentação em tema: "Fotoluminescência em Matrizes de Si 3 N 4 Induzida pela Implantação de Si F. L. Bregolin¹, U. S. Sias², E. C. Moreira³ e M. Behar¹ ¹ IF-UFRGS ² CEFET -"— Transcrição da apresentação:

1 Fotoluminescência em Matrizes de Si 3 N 4 Induzida pela Implantação de Si F. L. Bregolin¹, U. S. Sias², E. C. Moreira³ e M. Behar¹ ¹ IF-UFRGS ² CEFET - Pelotas ³ UNIPAMPA

2 Sumário 1.Introdução; 2.Procedimentos Experimentais; 3.Resultados; 4.Comparação com Trabalhos Prévios; 5.Conclusões;

3 Introdução Motivação: Construir dispositivos optoeletrônicos. (és fótons) Trafegam na maior velocidade possível no meio (c); Não há interferência; Multiplexar vários sinais; Não ocorre dissipação térmica; Pouquíssimas perdas por transmissão; Problema: –Toda a industria da informação esta baseada no Si, e por ser um semicondutor de bandgap indireto....é um péssimo fotoemissor (em bulk)! Si-nc em SiO 2 : Alta temperatura de recozimento: T a 1100C Bandgap de 8,5 eV Si-nc em Si 3 N 4 : Temperatura mais baixa de recozimento; Menor bandgap: 5,3 eV;

4 Recombinação Bandgap Indireto: Para conservar o momentum do cristal, é necessária a interação de outra(s) partícula(s) (ex. fônons óptico-transversais). Como estes processos são de 2ª ordem, são muito menos prováveis que a recombinação ótica direta.

5 Nanocristais Confinamento Quântico: Defeitos de Interface Radiativos: Ge Si ncGe SiO 2 Si N Si ncSi Si 3 N 4 Si ncSi SiO 2 λ L λ (Δk) Ge Ge

6 Procedimento Experimental Filme de Si 3 N 4, de 340nm, depositado sobre Si por PECVD; Implantação Iônica: Φ = 0,5x ,0x10 17 Si/cm² com E imp = 170keV, T imp = RT...600C R p = 1600Å, ΔR p = 420Å, C p = 10%; Recozimentos Isotérmicos Formação dos nanocristais 350C..1100C, 1h: em vácuo e em atmosferas de N 2, Ar, Análise por Espectroscopia: Laser de Ar (488nm) de 10mW; Detector de Estado Sólido de Si;

7 Resultados

8 Intensidade da PL em função da temperatura de recozimento

9

10 Implantação em alta temperatura Após a determinação da melhor temperatura de recozimento (T a = 475C), foram realizadas implantações em alta temperatura; A faixa de temperatura de implantação a quente foi de 200C-600C; A implantação a quente favorece a nucleação dos nanocristais (sementes); Ge em SiO 2 4x!

11 Intensidade da PL como função da temperatura de implantação

12 Aumento de 20% na intensidade da PL! A melhor temperatura de implantação obtida foi T i = 200C: Induz PL, porém com uma intensidade menor! Implantação a quente (T i = 475C), sem recozimento posterior:

13 Intensidade da PL em função da dose de implantação As doses de implantação utilizadas foram: Claro indício que a origem da PL é devido a defeitos radiativos da interface (Si N Si) dos ncSi/matriz. ( Em concordância com trabalhos prévios presentes na literatura ) Claro indício que a origem da PL é devido a defeitos radiativos da interface (Si N Si) dos ncSi/matriz. ( Em concordância com trabalhos prévios presentes na literatura ) Não foi notado diferença (intensidade ou forma) da banda de PL. Φ x Si/cm² com E = 170 keV, T i = 200C e T a = 475C 0,5 1,0 2,0 Confinamento Quântico: λ L Defeitos de Interface Radiativos: λ (Δk)

14 Discussão e Conclusões

15 Wang et al., Appl. Phys. Lett. 83 (2003) 3474 Até o presente, a produção de nc de Si em nitretos de silício foi obtida utilizando-se de filmes não-estequiométricos (com excesso de Si); Obtendo assim bandas de PL na faixa de nm; Além disto, Wang et al., variando a razão (γ) de nitrogênio/silano, conseguiram obter bandas de PL com comprimentos de onda diferentes. No presente trabalho, nenhuma variação dos parâmetros experimentais acarretou numa mudança na forma da banda de PL.

16 Discussão e Conclusões Em trabalhos anteriores, as bandas de PL eram centradas na região de nm; A única exceção provém do trabalho de Dal Negro et al. Onde utilizando-se da técnica de PECVD para produzir um filme não- estequiométrico (com excesso de Si) de Si 3 N 4 foram obter, após o recozimento de 700C, uma banda centrada em 900 nm. Principal diferença (presente trabalho vs Dal Negro): T a = 475C vs 700C Dal Negro et al., Appl. Phys. Lett. 88 (2006) 3474

17 Discussão e Conclusões T a = 475C Dinâmica de crescimento dos ncs é muito mais rápida que em outros sistemas. (em SiO 2, T a = 1100C). Implantação Iônica: Introduz o excesso de Si em uma região localizada (vs deposição). E = 170 keV R p = 1600 Å, Δ Rp = 420 Å; Si Si 3 N 4 Si Si 3 N 4 RpRp Implantação:Deposição: c(x) x x

18 Conclusões Pela primeira vez foi utilizada a técnica de Implantação Iônica para a formação de ncs de Si em Si 3 N 4. Menor temperatura de recozimento (T a = 475C); Implantação em alta temperatura produz um aumento de 20% na intensidade da banda de PL, comparado com implantação a temperatura ambiente. (T i = 200C); Atmosfera de recozimento não influi na PL (N 2, Ar, FG); Dose de implantação não influi na PL: Origem da banda de PL é devida a defeitos radiativos na interface nanocristal-matriz. (Tipo Si N Si) A implantação em alta temperatura (T i = 475C), induz a mesma banda de PL (com menor intensidade), sem recozimento posterior.

19 Obrigado!


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