The Hall coefficient and conductivity of silicon films vacuum deposited on 0° and 60° sapphire at 850°C to 1050°C were measured from 100°K to 550°K. Films made from 0.094 Ω-cm p type and 1 Ω-cm n type silicon sources were prepared by electron bombardment heating of the source in a vacuum of 5 x 10⁻⁷ to 10⁻⁶ torr. The orientation and crystallinity of the films were investigated using electron diffraction. It was found that defects in the films introduced both donor and acceptor levels. The heavy compensation thus produced in films deposited at lower temperatures lead to a very low hole concentration. All films were p type at room temperature showing that the acceptor levels slightly dominated the donor levels. The films deposited on 0° sapphire indicated fewer defects than those deposited on 60° sapphire. At high temperature (> 950°C) doping of the silicon by aluminum atoms from the substrate was appreciable. The Hall mobility of the films made from the p type source material decreased with increasing temperature of deposition. This apparent anomaly is explained by the use of the polycrystalline film model suggested by Volger (1950). / Applied Science, Faculty of / Electrical and Computer Engineering, Department of / Graduate

Orientador: Jacobus Willibrordus Swart / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-12T22:45:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_GuilhermeOsvaldo_D.pdf: 3822925 bytes, checksum: 25e0dd51fed5d5d3cb7dc334a0a61bb7 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Analisamos amostras de óxido de silício rico em silício (SRSO) obtidas por um sistema de deposição química de vapor com ressonância ciclotrônica de elétrons (ECR-CVD). Propriedades estruturais, de composição, ópticas e elétricas foram estudadas por transformada de Fourier de absorção no infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de retro-espalhamento Rutherford (RBS), fotoluminescência (PL), elipsometria e medidas de capacitância-tensão (C-V). Através do ajuste dos índices de refração em função do fluxo de O2 para uma longa faixa de razões de fluxo, pudemos notar que o sistema ECR-CVD permite obter filmes com alto controle desses índices de refração. Isto sugere indiretamente a possibilidade do controle das características ópticas e elétricas dos nossos filmes, pois essas características, assim como o índice de refração, são dependentes da concentração de silício nos filmes. Na região de concentração de interesse em nosso trabalho, a razão de concentração atômica O/Si obtida por RBS correlaciona-se linearmente com o índice de refração. As intensidades e posições dos picos de PL e as curvas de histereses observadas através de medidas C-V, após os tratamentos térmicos, dependem das razões de fluxo O2/SiH4 utilizadas na deposição. Observamos que temperatura e tempo de tratamento térmico têm forte influência nas propriedades de PL das amostras selecionadas. No entanto, a influência destes parâmetros sobre as propriedades elétricas (C-V) não é tão significativa, principalmente para temperaturas de tratamentos acima de 1000 ºC. As propriedades de PL e C-V puderam ser relacionadas com a presença de nanoestruturas de silício imersas nos filmes SRSO, sendo que defeitos do tipo NBOHC e ODC, típicos do óxido de Si, também têm influência sobre essas propriedades. Comparando os dados de PL e FTIR de nossas amostras, bem como dados da literatura, concluímos que a cristalinidade das nanoestruturas de Si tem forte influência sobre a intensidade de PL. Por outro lado, a cristalinidade influencia muito pouco na capacidade de armazenamento de carga, como verificado pelas curvas de histerese nas medidas C-V. Assim, as características ópticas e elétricas de nossas amostras estão associadas principalmente à presença de nanoestruturas de silício dentro da matriz de óxido de Si. Nossas amostras demonstram alta potencialidade para aplicação em dispositivos optoeletrônicos e nanoeletrônicos. / Abstract: In this work we have analyzed samples of Silicon Rich Silicon Oxide (SRSO) obtained by an Electron Cyclotron Resonance Chemical Vapor Deposition system (ECR-CVD). Structural, compositional, electrical and optical properties were investigated by Fourier transform infrared (FTIR), transmission electron microscopy (TEM), Rutherford backscattering spectroscopy (RBS), capacitance-voltage (C-V), photoluminescence (PL) and ellipsometry. By fitting a long range refractive indices curve as a function of O2 flow, it can be seem that the ECR-CVD system is able to produce films with high control on the refractive indices, which, indirectly, suggest the possibility of control of the optical and electrical characteristics, since all these characteristics are dependent of Si concentration in the film, as refractive index. Into the region of interest for our work, the atomic concentration ratio O/Si obtained by RBS correlates linearly with the refractive indeces. The PL intensities and peak positions and the hysteresis curves observed by C-V characterizations, after thermal treatments, show dependence on O2/SiH4 flow ratios used in the work. We observed that temperature and time of thermal treatments have strong influence on PL properties of the selected samples. Nevertheless, the influence of these same parameters on electrical properties (C-V) are less significant than for PL properties, mainly for temperatures above 1000 oC. The PL and CV characteristics of our samples can be related to the presence of silicon nanostructures embedded inside SRSO films. On the other hand, typical silicon oxide defects, like NBOHC and ODC, have some influence on such optical and electrical properties. Comparing our PL and FTIR data, as well as data from literature, we can suppose that crystallinity has strong influence on PL intensity. On the other hand, crystallinity has just a weak influence on the charge storage capacity of our samples, as we had seen by the hysteresis curves in C-V measurements for samples treated at 1100 oC and 1150 oC. Finally, we conclude that optical and electrical characteristics of our samples are associated principally to the presence of silicon nanostructures embedded in a silicon oxide matrix. Our samples showed high potentiality to applications as optoelectronic and nanoelectronic devices. / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor Engenharia Elétrica