Influência da implantação de íons de argônio por IIIP na formação do silício poroso

• Ano de defesa: 2011
• Autor(a) principal: Eduardo Cezar Barbosa de Barros Aragão
• Orientador(a): Mario Ueda
• Banca de defesa: Rogério de Moraes Oliveira, Argemiro Soares da Silva Sobrinho
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores
• País: BR
• Resumo em Inglês: Silicon is the dominant material in microelectronics due to the convenience of its electrical properties, but its gap properties associated with photo-emission, which is very low, make difficult its application in opto-electronic devices, such as: leds, lasers, displays and other devices. This situation changed in 1990, when Canham discovered a silicon based material with intense photoluminescence emission, and since then the porous silicon has been extensively studied, both theoretical and experimentally, with the purpose of its inclusion in opto-electronic devices. In this work, the technique of ion implantation by plasma immersion is used to bombard the silicon with argon ions and study its influence on the formation of porous silicon. This study used n-type silicon wafers, with resistivity between 1 and 20 $\Omega$cm. The porous silicon samples were obtained by anodizing in a solution composed of HF (48\%), ethanol (95\%) and DI H$_2$O in the ratio (1:1:2)\% in volume. The implantations were carried out in 15, 30 and 60 minutes, before this the samples were subjected to the anodizing process, with current densities of 2.8, 5.6 and 11.3 mAcm$^-2$ for 30, 60 and 90 minutes. The SEM images of top and cut section showed significant differences in the morphology of the samples depending on the time of deployment, such as reduction of pores with the increase in deployment time, beyond the induction phase of a sponge like substandard columns in anodizations of 11.3 mAcm$^-2$ with 30 minutes of implantation. The photoluminescence results point to changes in the nanoparticles present in the porous matrix. Redshfit was observed, and changed the symmetry of the charts in several sets of sample. However a blueshift was observed only in one of the conditions of anodizing, 5.8 mAcm$^-2$ for 30 minutes. The results of Raman spectroscopy showed evidence of the influence of 3IP process in the formation of larger nanoparticles into the porous matrix, but could not lead to conclusive results about the size of the particles and their distribution.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2011/07.12.12.48

O silício é o material dominante na área de microeletrônica devido à conveniência de suas propriedades elétricas, mas em detrimento da natureza de sua estrutura eletrônica suas propriedades associadas a foto-emissão são de rendimento muito baixo, fato que descarta sua aplicação em dispositivos optoeletrônicos, como: leds, lasers, displays, e diversos outros. Mas em 1990 Canham descobriu um material a base de silício que apresentava intensa fotoluminescência, o qual devido as suas características morfológicas chamou de ´´Porous silicon''(Silício poroso). Desde então o silício poroso vem sendo exaustivamente estudado, tanto do ponto de vista teórico quanto experimental a fim de aferir sobre os fenômenos físicos que o fazem tão peculiar. Nosso trabalho consistiu em usar a técnica de implantação iônica por imersão em plasma para bombardear o silício com íons de argônio e estudar sua influência na formação do silício poroso. Neste trabalho, foram utilizadas lâminas desilício do tipo n, com resistividade entre 1 e 20 $\Omega$ cm. As implantações foram realizadas em 15, 30 e 60 minutos, após isso as amostras foram submetidas ao processo de anodização, com densidades de corrente de 2,8, 5,6 e 11,3 mAcm $^-2$ , por 30, 60 e 90 minutos, em solução composta por HF (48\%), etanol (95\%) e H$_2$O DI na proporção (1:1:2) \% em volume. As imagens MEV de topo e seção de corte mostraram diferenças significativas quanto à morfologia das amostras em função do tempo de implantação, notado principalmente para a implantação de 30 minutos. Algumas das morfologias observadas neste trabalho não são encontradas na literatura atual. Foi observada também a indução de uma fase do tipo esponjosa (sponge like), abaixo do padrão colunar, nas amostras anodizadas com densidade de corrente de 11,3 mAcm$^-2$ e implantação de 30 minutos. Os resultados de fotoluminescência apontam para mudanças nas nanopartículas presentes na matriz porosa. Foi observado de um modo geral a existência de um deslocamento para energias menores (redshfit) e mudança na simetria dos gráficos em diversos conjuntos de amostra. No entanto, observamos também um deslocamento para energias maiores (blueshift) em apenas uma das condições de anodização, 5,8 mAcm$^-2$ por 30 minutos. Os resultados da espectroscopia Raman mostraram evidências da influência do processo 3IP na formação de nanopartículas maiores dentro da matriz porosa, porém não foi possível levar a resultados conclusivos a cerca do tamanho das partículas e sua distribuição.