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&ltx&lt2): 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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