Ingeniería de Software - Clase 6
Editorial label ECORFAN: 607-8695
BCIERMMI Control Number: 2019-243
BCIERMMI Classification (2019): 241019-243Pages: 10
RNA: 03-2010-032610115700-14
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DOI - REDIB - Mendeley - DIALNET - ROAD - ORCID
Authors: CASTILLO-TÉPOX, Nora, LUNA-LÓPEZ, José Alberto, HERNÁNDEZ-DE LA LUZ, José Álvaro David y
MONFIL-LEYVA, Karim.
Conference: Interdisciplinary Congress of Renewable Energies, Industrial Maintenance, Mechatronics
and Information Technology
BOOKLET
Title: Propiedades ópticas y estructurales de las películas de óxido de silicio rico en
silicio obtenidas por la técnica HFCVD
Holdings
INTRODUCCIÓN
SRO
El oxido de silicio rico en silicio (SRO)es un material de dos fases el cualcontiene nanocristales de silicio (nc-Si) en su microestructura atómica,tales nc-Si modifican sustancialmentelas propiedades ópticas, estructuralesy eléctricas de dicho material.
Presentan un efecto interesanteen el comportamiento de lacorriente eléctrica cuando soniluminadas, siendo lasnanopartículas de silicio y losdefectos estructurales quienesprovocan estos interesantescambios.
Tomozeiu, N. (2011). Silicon Oxide (SiOx, 0<x<2): a Challenging Material for Optoelectronics. In OptoelectronicsMaterials and Techniques. InTech.Carrier, P., Abramovici, G., Lewis, L. J., & Dharma-Wardana, M. W. C. (2001). Electronic and Optical Properties of Si/SiO 2 Superlattices from First Principles: Role of Interfaces. MRS Online Proceedings Library Archive, 677.
2
INTRODUCCIÓN
2
Regadera (flujo)
Filamentos (2000°C)
Cuarzos
Sustrato
Precursores: 𝑯𝟐O y SiO
Hidrógeno molecular (𝑯𝟐)
DFF
DFS
Hidrógeno atómico (𝑯𝟎)
Esquema 1. Proceso del depósito de películas delgadas mediante el sistema HFCVD.
PROCESO QUÍMICO
• Hidrógeno molecular
FILAMENTO INCANDESCENTE
• Disociación del H2 en H0
OBTENCIÓN DE ESPECIES REACTIVAS
• Decapado de fuente (cuarzo)
FORMACIÓN DE PRECURSORES
VOLÁTILES
• Depósito en sustrato
HFCVD
(Depósito químico en fase vapor asistido por filamento caliente)
Figura 1. Sistema HFCVD.
Luna-López, J. A., García-Salgado, G., Díaz-Becerril, T., López, J. C., Vázquez-Valerdi, D. E., Juárez-Santiesteban, H., & Coyopol, A. (2010). FTIR, AFM and PL properties of thin SiOx films depositedby HFCVD. Materials Science and Engineering: B, 174(1-3), 88-92.
METODOLOGÍA
3
Obleas de silicio tipo P/Boro[100] de 2 pulgadas de diámetrocon espesor de 254-304 µm yresistividad de 1-5 ohm/cm.
Celdas de cuarzo de 1.4milímetros de paso óptico.
Parámetros del sistema HFCVD
TD FH DFF DFS
3 min 10 sccm 6 mm 3, 4, 5, 6 mm
Figura 2. Reactor HFCVD.
METODOLOGÍA
4
Películas de SRO con un flujo de hidrógeno de 10 sccm y diferentes
distancias de fuente a sustrato.
DFS 3 mm 4 mm 5 mm 6 mm
Sin TT A3 A4 A5 A6
Con TT A3’ A4’ A5’ A6’
A la mitad de cada muestra se le aplicó un tratamiento térmico
(TT) por 1 hora a 1000°C, esto se hizo con el objetivo de analizar
las propiedades de las películas de SRO sin y con TT.
Tabla 1. Películas obtenidas de SRO por la técnica HFCVD
CARACTERIZACIÓN REALIZADASA LAS PELÍCULAS SRO
Perfilometría
Espectroscopía infrarroja por transformadas de Fourier(FTIR)
Espectrocopía UV-Vis
Fotoluminiscencia (FL)
5
RESULTADOS
6
• ESPESOR
A3/A3' A4/A4' A5/A5' A6/A6'0
100
200
300
400
500
600
Es
pe
so
r (n
m)
DFS (mm)
SRO sin TT
SRO con TT
Gráfica 1. Espesores de las películas de SRO,
con flujo de hidrógeno de 10 sccm.
• BANDAS DE ABSORCIÓN
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
(812)
(882)
A3 A4 A5 A6
A3' A4' A5' A6'
Número de onda (cm-1
)
Ab
so
rban
cia
(u
.a.) (460)
(1086)
Gráfica 2. Espectros de FTIR de las películas de
SRO sin y con TT.
Luna-López, J. A., García-Salgado, G., Díaz-Becerril, T., López, J. C., Vázquez-Valerdi, D. E., Juárez-Santiesteban, & Coyopol, A. (2010). FTIR, AFM and PL properties of thin SiOx films deposited by HFCVD. Materials Science and Engineering: B, 174(1-3),
RESULTADOS
7
• TRANSMITANCIA • COEFICIENTE DE ABSORCIÓN
200 300 400 500 600 700 800 9000
20
40
60
80
100
Tra
nsm
itan
cia
(%
)
Longitud de onda (nm)
A3
A4
A5
A6
A3'
A4'
A5'
A6'
Gráfica 3. Transmitancia de las películas
de SRO sin TT y con TT
300 400 500 600 700
0
2
4
6
8
10
12
(
cm
-1)
Longitud de onda (nm)
A3
A4
A5
A6
A3'
A4'
A5'
A6'
Gráfica 4. Coeficiente de absorción de las
películas de SRO sin y con TT
Eloy, J. F. (1984). Power Lasers, National School of Physics, Grenoble, France. John Wiley and Sons, 59, 18.
RESULTADOS
8
• BAND GAP
0 1 2 3 4 5 6 70
1
2
3
A3 = 3.1 eV
A3' = 3.3 eV
(h
v)1
/2 (
eV
/cm
)
Eg (eV)
Gráfica 5 Calculo de Eg de las películas de SRO sin y con TT usando el método de Tauc Plot
Muestra A3 A3’ A4 A4’ A5 A5’ A6 A6’
Eg (eV) 3.1 3.3 2.5 2.4 2.3 2.4 2.5 2.4
Tabla 2. Valores aproximados de Eg obtenidos de
las muestras de SRO
RESULTADOS
9
• FOTOLUMINISCENCIA
400 500 600 700 800 900 10000
1x105
2x105
3x105
4x105
5x105
A3
A4
A5
A6
A3'
A4'
A5'
A6'
Inte
ns
ida
d (
cp
m)
Longitud de onda (nm)
Gráfica 6 Espectros de fotoluminiscencia de las películas de SRO sin y
con TT400 500 600 700 800 900 1000
0
1x105
2x105
3x105
4x105
5x105
A3' con TT
Fit Peak 1
Fit Peak 2
Fit Peak 3
Fit Peak 4
Fit Peak 5
Cumulative Fit Peak
Inte
nsid
ad
(cp
m)
Longitud de onda (nm)
400 500 600 700 800 900 10000.0
5.0x103
1.0x104
1.5x104
2.0x104
A3 sin TT
Fit Peak 1
Fit Peak 2
Fit Peak 3
Fit Peak 4
Fit Peak 5
Cumulative Fit Peak
Inte
nsid
ad
(cp
m)
Longitud de onda (nm)
Gráfica 7. Deconvolución de los espectros de
fotoluminiscencia del SRO
Van Hapert, J. J., Vredenberg, A. M., Van Faassen, E. E., Tomozeiu, N., Arnoldbik, W. M., & Habraken, F. H. P. M.(2004). Role of spinodal decomposition in the structure of SiO x. Physical Review B, 69(24), 245202.Dinh, L. N., Chase, L. L., Balooch, M., Siekhaus, W. J., & Wooten, F. (1996). Optical properties of passivated Sinanocrystals and SiO x nanostructures. Physical Review B, 54(7), 5029
CONCLUSIONES
10
El espesor de las películas de SRO está relacionado con el decapado de las fuentes de cuarzoy es dependiente del flujo de H. El espesor disminuye con el tratamiento térmico, debido a lareestructuración atómica del material.
Los resultados de FTIR confirman que se obtuvieron películas de SRO. Las películas sin TT ycon TT presentan una diferencia en la intensidad de las bandas características, teniendomayor intensidad las películas con TT.
Las películas de menor espesor presentaron una transmitancia aproximada del 90%.
El valor estimado de Eg se ubica en el rango de 2.3 a 3.3 eV, sin marcar ninguna tendencia enlas dfs y al aplicarles el TT.
La fotoluminiscencia aumentó en una orden de magnitud con el TT, esto es atribuido a losefectos de confinamiento cuántico y a la activación de los defectos en la matriz del óxido.
Las propiedades ópticas de las películas de SRO pueden ser moduladas mediante la variaciónde la distancia entre fuente-sustrato lo que hace que ellas sean potencialmente útiles paraconstruir dispositivos optoelectrónicos.
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