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

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.

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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.

Referencias

[1] Aceves M., Falcony C., Reynoso A., Calleja W. and Torres A., Solid Electronics, 39, 637 (1996).         [ Links ]

[2] DiMaria D. J., Kirtley J. R., Pakulis E. J., Dong D. W., Kuan T. S., et al., J. Appl. Phys., 56, 401 (1984).         [ Links ]

[3] Ay F. and Aydinly A., Elsevier optical material, 26, 33, (2004).         [ Links ]

[4] Luna J. A., Aceves M., Malik O., Pedraza J. and Falcony C., Proc. ICO20, 20^th Congress of the International Commission for Optics, Changchun, China, 6029, (2005).         [ Links ]

[5] Canham L. T., Journal Appl. Phys. Lett., 57, 1046 (1990).         [ Links ]

[6] Benmessaoud A. Tesis doctoral, Universidad Autónoma de Barcelona, España, (2001).         [ Links ]

[7]. Fukuda Y., Zhou W., Furuya K., and Susuki H. Journal of the Electrochemical Society, 146, 2697 (1999).         [ Links ]

[8] Luna J. A., Morales A., Aceves M., Yu Z. and Dominguez C., J. Vac. Sci. Technol. A, 27, 57 (2009).         [ Links ]

[9] Pai P.G., Chao S.S. and Takagi Y., J. Vac. Sci. Technol A. 4, 689, (1986).         [ Links ]

[10] Jambois O, Rinnert H, Devaux X and Vergnat M, J. Appl.Phys. 100, 123504, (2006).         [ Links ]

[11] Garrido B., López M., García C., Pérez A., and Morante J. R., J. Appl. Phys. 91, 798 (2002).         [ Links ]

[12] Ma L.B., Ji A.L., Liu C., Wang Y.Q., and Cao Z.X., J. Vac. Sci. Techno B. 22, 2654, (2004).         [ Links ]

[13] Iacona F., Franzo G. and Spinella C., J. Applied Phys. 87, 1295, (2000).         [ Links ]

[14] Jambois O., Rinnert H., Devaux X. and Vergnat M., J. Appl. Phys. 98, 046105-1 (2005).         [ Links ]

[15] Song H. Z., Bao M. X., Li N. S. and Zhang J. Y., J. Appl. Phys. 82, 4028 (1997).         [ Links ]

[16] Delerue C., Allan G., and Lannoo M., Phys. Rev. B. 48, 11024 (1993).         [ Links ]

[17] Gong-Ru Lin, Chun-Jung Lin and Chi-Kuan Lin. J. Appl. Phys. 97, 094306, (2005).         [ Links ]

[18] Yu Z., Aceves M., Luna A., Jinhui D. and Dongcai B., Nanotechnology. 17, 4962 (2006).         [ Links ]

[19] Bairle R. J., Caldas M. J., Molinari E. and Ossicini S., Solid State Communications, 102, 545 (1997).         [ Links ]

[20] Inokuma T., Kurata Y. and Hasewaga S., Journal of Electroluminescence, 80, 247 (1999).         [ Links ]

[21] Pankove J. I., Optical Processes in Semiconductors, Dover New York, (1975).         [ Links ]

[22] Pankove, J.I., Optical Processes in Semiconductors; Prentice Hall, Englewood, (1971).         [ Links ]

[23] Gordillo F., Mendoza J.G and Zelaya A., Revista Colombiana de Física, 38, 129 (2006).         [ Links ]

[24] Wang L., Han K., Tao M., J. Electrochem. Soc. 154, D91 (2007).         [ Links ]

[25] Kiebach R, Luna J. A., Aceves M. and Willibrordus J., J. Mex. Chem. Soc. 52, 215 (2008).         [ Links ]

Nota