Nanodots di silicio

SINTESI ECARATTERIZZAZIONE OTTICA DI NANODOTS DI SI

Gruppo di lavoro:

Agati Marta

Scandurra Simone

Scarangella AdrianaDott.ssa Maria Miritello

Università degli studi di CataniaFacoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali

Corso di laurea in Fisica

http://www.unict.it/

INDICE Introduzione all’argomento Tecniche di preparazione, apparato

sperimentale Esperimento Risultati: dati sperimentali e analisi Conclusioni

NANODOTS DI SI

• nanostruttura 0D: particelle di dimensione dell’ordine del nanometro.

Si bulk• Semiconduttore a gap indiretta• Band Gap ~ 1,1 eV• Bassa probabilità di ricombinazione

radiativa• Ricombinazione SHR

Nanodots di Si• confinamento quantico assorbimento/luminescenza

proprietà ottiche non lineari

aumento della Band Gap

Per un dato materiale e una T(°K) fissata, l’ampiezza della band gap aumenta al diminuire delle dimensioni della struttura.

Confinamento quanticoNANODOTS DI SI

• Optoelettronica• Fotovoltaico

• Applicazioni Biomediche• Sensori• Informatica• Materiali innovativi

Collo di Bottiglia delle interconnessioni.

Applicazioni

NANODOTS DI SI

NANODOTS DI SI

1. Deposizione di uno strato di SiOx su Si mediante magnetron sputtering.

2. Annealing (formazione di cluster di Si).

3. Caratterizzazione ottica dei nanodots di Si.

La nostra esperienza

1. DEPOSIZIONE DI UNO STRATO DI SIOX PER SPUTTERING

Tecnica da noi usata

Deposizione per Sputtering:Deposizione di un film tramiteErosione di un target.

Vantaggi rispetto alle altre tecniche:• maggiore pulizia del film (UHV)• maggiore versatilità della tecnica• possibilità di formazione di film di

composti.• deposizione di film uniformi.

MAGNETRON SPUTTERING:Sputtering che sfrutta la presenza di un campo magnetico applicato al target • aumento del rate di ionizzazione• aumento della densità di corrente• aumento del rate di deposizione• diminuzione della pressione

Tecniche di deposizione

1. DEPOSIZIONE DI UNO STRATO DI SIOX PER SPUTTERING

• Temperatura Camera 500°C• Temperatura Substrato 400°C• Potenza al target di SiO2 500

W• Pressione del plasma di Argon

5 exp-3• Tempo di deposizione 1h 3min• RPM 15 giri/min

Percentuale di Si depositato

35%

38%

42%

2. ANNEALING (CLUSTERIZZAZIONE NANODOTS DI SI)

Con riscaldamenti del SiOx a temperature superiori di 1000°C, il Si in eccesso diffonde e nuclea, creando nanodots.

Il raggio aumenta all’aumentare della temp di annealing, a % di Si fissa.

Il raggio aumenta all’aumentare della % di Si, a temp di annealing fissa.

2. ANNEALING (CLUSTERIZZAZIONE NANODOTS DI SI)

Temperature del forno• 1000°C• 1050°C• 1100°C(rampe di 10°C/min)

Tempo di riscaldamento: 1h.

Pressione camera iniziale:6 x 10-3 mbar.

Flusso costante di N2 : 2.5 sccm

3. CARATTERIZZAZIONE OTTICA

Laser ad Argon:• λ= 488 nm• Potenza= 10 mW

Monocromatore (3 reticoli di diffrazione)Rivelatore:

• InGaAs• Range di funzionamento: 400/1200

nm.• Massima efficienza: 800/1200nm

• Possibile uso di filtri.

Cristallo acustico-ottico: impulso quadro

di 55 Hz

ANALISI DATI SPERIMENTALIΛ AL VARIARE DI T(°C)

38% Si

42% Si

35% Si

1000°C 1050°C 1100°C

35% Si

773±1 786±1 785±1

38% Si

787±1 794±1 796±1

42% Si

840±1 832±1 831±1

λ [nm]

600 700 800 900 1000 1100 1200

0,00

0,01

0,02

0,03

I(p

l) [u

.a.]

lenght [nm]

T= 1000°C 35% 38% 42%

600 700 800 900 1000 1100 1200-0,01

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

I(p

l) [u

.a.]

lenght [nm]

T=1050°C 35% 38% 42%

600 700 800 900 1000 1100 1200-0,02

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

I(p

l) [u

.a.]

lenght [nm]

T=1100°C 35% 38% 42% 35% Si 38% Si 42% Si

1000°C

773±1 787±1 840±1

1050°C

786±1 794±1 832±1

1100°C

785±1 796±1 831±1

λ [nm]

ANALISI DATI SPERIMENTALIΛ AL VARIARE DI %SI

TEMPI DI VITA MEDIA Τ

β= 0,563±0,003τexp stretch= 6,19±0,05μsτexp sempl= 7,4±0,1μs

τexp sempl= 39,1±0,2μs τexp stretch= 35,22±0,09μs

β= 0,707±0,002

35% di Si

T=1000°C T=1050°C

T=1100°C


β= 0,697±0,003τexp sempl= 8,3±0,2μs τexp stretch= 7,0±0,2μs

β= 0,59±0,02


β= 0,729±0,004

38% di Si

T=1000°CT=1050°C

T=1100°C

τexp sempl= 21,2±0,2μs τexp stretch= 18,85±0,09μsβ= 0,677±0,002

ANALISI DATI SPERIMENTALI Τ AL VARIARE DI T(°C)



τexp stretch= 28,72±0,10μsτexp sempl= 33,0±0,3μs

β= 0,653±0,002

42% di Si

T=1000°C T=1050°C

T=1100°C

T=1050°C

35% Si 38% Si

42% Si




T=1000°C

35% Si 38% Si

42% Si

τexp stretch= 6,19±0,05μsτexp sempl= 7,4±0,1μsβ= 0,563±0,003

τexp stretch= 7,0±0,2μsτexp sempl= 8,3±0,2μsβ= 0,59±0,02

β= 0,622±0,003τexp sempl= 15,2±0,2μs τexp stretch= 13,22±0,082μs

ANALISI DATI SPERIMENTALI Τ AL VARIARE DI %SIT=1100°C

35% Si 38% Si

42% Si




CONCLUSIONI

Studio delle proprietà ottiche di nanodots di Si : Al variare della % Si a T costante:

* la lunghezza d’onda del picco aumenta all’aumentare della %Si poiché aumenta la dimensione dei nanodots;

*l’intensità PL non segue alcun ordine Al variare della T costante a % Si costante:*spostamento disordinato delle lunghezze d’onde dei picchi al variare di T;*aumento dell’intensità PL all’aumentare della temperatura di annealing

Vite medie:τ aumenta sensibilmente all’aumentare della temperatura fissata % Siβ aumenta al crescere di T, fissata %Si ( 1000 °C -> 0.5 ; 1050 °C -> 0.6; 1100 °C -> 0.7)all’aumentare di T la distribuzione in taglia dei nanodots è più omogenea e diminuisce la loro interazione

BIBLIOGRAFIA

M. Miritello, Sintesi e caratterizzazione di nanodots di Silicio (2011)

P. C. Zalm, Quantitative Sputtering, Cap. 6 of Handbook of ion beam processing technology, ed. Cuomo et al. (1989)

Grazie

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