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M.Sc. Guerra J. A.

[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


¿amplio ancho de banda?


bandas

e

rBrA

A BR ∆E/2

∆EA

B

enlazamiento

anti-enlazamiento

Posición

En

erg

ía

Ci

… ……

e

rBrA

A BR


ancho de banda(energía de banda prohibida)

b.c.

b.v.

conductores

En

erg

ía

aislantes &

semiconductores


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.


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¿Por qué amplio ancho de banda?


• «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


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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


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Deposición & Caracterización


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pulverización catódica


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pulverización catódica


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

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Foto-luminiscencia (PL)

Espectrofotometría UV-VIS

Espectroscopía vibracional (FTIR)


caracterización óptica


Foto-luminiscencia (PL)

I(λ)excI(λ)PL

Energía de excitación

Muestra

Señal

• 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

Quar

tz s

ubst

rate

Ram

man

Si su

bst

rate

Ram

man

PL Inte

nsi

ty x

104 (

a.u.)

Wavelength (nm)

5D4-

7F3

(621

.28

nm

)

5D4-

7F4

(595

.47

nm

)5D

4-7F

4 (5

84.5

6 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

Quar

tz s

ubst

rate

Ram

man

Si su

bst

rate

Ram

man

PL Inte

nsi

ty x

104 (

a.u.)

Wavelength (nm)

5D4-

7F3

(621

.28

nm

)

5D4-

7F4

(595

.47

nm

)5D

4-7F

4 (5

84.5

6 nm

)

5D4-7F5 (550.07 nm)

5D4-7F5 (541.95 nm)

a-SiC:H:Tb 1.9% a-SiC:H a-SiC


λexc = 488 nm

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a-SiC:H:Tb


SiC120W

Tb50W

Sustrato

Película

Objetivos

1% 11%Tb%

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PL a-SiC:H:Tb


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PL a-SiC:H:Tb


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)


0 3 6

0.0

0.4

0.8

1 1.5 2

Nor

mal

ized

Inte

nsity

Impurity concentration


Espectrofotometría UV-VIS-NIR

Su

stra

to

Pel

ícu

laI0(λ) IT(λ)

IR(λ)

IA(λ)

I0= IT +IA+IR

1= T+A+R

T(λ)= IT/I0

¡Esto es lo que medimos!


Espectrofotometría UV-VIS-NIR

250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 22500

20

40

60

80

100

Tran

smis

sion

(%)

Photon wavelength (nm)

c-Si a-Si a-Si:H a-SiN

Cortesía de A.R. Zanatta, IFSC-USP, Brasil


d = 356.14 ± 0.13 nm

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Measurement Fit

Tra

nsm

issio

n

300 600 900 1200 1500 1800 2100

0

4

8

12

16

Calculated

x10

4 ( c

m-1)

wavelength (nm)

a-(SiC)0.53(AlN)0.47

Extracto de la tesis de maestría de J. A. Guerra


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


1 2 3 4 5 6 70

2

4

6

8

10

12

14

UF AG 200 300 400 500 600 700

x1

04 ( c

m-1)

Photon Energy (eV)

2 = 0.9919

0 = 9321.202 ± 179.712 cm-1 eV-1

E0 = 6.002 ± 0.015 eV

AG200 400 600 8006

7

8

9

10

1/

x10

-1 ( e

V)

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

Bandgap (eV

)

Temperature (°C)

a-AlN

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•SiC:H

•SiCN

•(SiC)1-x(AlN)x

•Si1-xNx

•AlxSi1-xN


¿Qué es lo que hacemos entonces?

Caracterizamos Aplicaciones

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Miembros actuales en el grupo

Lider

Doctorado

IngenieríaCiencias

Maestría

Pregrado

Graduados

Colaboradores


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Gracias, y lancen sus preguntas

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