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Caracterización de películas delgadas semiconductoras de un amplio ancho de banda dopadas con tierras raras. M.Sc. Guerra J. A. [email protected]. PUCP 2012. Solid State Physics Group. Películas delgadas. Película. d [nm]. Sustrato. t [mm]. d
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M.Sc. Guerra J. [email protected]
Solid State Physics GroupPUCP 2012
Caracterización de películas delgadas semiconductoras de un amplio ancho de banda dopadas con tierras raras
>> 0 >> 1 >> 2 >> 3 >> 4 >>Solid State Physics GroupPUCP 2012
Películas delgadas
Sustrato
Película d [nm]
t [mm]
d << t
>> 0 >> 1 >> 2 >> 3 >> 4 >>Solid State Physics GroupPUCP 2012
¿amplio ancho de banda?
>> 0 >> 1 >> 2 >> 3 >> 4 >>Solid State Physics GroupPUCP 2012
bandas
e
rBrA
A BR ∆E/2
∆EA
B
enlazamiento
anti-enlazamiento
Posición
Ener
gía
Ci
… ……
e
rBrA
A BR
>> 0 >> 1 >> 2 >> 3 >> 4 >>Solid State Physics GroupPUCP 2012
ancho de banda(energía de banda prohibida)
b.c.
b.v.
conductores
Ener
gía
aislantes &
semiconductores
>> 0 >> 1 >> 2 >> 3 >> 4 >>Solid State Physics GroupPUCP 2012
tierras raras
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nc-AlN:Lh3+¿Por qué?
R. Weingärtner, O. Erlenbach, A. Winnacker, A. Welte, I. Brauer, H. Mendel, H.P. Strunk, C.T.M. Ribeiro and A.R. Zanatta, Opt. Mater. 28 (2006), p. 790.
Solid State Physics GroupPUCP 2012
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¿Por qué amplio ancho de banda?
Solid State Physics GroupPUCP 2012
• «Quenching» por:• ancho de banda• temperatura• concentración
• Transparencia
material dopado excitación & emisión
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R. Weingärtner J. A. Guerra, O. Erlenbach, G. Gálvez, F. De Zela, A. Winnacker, 2010 Mater. Sci. Eng. B, 174 114-8
Ingeniería del ancho de banda
a-(SiC)1-x(AlN)x
Solid State Physics GroupPUCP 2012
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Al1-xGaxN:Tm
D S Lee and A J Steckl 2003 Enhanced blue emission from Tm-doped AlxGa1-xN electroluminescent thin films Appl. Phys. Lett. 83 2094
Solid State Physics GroupPUCP 2012
>> 0 >> 1 >> 2 >> 3 >> 4 >>Solid State Physics GroupPUCP 2012
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Deposición & Caracterización
Solid State Physics GroupPUCP 2012
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pulverización catódica
Solid State Physics GroupPUCP 2012
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pulverización catódica
Solid State Physics GroupPUCP 2012
G. Gálvez, O. Erlenbach, J. A. Guerra Torres, T. Hupfer, M. Steidl, F. De Zela, R. Weingärtner, A. Winnacker, Materials Science Forum Vols. 645-648 (2010), 1199-1202
>> 0 >> 1 >> 2 >> 3 >> 4 >>Solid State Physics GroupPUCP 2012
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Foto-luminiscencia (PL)
Espectrofotometría UV-VIS
Espectroscopía vibracional (FTIR)
Solid State Physics GroupPUCP 2012
caracterización óptica
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Foto-luminiscencia (PL)
I(λ)exc I(λ)PL
Energía de excitación
MuestraSeñal
• defectos
• Tiempo de vida de portadores de carga (TRPL)
• Impurezas
e-
b.c.
b.v.
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Espectro PL
500 525 550 575 600 625 650 675 7000
1
2
3
4
5
Qua
rtz s
ubst
rate
Ram
man
Si s
ubst
rate
Ram
man
PL In
tens
ity x
104 (a
.u.)
Wavelength (nm)
5D4-
7F3
(621
.28
nm)
5D4-
7F4
(595
.47
nm)
5D4-
7F4
(584
.56
nm)
5D4-7F5 (550.07 nm)5D4-7F5 (541.95 nm)
a-SiC:H:Tb 1.9% a-SiC:H a-SiC
500 525 550 575 600 625 650 675 7000
1
2
3
4
5
Qua
rtz s
ubst
rate
Ram
man
Si s
ubst
rate
Ram
man
PL In
tens
ity x
104 (a
.u.)
Wavelength (nm)
5D4-
7F3
(621
.28
nm)
5D4-
7F4
(595
.47
nm)
5D4-
7F4
(584
.56
nm)
5D4-7F5 (550.07 nm)5D4-7F5 (541.95 nm)
a-SiC:H:Tb 1.9% a-SiC:H a-SiC
Solid State Physics GroupPUCP 2012
λexc = 488 nm
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a-SiC:H:Tb
Solid State Physics GroupPUCP 2012
SiC120W
Tb50W
Sustrato
Película
Objetivos
1% 11%Tb%
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PL a-SiC:H:Tb
Solid State Physics GroupPUCP 2012
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PL a-SiC:H:Tb
Solid State Physics GroupPUCP 2012
J. A Guerra, et al., Concentration Quenching of the Luminescence from several Terbium doped Matrix Materials, Submitted to EDS-2012.
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Simulaciones (Percolación)
Solid State Physics GroupPUCP 2012
0 3 60.0
0.4
0.8
1 1.5 2
Norm
alize
d In
tens
ity
Impurity concentration
>> 0 >> 1 >> 2 >> 3 >> 4 >>Solid State Physics GroupPUCP 2012
Espectrofotometría UV-VIS-NIR
Sust
rato
Pelíc
ula
I0(λ) IT(λ)
IR(λ)
IA(λ)
I0= IT +IA+IR
1= T+A+R
T(λ)= IT/I0
¡Esto es lo que medimos!
>> 0 >> 1 >> 2 >> 3 >> 4 >>Solid State Physics GroupPUCP 2012
Espectrofotometría UV-VIS-NIR
250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 22500
20
40
60
80
100
Tran
smiss
ion (%
)
Photon wavelength (nm)
c-Si a-Si a-Si:H a-SiN
Cortesía de A.R. Zanatta, IFSC-USP, Brasil
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d = 356.14 ± 0.13 nm
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Measurement FitTr
ansm
issi
on
300 600 900 1200 1500 1800 21000
4
8
12
16
Calculated
x1
04 ( cm
-1)
wavelength (nm)
a-(SiC)0.53(AlN)0.47
Extracto de la tesis de maestría de J. A. Guerra
>> 0 >> 1 >> 2 >> 3 >> 4 >>Solid State Physics GroupPUCP 2012
a-(SiC)1-x(AlN)x
R. Weingärtner J. A. Guerra, O. Erlenbach, G. Gálvez, F. De Zela, A. Winnacker, 2010 Mater. Sci. Eng. B, 174 114-8
>> 0 >> 1 >> 2 >> 3 >> 4 >>Solid State Physics GroupPUCP 2012
1 2 3 4 5 6 70
2
4
6
8
10
12
14
UF AG 200 300 400 500 600 700
x1
04 ( cm
-1)
Photon Energy (eV)
2 = 0.99190 = 9321.202 ± 179.712 cm-1 eV-1
E0 = 6.002 ± 0.015 eV
AG 200 400 600 8006
7
8
9
10
1/
x10
-1 (
eV)
Temperature (°C)
J A Guerra, L Montañez, O Erlenbach, G Galvez, F De Zela, A Winnacker, R Weingärtner, 2011 J. of Phys. Conf. Series 274 012113
AG 200 300 400 500 600 700 8003
4
5
6
7
E( E)2
ECU
ETauc
Band
gap
(eV)
Temperature (°C)
a-AlN
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•SiC:H•SiCN
•(SiC)1-x(AlN)x
•Si1-xNx
•AlxSi1-xN
Solid State Physics GroupPUCP 2012
¿Qué es lo que hacemos entonces?
Caracterizamos Aplicaciones
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Miembros actuales en el grupoLider
Doctorado
IngenieríaCiencias
Maestría
Pregrado
Graduados
Colaboradores
Solid State Physics GroupPUCP 2012
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Gracias, y lancen sus preguntas
Grupo de Ciencias de los MaterialesPUCP 2011