En esta tesis, capas de óxido de silicio rico en silicio [SRO, (SiOx, x<2)] con diferentes excesos de silicio fueron depositadas por medio de la técnica de depósito químico en fase vapor a baja presión (LPCVD). Un segundo conjunto de muestras de SRO implantadas con silicio (SI-SRO) adicional fueron también fabricadas. Nanopartículas de silicio (Si-nps) en estas capas fueron creadas después de someter a las muestras a un tratamiento térmico en alta temperatura (1100 y 1250º C). La composición, microestructura y propiedades ópticas de estas capas de SRO y SI-SRO fueron analizadas en función de los diferentes parámetros tecnológicos, tales como exceso de silicio, implantación de silicio, así como de la temperatura de tratamiento térmico.Una vez conocido la microestructura, composición y propiedades ópticas de estos materiales, capas de SRO que exhibieron la mejor propiedad fotoluminiscente (FL más intensa) fueron escogidas para analizar sus propiedades eléctricas y electro-ópticas; estructuras Metal-Óxido-Semiconductor (MOS) fueron fabricadas usando las capas de SRO como material dieléctrico para tales estudios. Capas de SRO con exceso de silicio de ~4.0 and ~2.2 at.% y grosores de entre 24 y 80 nm fueron depositadas. El mecanismo de conducción en estas películas es analizado haciendo uso de modelos como tuneleo asistido por trampas (TAT) y tuneleo Fowler-Nordheim (FN) en bajos y altos campos eléctricos, respectivamente.Las mediciones eléctricas mostraron importantes resultados tales como una reducción en la capacitancia y corriente durante el barrido de voltaje o después de estresar eléctricamente los dispositivos. Dichos efectos son relacionados con la aniquilación de caminos conductivos que son creados por nanoclusters de silicio (Si-cls) que se encuentran dispersados dentro de la película de SRO.Además de lo anterior, algunos dispositivos exhibieron fluctuaciones en la corriente en la forma de picos y un comportamiento de escalera muy claro a temperatura ambiente. Dichos efectos son relacionados con los llamados efectos de bloqueo Coulómbico (CB) que se presentan en las nanopartículas de silicio que se encuentran dentro de las capas de SRO. A partir del ancho de cada escalón se pudo estimar el tamaño (cerca de 1 nm) de las nanopartículas.Estudios de luminiscencia de efecto de campo en las capas de SRO son estudiados por excitar los dispositivos con pulsos de voltaje. Además de la electroluminiscencia (EL) pulsada, es mostrado que estos dispositivos también muestran EL en voltaje continuo, donde la emisión es observada como múltiples puntos brillantes de varios colores sobre la superficie de los dispositivos cuando estos son polarizados en inversa. El espectro de emisión en dichos dispositivos es amplio y va desde 400 hasta 900 nm.Finalmente, una correlación entre las propiedades microestructurales, eléctricas y luminiscentes (FL y EL) es analizada y discutida. / In this thesis, silicon rich oxide [SRO, (SiOx, x<2)] films with different silicon excesses were deposited by low pressure chemical vapor deposition (LPVCD). Besides, Si implanted SRO (SI-SRO) films were also fabricated. Si-nps in these films were created after a thermal annealing at high temperature (1100 and 1250º C). The composition, microstructure and optical properties of these SRO and SI-SRO films were analyzed as a function of the different technological parameters, such as silicon excess, Si ion implantation dose, and thermal annealing temperature.Once the microstructure, composition as well as the optical properties of these materials is known, SRO films which exhibited the best photoluminescent (strongest PL) properties were chosen in order to analyze their electrical and electro-optical properties.Simple Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) structures using the SRO films as the dielectric layer were fabricated for these studies. SRO films with Si-excess of ~4.0 and ~2.2 at.% and thickness ranging from 24 to 80 nm were deposited. The conduction mechanism in these films is analyzed by making use of trap assisted tunnelling (TAT) in low electric field as well as Fowler-Nordheim (FN) tunnelling in high electric fields.The electrical measurements exhibited important results, such as a reduction in capacitance and current during the sweep or after applying a constant bias. These effects are ascribed to the annihilation of conduction paths created by silicon clusters (Si-cls) inside the SRO films.A part from that, some devices exhibited current fluctuations in the form of spike-like peaks and a clear staircase at room temperature. These effects were related to Coulomb blockade (CB) effects in the silicon nanoparticles embedded in the SRO films. And from the current plateaus, the size of the Si-nps (about 1 nm) was calculated.Field effect luminescence of these SRO films was studied by alternating negative (positive) to positive (negative) voltages (pulsed excitation). Moreover, it is demonstrated that these SRO films show EL emission in continuous current voltage, observed at naked eye. Multiple shining spots of several colours are seen on the MOS-like structure surface when reversely biased. These devices display a broad electroluminescent emission spectrum which goes from 400 nm up to 900 nm.Finally, a correlation between the structural, electrical and luminescent (PL and EL) properties is discussed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/3409 |
| Date | 02 September 2008 |
| Creators | Morales Sánchez, Alfredo |
| Contributors | Aceves Mijares, Mariano, Domínguez, Carlos (Domínguez Horna), Rodríguez Viejo, Javier, Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
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