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Correlation between optical and electrical properties of materials containing nanoparticles / Alfredo Morales Sánchez ; director: Carlos Domínguez Horna ; co-director: Mariano Aceves Mijares ; tutor: Javier Rodríguez Viejo
Morales Sánchez, Alfredo
Domínguez Horna, Carlos, dir. (Centro Nacional de Microelectrónica)
Aceves Mijares, Mariano, dir. (Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica)

Publicació: Bellaterra : Universitat Autònoma de Barcelona, 2009
Resum: En esta tesis, capas de óxido de silicio rico en silicio [SRO, (SiOx, x<2)] con diferentes excesos de silicio fueron depositadas por medio de la técnica de depósito químico en fase vapor a baja presión (LPCVD). Un segundo conjunto de muestras de SRO implantadas con silicio (SI-SRO) adicional fueron también fabricadas. Nanopartículas de silicio (Si-nps) en estas capas fueron creadas después de someter a las muestras a un tratamiento térmico en alta temperatura (1100 y 1250º C). La composición, microestructura y propiedades ópticas de estas capas de SRO y SI-SRO fueron analizadas en función de los diferentes parámetros tecnológicos, tales como exceso de silicio, implantación de silicio, así como de la temperatura de tratamiento térmico. Una vez conocido la microestructura, composición y propiedades ópticas de estos materiales, capas de SRO que exhibieron la mejor propiedad fotoluminiscente (FL más intensa) fueron escogidas para analizar sus propiedades eléctricas y electro-ópticas; estructuras Metal-Óxido-Semiconductor (MOS) fueron fabricadas usando las capas de SRO como material dieléctrico para tales estudios. Capas de SRO con exceso de silicio de ~4. 0 and ~2. 2 at. % y grosores de entre 24 y 80 nm fueron depositadas. El mecanismo de conducción en estas películas es analizado haciendo uso de modelos como tuneleo asistido por trampas (TAT) y tuneleo Fowler-Nordheim (FN) en bajos y altos campos eléctricos, respectivamente. Las mediciones eléctricas mostraron importantes resultados tales como una reducción en la capacitancia y corriente durante el barrido de voltaje o después de estresar eléctricamente los dispositivos. Dichos efectos son relacionados con la aniquilación de caminos conductivos que son creados por nanoclusters de silicio (Si-cls) que se encuentran dispersados dentro de la película de SRO. Además de lo anterior, algunos dispositivos exhibieron fluctuaciones en la corriente en la forma de picos y un comportamiento de escalera muy claro a temperatura ambiente. Dichos efectos son relacionados con los llamados efectos de bloqueo Coulómbico (CB) que se presentan en las nanopartículas de silicio que se encuentran dentro de las capas de SRO. A partir del ancho de cada escalón se pudo estimar el tamaño (cerca de 1 nm) de las nanopartículas. Estudios de luminiscencia de efecto de campo en las capas de SRO son estudiados por excitar los dispositivos con pulsos de voltaje. Además de la electroluminiscencia (EL) pulsada, es mostrado que estos dispositivos también muestran EL en voltaje continuo, donde la emisión es observada como múltiples puntos brillantes de varios colores sobre la superficie de los dispositivos cuando estos son polarizados en inversa. El espectro de emisión en dichos dispositivos es amplio y va desde 400 hasta 900 nm. Finalmente, una correlación entre las propiedades microestructurales, eléctricas y luminiscentes (FL y EL) es analizada y discutida.
Resum: In this thesis, silicon rich oxide [SRO, (SiOx, x<2)] films with different silicon excesses were deposited by low pressure chemical vapor deposition (LPVCD). Besides, Si implanted SRO (SI-SRO) films were also fabricated. Si-nps in these films were created after a thermal annealing at high temperature (1100 and 1250º C). The composition, microstructure and optical properties of these SRO and SI-SRO films were analyzed as a function of the different technological parameters, such as silicon excess, Si ion implantation dose, and thermal annealing temperature. Once the microstructure, composition as well as the optical properties of these materials is known, SRO films which exhibited the best photoluminescent (strongest PL) properties were chosen in order to analyze their electrical and electro-optical properties. Simple Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) structures using the SRO films as the dielectric layer were fabricated for these studies. SRO films with Si-excess of ~4. 0 and ~2. 2 at. % and thickness ranging from 24 to 80 nm were deposited. The conduction mechanism in these films is analyzed by making use of trap assisted tunnelling (TAT) in low electric field as well as Fowler-Nordheim (FN) tunnelling in high electric fields. The electrical measurements exhibited important results, such as a reduction in capacitance and current during the sweep or after applying a constant bias. These effects are ascribed to the annihilation of conduction paths created by silicon clusters (Si-cls) inside the SRO films. A part from that, some devices exhibited current fluctuations in the form of spike-like peaks and a clear staircase at room temperature. These effects were related to Coulomb blockade (CB) effects in the silicon nanoparticles embedded in the SRO films. And from the current plateaus, the size of the Si-nps (about 1 nm) was calculated. Field effect luminescence of these SRO films was studied by alternating negative (positive) to positive (negative) voltages (pulsed excitation). Moreover, it is demonstrated that these SRO films show EL emission in continuous current voltage, observed at naked eye. Multiple shining spots of several colours are seen on the MOS-like structure surface when reversely biased. These devices display a broad electroluminescent emission spectrum which goes from 400 nm up to 900 nm. Finally, a correlation between the structural, electrical and luminescent (PL and EL) properties is discussed.
Nota: Bibliografia
Nota: Tesi doctoral - Universitat Autònoma de Barcelona. Facultat de Ciències, Departament de Física, 2008
Nota: Consultable des del TDX
Nota: Títol obtingut de la portada digitalitzada
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Llengua: Castellà.
Document: Tesis i dissertacions electròniques ; doctoralThesis
Matèria: Silici ; Deposició química en fase vapor ; Pel·lícules fines ; Propietats elèctriques ; Propietats òptiques ; Nanopartícules
ISBN: 9788469199831

Adreça alternativa:: http://hdl.handle.net/10803/3409


140 p, 3.8 MB

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Documents de recerca > Tesis doctorals

 Registre creat el 2010-04-21, darrera modificació el 2016-04-15



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