Caracterização óptica De Nanocristais De Si Obtidos Por Implantação Iônica

Yara Pires Dias, Eduardo Ceretta Moreira

Resumo


Introdução: Este trabalho estudou o efeito da passivação nos nanocristais (NC) de silício, produzidos por implantação a quente, sob as medidas de fotoluminescência (PL) após recozimento. Sabe-se que a emissão de luz, correspondente as medidas de PL, depende do tamanho, dos processos de excitação luminosa e da estrutura cristalina do NC. Os tratamentos de passivação tornam-se necessários quando os NC apresentam defeitos estruturais, o que de fato ocorre no processo de implantação iônica. Esses tratamentos são capazes de atenuar os defeitos no cristal, aumentando o número de NC ativos e intensificando a PL. Material e Métodos: Em uma camada de SiO2, de 480nm de espessura, depositada sobre um substrato de Si, foram implantados íons de Si com 170 keV e fluxo de 1.1017 Si/cm^2. Foram preparados dois tipos de amostras, uma no qual a implantação ocorreu em temperatura ambiente (RT) e outra em 600°C. Essas amostras foram recozidas a 1150°C sob atmosfera inerte de N2 em um forno de quartzo, por períodos que variaram de 10 a 600 min. Esse tratamento térmico é utilizado para produzir NCs emissores de luz e também para eliminar parte dos danos da implantação. Posteriormente as amostras passam por um processo de passivação sob atmosfera de H2 (5%) e N2 em alta pureza (99,98%) por 1 hora a 475°C.As medidas de PL foram realizadas em RT com laser de 488nm (2,54eV) e densidade de potência de 20 mW/cm^2. O espectrômetro possui caminho óptico de 0,3m e um detector capaz de varrer a faixa de 400-1080nm. Todos os espectros foram obtidos sob o mesmo padrão de aquisição e ajustados por procedimento de correção Gaussiana. Resultados e Discussão: As análises experimentais dos NC de Si implantados em matrizes de SiO2 são baseadas no fluxo de implantação, temperatura e tempo de recozimento. No entanto, todos os trabalhos anteriores as implantações foram realizados em temperatura ambiente, observando-se apenas uma banda com centro em aproximadamente 708nm. A partir uma nova abordagem as implantações foram realizadas em temperaturas entre 400 e 800°C, com fluxo de 1.1017 Si/cm^2 e excitação linear de densidade de potência de 20 mW/cm^2. Antes da passivação duas bandas PL foram observadas, uma de baixa intensidade por volta de 780nm e outra intensa em 1000nm. Análises de microscopia eletrônica de transmissão das amostras implantadas a alta temperatura revelaram que o tamanho médio dos NCs foi maior em comparação as implantações realizadas em RT.O processo de passivação das amostras implantadas a alta temperatura afetou fortemente o pico em 1000nm, que teve seu centro deslocado em 150nm e sua intensidade aumentada em 20x. Já o pico de menor intensidade, em 780nm, foi pouco afetado, não ocorrendo deslocamento e um aumento de intensidade em 2x. Conclusões: O processo de recozimento das amostras em altas temperaturas deixou evidente uma melhora da qualidade da interface entre os NC e a matriz de SiO2. Através de análise por microscopia foi possível observar variações do tamanho dos NC em relação às amostras não recozidas, o que causou forte mudança na PL. Já o tratamento de passivação não altera a distribuição dos NC de Si, mas corrige pequenos defeitos estruturais e transforma uma quantidade considerável de sítios não radioativos em ativos, o que fica evidente devido ao aumento da intensidade da banda PL localizada em 1000nm. Os dois métodos citados foram eficientes na intensificação da PL, porém o tratamento de passivação determinou melhores resultados, devido à baixa densidade de defeitos na estrutura do NC. Orgão de Fomento: FAPERGS

Palavras-chave


Fotoluminescescia, Implantação Iônica, Nanocristais de silício

Apontamentos

  • Não há apontamentos.