Propiedades ópticas, de composición y morfológicas de películas delgadas de SiO_x depositadas por HFCVD

 

Vázquez-Valerdi D. E., Luna-López J. A., García-Salgado G., Carrillo-López J. Díaz-Becerril T., Rosendo E., Juárez-Santiesteban H.

 

CIDS-ICUAP, BUAP Ed. 136 D, Col. San Manuel. C.P. 72570, Puebla, Pue. México. dianeli1@hotmail.com

 

Recibido: 20 de diciembre de 2010;
Aceptado: 2 de mayo de 2011

 

Resumen

En el presente trabajo se estudian las propiedades morfológicas, de composición y ópticas de películas de óxido de silicio fuera de estequiometría (SiO_x) mediante Microscopía de Fuerza Atómica (AFM), Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR), Fotoluminiscencia (FL), Transmitancia UV-Vis y Elipsometría nula. Dichas películas se obtuvieron mediante la técnica de depósito químico en fase vapor activado por un filamento caliente (HFCVD) en un rango de temperaturas de 750 a 1005 °C.

Los espectros de FL de las películas de SiO_x depositadas sobre cuarzo a 813, 873 y 950 °C presentan corrimientos entre 650 nm y 712 nm, conforme la temperatura de substrato (T_s) se incrementa. De estos resultados se propone que la FL es originada por efectos de confinamiento cuántico en nanocristales de silicio (nc-Si) embebidos en la matriz del óxido de silicio, ya que estos nc-Si disminuyen su tamaño conforme se reduce la T_s y producen un corrimiento hacia mayores energías en los espectros de FL.

Mediante el estudio de los espectros de transmitancia se obtuvo la brecha de energía prohibida (E_g) y, a través del modelo de masa efectiva de confinamiento cuántico, se determinó el tamaño promedio de nc-Si, el cual oscila entre 3.5 y 2.2 nm. También se observan efectos relacionados con defectos en el comportamiento de los espectros de FL de las películas depositadas sobre cuarzo y silicio.

Palabras clave: SiO_x; AFM; FTIR; PL; Si-nc.

 

Abstract

In this work, the morphological, compositional and optical properties of SiO_x films are studied using Atomic Force Microscopy (AFM), Fourier Transformed Infrared spectroscopy (FTIR), Photoluminescence (PL), UV-Vis Transmittance and null Ellipsometry. These films were obtained by the Hot Filament Chemical Vapor Deposition (HFCVD) technique in a range of temperatures from 750 to 1005 °C.

The PL spectra of the SiO_x films deposited on quartz to 813, 873 and 950 °C show a shift within 650 nm and 712 nm as the substrate temperature (T_s) is increased. From these results it is proposed that the PL is originated from quantum confinement effects in silicon nanocrystals (Si-nc) embedded in the silicon oxide matrix, since the Si-nc decreased in size as T_s is reduced and produce a blueshift in the PL spectra.

Transmittance spectra were obtained; with the analyses of these spectra, the energy gap (E_g) was obtained. Quantum confinement effective mass model was used to obtain the average size of the Si-nc, which is found between 3.51 and 2.22 nm. Also, different defects of the films deposited on quartz and silicon substrate have relation with the behaviour of the observed PL spectra.

Keywords: SiO_x; AFM; FTIR; PL; Si-nc.

 

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Agradecimientos

Agradecemos al personal del laboratorio de microelectrónica del INAOE por las facilidades para llevar a cabo las mediciones en Fotoluminiscencia, FTIR y Elipsometría Nula así como a los compañeros del CIDS-ICUAP por su ayuda en las mediciones en AFM y UV-Vis. Al CONACyT, al PROMED y al proyecto VIEP-BUAP-2010 por el apoyo económico proporcionado mediante proyectos.

 

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Nota

The Editors thank to the Physics Department of the Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN for the support in the publication of this issue, and the cooperation of M en C. Alejandra Garclía Sotelo and Eng. Erasmo Gómez.