Correlation between optical and electrical properties of materials containing nanoparticles

• Autores: Alfredo Morales Sánchez
• Directores de la Tesis: M. Aceves Mijares (dir. tes.), Carlos Dominguez Horna (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2008
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Serra Mestres (presid.), Luis Fonseca Chacharo (secret.), Albert Figueras (voc.), Núria Barniol i Beumala (voc.), Ignacio Garcés Gregorio (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Óptica
      • Propiedades ópticas de los sólidos
    • Física del estado sólido
      • Propiedades ópticas
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
      • Dispositivos semiconductores
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD 
• Resumen

  • 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.