Propriedades ópticas De Nanocristais De Ge Produzidos Por Implantação Iônica

Sergio Frederico Pires Dias, Eduardo Ceretta Moreira

Resumo


Introdução: O avanço da microeletrônica tem gerado grande interesse de pesquisa em torno das propriedades ópticas de materiais baseados em silício. Essas iniciativas estão voltadas principalmente para produção de nanocristais de silício e germânio. Dentre os meios utilizados podemos citar: sputtering, deposição química a vapor e em particular a técnica de implantação iônica, a qual tem se mostrado um meio confiável para a produção de nanocristais, oferecendo um preciso controle de quantidade e profundidade dos íons a serem implantados. Focando o estudo na produção e caracterização de nanocristais de germânio buscou-se determinar fatores como intensidade de fotoluminescência, sua relação com a dosagem utilizada e temperatura de tratamento pós implantação. Material e Métodos: Nos experimentos foram implantados íons de germânio em uma matriz de SiO2 com 320 nm de espessura, depositada sobre um substrato de silício. As temperaturas de implantação variaram de 20 a 600ºC, diferente do processo usual que é feito em temperatura ambiente. A implantação foi feita inicialmente com dose de 1.2x10^16 Ge / cm^2 em uma profundidade de 90 nm e recozidas durante 1(uma) hora a 900ºC a fim de nuclear os nanocristais de Ge. O tratamento térmico foi realizado em diferentes atmosferas (N2 e Ar), utilizando um forno com tubo de quartzo. Após este primeiro experimento, a dose e o tempo de recozimento foram alterados para que fosse possível investigar sua influência sobre a intensidade de fotoluminescência final das amostras. A caracterização estrutural foi realizada por microscopia eletrônica de transmissão e as medições de fotoluminescência foram realizadas em temperatura ambiente, utilizando-se como uma fonte de excitação uma lâmpada de Xe monocromática em 240 nm. Resultados e Discussão: Medidas de fotoluminescência realizadas nas amostras implantadas mostraram um pico de intensidade em 390 nm sendo fortemente influenciado pela temperatura de implantação. A primeira característica interessante a ressaltar é que, seja qual for a temperatura de implantação, a intensidade na emissão de luz obtida é sempre maior que a observada em processos semelhantes realizados em temperatura ambiente. Outro ponto importante é a distribuição de germânio após a implantação a 600ºC, que não se altera significativamente quando comparada a temperatura ambiente, ocorrendo uma leve redistribuição após o aquecimento a 900ºC. Em relação ao tratamento térmico ao qual a amostra é submetida, variou-se o tempo de recozimento entre uma e três horas, aumentando a intensidade de fotoluminescência em cerca de 20%. Os resultados experimentais provaram a forte influência que a variação de temperatura de implantação, tratamento térmico e dosagem exercem sobre as propriedades fotoluminescentes das amostras. Conclusões: Comparando os resultados atuais com os relatados em referências estudadas, onde a implantação foi realizada em temperatura ambiente, foram obtidos aumentos significativos na intensidade da fotoluminescência (quase um fator três), executando a implantação iônica a 350 °C e recozimento a 900 °C. A principal razão para este comportamento foi revelada por análises de microscopia eletrônica de transmissão. Foi observado que a implantação iônica a alta temperatura induz a formação de nanocristais de germânio menores e um maior número deles, em comparação com os obtidos pela implantação em temperatura ambiente. Orgão de Fomento:

Palavras-chave


Fotoluminescência, implantação iônica, Nanoestruturas de Ge

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