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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2009.tde-20072009-155431
Documento
Autor
Nome completo
Márcia Ribeiro
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2009
Orientador
Banca examinadora
Pereyra, Inés (Presidente)
Diniz, José Alexandre
Galeazzo, Elisabete
Silva, Euzi Conceição Fernandes da
Silva, Maria Lucia Pereira da
Título em português
Estudo das propriedades estruturais e ópticas em materiais nanoestruturados a base de silício.
Palavras-chave em português
Filmes finos
Fotoluminescência
Silício
Resumo em português
Esta tese de doutorado tem por objetivo aprofundar as pesquisas realizadas no mestrado, a saber, da caracterização e estudo das propriedades estruturais e ópticas de filmes de oxinitreto de silício (SiOxNy:H) ricos em silício depositados pela técnica de deposição química a vapor assistida por plasma a baixa temperatura (PECVD). Os resultados obtidos no mestrado indicaram que os filmes de SiOxNy:H ricos em silício apresentam emissão luminescente na faixa do visível cuja intensidade e freqüência de emissão estão em correlação com o excesso de silício. Os resultados sugeriram que o excesso de silício na matriz do SiOxNy:H estava disposto na forma de aglomerados de silício de dimensões nanométricas responsáveis por efeitos de tamanho quântico bem como a estados radiativos na interface dos aglomerados com a matriz isolante. Neste trabalho a fim de avaliar o efeito da separação de fases, do tamanho quântico, e da interface, foram produzidos sistemas nanoestruturados a base de silício com total e parcial separação de fases para caracterizar e analisar suas propriedades ópticas e estruturais e compará-las com as dos filmes ricos em silício. Assim foram produzidas multicamadas de a-Si:H de poucos nanômetros de espessura com materiais dielétricos. Em algumas destas multicamadas foi promovida a mistura parcial das camadas por meio de bombardeamento iônico. O estudo nas estruturas de multicamadas permitiu caracterizar e analisar as propriedades estruturais e ópticas de materiais nanoestruturados com total e parcial separação de fases para posteriormente contrastá-los com as características dos filmes de oxinitreto de silício ricos em silício. A fim de analisar a influência da interface nas propriedades ópticas destes sistemas as multicamadas foram fabricadas com dois dielétricos diferentes: o óxido de silício e o ni treto de silício. A espessura das camadas dielétricas foi mantida fixa entanto que a das camadas de silício foi variada para avaliar efeitos de confinamento no silício. A caracterização foi feita utilizando técnicas de absorção óptica no UV-Vis, absorção no infravermelho (FTIR), espectroscopia Raman, fotoluminescência (PL), espectroscopia de absorção de raios X próximos 7 à borda do silício (XANES), e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM). Da análise dos resultados concluiu-se que o confinamento é fundamental para a existência da emissão luminescente embora o tipo de interface influencie a energia e a intensidade da emissão. A análise comparativa com as multicamadas permitiu verificar que os filmes de oxinitreto de silício ricos em silício apresentam, separação parcial de fases já como depositados, os tratamentos térmicos promovem a segregação do silício aumentando conseqüentemente a separação de fases.
Título em inglês
Study of structural and optical properties in nanostructured silicon based films.
Palavras-chave em inglês
Luminescent emission
Quantum confinement effect
Silicon based multilayers
Silicon based films
Resumo em inglês
The aim of this doctorate thesis is to enhance the knowledge in the research conducted along the Master degree based on the characterization and study of the structural and luminescent properties of silicon rich silicon oxynitride films (SiOxNy:H) deposited at low temperature by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD). The results of this study indicated that silicon rich SiOxNy:H films present luminescence in the visible spectra range with intensity and frequency in correlation with the silicon excess. The results suggested that the silicon excess in the SiOxNy:H matrix is confined in nanometric silicon clusters responsible for the to quantum size effects as well as for radiactive states at the interface of the silicon clusters with the insulating matrix. In the present work in order to evaluate the effect of phase separation, quantum size and interface effects si licon based nanostructured systems presenting total and partial phase separation were produced and their structural and optical properties were characterized in order to correlate them with the silicon rich films ones. In this way multilayers with few nanometers thick a-Si layers with dielectric materials were produced. The mixture of the layers was promoted by ion bombardment in some of these multilayers. The study of these structures permitted the characterization of structural and optical properties of materials with total and partial phase separation with the purpose of comparing them to the silicon-rich silicon oxynitride films characteristics. In order to analyze the interface influence in the optical properties, multilayers systems with two different dielectric materials, silicon oxide and silicon nitride, were fabricated. The dielectric layer thickness was kept constant while the silicon layer was varied in order to study the confinement effect. The characterization was done utilizing UV-Vis optical absorption, infrared absorption (FTIR), Raman spectroscopy, Photoluminescence (PL), X-ray absorption near edge spectroscopy (XANES) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) techniques. From the results analysis it was concluded that confinement is essent ial for the existence of luminescent 9 emission although the type of interface also influences the energy and intensity of the emission. The comparative analysis with the multilayers permitted to verify that the silicon-rich silicon oxynitride films present, as deposited, partial phase separation and that the thermal treatments promotes silicon aggregation thus increasing the phase separation.
 
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tese.pdf (3.38 Mbytes)
Data de Publicação
2009-08-17
 
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