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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2007.tde-09012008-145807
Documento
Autor
Nome completo
Denise Criado Pereira de Souza
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2007
Orientador
Banca examinadora
Pereyra, Inés (Presidente)
Diniz, José Alexandre
Dirani, Ely Antonio Tadeu
Mansano, Ronaldo Domingues
Prado, Rogério Junqueira
Título em português
Estudo da morfologia e estrutura de filmes de oxinitreto de silício (SiOxNy) obtidos pela técnica de PECVD.
Palavras-chave em português
Dielétricos (propriedades)
Dispositivos eletrônicos
Estrutura dos materiais
Óptica eletrônica
Semicondutores amorfos e vítreos
Silício
Resumo em português
Neste trabalho são apresentados resultados da caracterização estrutural e morfológica de filmes de oxinitreto de silício (SiOxNy) depositados pela técnica de deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD) a baixa temperatura (320°C). O objetivo deste trabalho é relacionar a composição química de ligas amorfas de SiOxNy com suas propriedades ópticas, estruturais, morfológicas e mecânicas visando sua aplicação em dispositivos elétricos, optoeletrônica e microestruturas. A proposta é dar continuidade a trabalhos prévios desenvolvidos no grupo, que demonstraram a viabilidade de controlar a composição química e, como conseqüência, controlar as propriedades como o índice de refração, constante dielétrica e fotoluminescência de filmes de SiOxNy. As condições de deposição foram ajustadas de forma a obter dois tipos de material: filmes de SiOxNy de composição química controlável entre a do SiO2 e a do de Si3N4 e filmes de SiOxNy com composição rica em Si. O material foi caracterizado pelas técnicas de elipsometria, índice de refração por prisma acoplado, RBS (Rutherford Backscattering Spectroscopy), FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), XANES (X-Ray Absorption Near Edge Spectroscopy) na borda K do Si, O e N, medida de stress residual e microscopia eletrônica de varredura (Scanning Electron Microscopy) e de transmissão (Transmission Electron Microscopy). Os resultados mostraram que os filmes com composição química intermediária entre a do SiO2 e a do Si3N4 apresentam arranjo estrutural estável com a temperatura, mantendo as ligações e a estrutura amorfa mesmo após tratamentos térmicos a 1000°C. Também fora demonstrada a possibilidade de obter um material com baixo stress residual e índice de refração ajustável entre 1,46 e 2, resultados ótimos para aplicações em MOEMS (micro-opto-electro- mechanical systems). Já nas amostras ricas em Si foi observada a formação de diferentes fases, sendo uma delas formada por aglomerados de Si e a outra por material constituído por uma mistura de ligações Si-O e Si-N. Este material apresenta a formação de nanocristais de Si, dependendo do conteúdo de Si e das condições do tratamento térmico, permitindo assim, sua aplicação em dispositivos emissores de luz.
Título em inglês
Morphological and structural studies of silicon oxynitride films (SiOxNy) obtained by PECVD technique.
Palavras-chave em inglês
Amorphous semiconductors
Dielectrics
Materials structure
Opto electronic
PECVD
Silicon
Silicon nitride
Silicon oxide
Silicon oxynitride
Resumo em inglês
In this work results on the morphological and structural characterization of silicon oxynitride (SiOxNy) films deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition technique (PECVD) at low temperature (320°C) are presented. The main goal is to correlate the chemical composition of amorphous SiOxNy alloys to their optical, structural, morphological and mechanical properties intending applications on electrical, optoelectronic and micromechanical devices. The proposal is to continue previous research developed in this group, which demonstrated the possibility of tuning the chemical composition and, consequently, the SiOxNy films properties such as refractive index, dielectric constant and photoluminescence by the precise control of the deposition parameters. The deposition conditions were adjusted in order to obtain to material types, SiOxNy films with tunable chemical composition between SiO2 and Si3N4 and silicon-rich SiOxNy. The characterization was performed by elipsometry, refractive index by coupled prism, RBS (Rutherford Backscattering Spectroscopy), FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), XANES (X-Ray Absorption Near Edge Spectroscopy) on K edge of Si, O and N, residual stress measurement and Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). The films with chemical composition between SiO2 and Si3N4 presented stable structural arrangement with temperature, maintaining the chemical bonds and the amorphous structure after high temperature annealing. Also the results demonstrated the possibility of producing a low residual stress material and an adjustable refractive index since in the 1.46 to 2 range, excellent result for MOEMS devices (micro-opto-electro- mechanical systems applications. For silicon rich-samples the formation of different phases was observed, one formed by Si clusters and other one by a mixture of Si-O and Si-N bonds. Depending on the Si content and on the annealing conditions this material can present nanocristals, results which allowed us to understand and to optimize this material for light emitting devices applications.
 
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Data de Publicação
2008-02-29
 
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  • SOUZA, D. C. P., et al. Local bonding in PECVD-SiOxNy films [doi:10.1016/j.jnoncrysol.2005.11.112]. Journal of Non-Crystalline Solids [online], 2006, vol. 352, p. 1298-1302.
  • SOUZA, D. C. P., et al. Study of the mechanical and structural properties of silicon oxynitride films for optical applications [doi:10.1016/j.jnoncrysol.2006.03.012]. Journal of Non-Crystalline Solids [online], 2006, vol. 352, p. 2319-2323.
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