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“Obtención por bombardeo iónico (sputtering) y caracterización de películas delgadas SiOx y SnOx”
por
Jesús Alarcón Salazar
Tesis sometida como requisito parcial para obtener el grado de
MAESTRO EN CIENCIAS EN LA ESPECIALIDAD EN ELECTRÓNICA
en el
Instituto Nacional de Astrofísica,
Óptica y Electrónica Noviembre 2012
Tonantzintla, Puebla
Supervisada por:
Dr. Mariano Aceves Mijares INAOE
M. C. Sergio Román López
INAOE
©INAOE 2012
Derechos reservados
El autor otorga al INAOE el permiso de reproducir y distribuir copias de esta tesis en su totalidad o en partes
~ i ~
AGRADECIMIENTOS
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por el apoyo
económico durante la maestría.
Al Dr. Mariano Aceves Mijares por permitirme trabajar bajo su dirección,
así como las enseñanzas académicas y de vida que me brindó.
A mis compañeros por su grata compañía y ayuda brindada,
especialmente al estudiante de doctorado Sergio Román López por sus
sugerencias y apoyo en la realización de mi trabajo de tesis.
A los técnicos del laboratorio Zacarías Rivera, Manuel Escobar y Pablo
Alarcón por su ayuda en los procesos de fabricación y caracterización.
Por último pero no menos importante a mi familia por su apoyo
incondicional, especialmente a Jesús Alarcón Landa, María Paula Salazar
Alarcón (†), Violeta Alarcón Salazar y Elizabeth Hernández Alonso;
gracias por su cariño, su comprensión, sus enseñanzas y la ayuda que
me brindaron en los momentos difíciles, permitiéndome llegar hasta aquí.
~ ii ~
RESUMEN Actualmente el estudio de óxido de silicio fuera de estequiometría
(SiOx) y materiales compatibles con la tecnología de silicio, como es el
caso de estaño, han tenido gran interés por las propiedades ópticas,
eléctricas y luminiscentes que han mostrado, las cuales abren un
panorama para la integración de dispositivos ópticos y eléctricos
(optoelectrónicos) dentro de un mismo chip.
Sin embargo la creciente miniaturización de los dispositivos
demanda técnicas de fabricación con un mejor control de crecimiento, las
cuales permitan obtener espesores en el rango nano-métrico. Una de las
técnicas que presenta esta ventaja, además de poder trabajar con silicio y
materiales compatibles con silicio, simultáneamente, es el depósito por
bombardeo iónico (del inglés sputtering).
Este trabajo presenta el estudio de las propiedades ópticas,
morfológicas, eléctricas y de emisión de capas de SiOx y SnOx, obtenidas
mediante bombardeo iónico reactivo (del inglés reactive sputtering), así
como la evolución de las características después de ser sometidas a
diferentes tratamientos térmicos. Como gas reactivo durante el depósito
se utilizó oxígeno, con diferentes razones de argón/oxígeno para la
formación del plasma. En el depósito de las películas de SiOx se utilizaron
2 blancos: silicio (Si) y monóxido de silicio (SiO), mientras para las
películas de SnOx se utilizó un blanco de Sn. La etapa de caracterización
óptica se llevó a cabo mediante Elipsometría nula, Espectroscopia
infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR), Fotoluminiscencia (FL) y
Microscopio de Fuerza Atómica (AFM). Mientras la caracterización
eléctrica se realizó mediante curvas Corrientes-Voltaje (I-V) y curvas
Capacitancia – Voltaje (C-V). Los resultados de las diferentes técnicas de
caracterización se analizaron y se estableció una correlación entre ellos.
~ iii ~
ÍNDICE
AGRADECIMIENTOS i
RESUMEN ii
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 1
1.1 Objetivo 3
1.2 Contenido 4
CAPÍTULO 2. TÉCNICA DE DEPÓSITO 5
2.1 Modelo general 5
2.2 Mecanismo de depósito en un sistema sputtering 7
2.3 Tipos de sistemas Sputtering 10
2.3.1 DC sputtering 10
2.3.2 RF sputtering 11
2.3.3 Magnetron sputtering 12
2.3.4 Reactive sputtering 13
CAPÍTULO 3. TÉCNICAS DE CARACTERIZACIÓN ÓPTICA Y MORFOLÓGICA 15
3.1 Elipsometría 15
3.2 Espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) 17
3.3 Fotoluminiscencia (FL) 20
3.4 Microscopio de fuerza atómica (AFM) 21
CAPÍTULO 4. DESARROLLO EXPERIMENTAL 23
4.1 Proceso de depósito 23
4.1.1 Películas de SiOx 25
4.1.2 Películas de SnOx 25
4.2 Tratamientos térmicos 26
4.3 Caracterización 27
4.3.1 Óptica y Morfológica 27
4.3.2 Caracterización Eléctrica 28
CAPÍTULO 5. RESULTADOS Y ANÁLISIS 31
5.1 Caracterización óptica y morfológica 31
5.1.1 Resultados Elipsometría 31
5.1.2 Resultados FTIR 38
~ iv ~
5.1.3 Resultados FL 47
5.1.4 Resultados AFM 52
5.2 Caracterización eléctrica 61
5.2.1 Caracterización I-V 62
5.2.2 Caracterización C-V 67
CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES 74
TRABAJO FUTURO 77
TRABAJO DERIVADOS DE LA TESIS 78
Lista de Figuras 79
Lista de Tablas 82
Referencias 83
~ 1 ~
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
El silicio es el principal material utilizado en fabricación de dispositivos
electrónicos, sin embargo existen inconvenientes para integrar
propiedades ópticas y electrónicas en un mismo chip, debido a que el
silicio es un semiconductor de banda prohibida indirecta, y por tanto un
pobre emisor de luz. Sin embargo, desde el descubrimiento de Canham
[1] en 1990, de una respuesta fotoluminiscente en silicio poroso; diversas
estudios e investigaciones se han realizado para obtener materiales
fotoluminiscentes compatibles con tecnología de silicio y así, poder
fabricar dispositivos opto-electrónicos dentro de un mismo chip.
Estudios de diferentes elementos inmersos en una matriz de óxido de
silicio han obtenido buenos resultados, como es el caso del óxido rico en
silicio (SRO), el cual es considerado un material multifase compuesto de
una mezcla de óxido de silicio estequiométrico (SiO2), óxido fuera de
estequiometría (SiOx) y silicio elemental. En el SRO después de
tratamientos térmicos a altas temperaturas (> 1000 ºC), el exceso de
silicio puede presentarse como defectos puntuales, aglomerados
formando islas o nanocristales (nc-Si). En películas de SRO depositadas
mediante PECVD (del inglés Plasma Enhanced Chemical Vapor
Deposition) se ha comprobado la existencia de nc-Si de 1-2 nm [10], al
igual que en películas de SRO depositado mediante LPCVD (del inglés
Low Presure Chemical Vapor Deposition) [11]. El exceso de silicio define
las propiedades del SiOx, como son: conductividad variable [12],
fotoluminiscencia (FL) [13], efecto de atrapamiento de carga [14], etc.
De manera similar al óxido de silicio fuera de estequiometria, una
matriz de SiO2 con implantación de partículas de estaño ha mostrado una
~ 2 ~
respuesta luminiscente [2-3], además que otras investigaciones muestran
que la formación de nano-partículas de SnO2 también presentan una
respuesta luminiscente [15,16], la cual puede ser mejorada con
tratamientos térmicos en diferentes ambientes (O2, N2 y vacío) y
diferentes temperaturas [2, 19]. Sin embargo este material no solo tiene
características luminiscentes, otra característica es su conductividad, la
cual es reportada para el óxido de estaño evaporado en vacío entre 10-5 y
10-6 (Ω-cm)-1 [17, 47]. Tomando en cuenta las dos características previas
se puede pensar en un material compatible con tecnología de silicio que
permitiría la fabricación de un dispositivo electroluminiscente, al
superponer su respuesta luminiscente y su buena conductividad. También
tiene la propiedad de ser transparentes en el visible e infrarrojo cercano,
permitiendo su uso como electrodos en aplicaciones de celdas solares
[18].
Algunas de las técnicas utilizadas para la obtención de SiOx y
materiales que combinan Si-Sn son: depósito químico en fase vapor
asistido por plasma (PECVD), depósito químico en fase vapor a baja
presión (LPCVD), implantación iónica de Si o Sn en una matriz de óxido
de silicio crecido térmicamente, crecimiento epitaxial por haz molecular
(MBE), bombardeo iónico (sputtering), entre otros [4-9]. De las técnicas
antes mencionadas, el depósito mediante sputtering ha demostrado ser
una técnica versátil que permite fabricar SiOx con diferente exceso de
silicio al controlar el flujo de gases, así como utilizar materiales
compatibles con silicio durante el crecimiento de películas, como es el
caso del estaño (Sn). De esta manera se pueden obtener películas de
óxido de silicio fuera de estequiometría o algún otro material compatible.
También es posible obtener diferentes capas de materiales usando
diferentes blancos o al bombardear en presencia de un gas reactivo
(oxígeno o hidrógeno) e inclusive realizar multicapas con bajas razones
de depósito [42, 53 - 55], y todo realizado in-situ dentro de una cámara de
vacío, lo que disminuye el nivel de contaminación en las películas.
~ 3 ~
Es por esto, que en este trabajo se presentan los resultados obtenidos
del estudio para la fabricación y caracterización (óptica, morfológica y
eléctrica) de películas de SiOx y SnOx (1<x<2) mediante la técnica
bombardeo iónico reactivo (reactive sputtering), para en el futuro, fabricar
multicapas nano-métricas que mejoren las características de las capas
independientes. Por ejemplo arreglos que mejoren la emisión de luz.
1.1 Objetivo
El objetivo principal de este trabajo es obtener las películas y estudiar
las características morfológicas, eléctricas y ópticas, incluyendo emisión,
de capas nano-métricas de SiOx y SnOx obtenidas por bombardeo iónico
reactivo.
Metas:
- Determinar las condiciones de depósito óptimas para obtener
películas de SiOx y SnOx con un espesor aproximado de 20 nm.
- En el caso de las películas de SiOx, diferenciar las características
obtenidas utilizando un blanco de silicio (Si) y las obtenidas con un
blanco de monóxido de silicio (SiO).
- Determinar bajo cuales condiciones existe reproducibilidad en el
proceso.
- Conocer los cambios en sus características debido a tratamientos
térmicos, con diferentes temperaturas y ambientes, para cada tipo
de película.
- Caracterizar sistemáticamente las propiedades de cada película.
~ 4 ~
1.2 Contenido
El trabajo de tesis se encuentra dividido en 6 capítulos. El primero de
ellos corresponde a la introducción, objetivos y contenido. En el capítulo 2
se presenta una descripción de la técnica de depósito por bombardeo
iónico, sus características principales, la física del modelo de bombardeo
de iones y la descripción de algunos sistemas sputtering.
En el capítulo 3 se describe las técnicas de caracterización óptica y
morfológica: elipsometría, espectroscopia infrarroja de transformada de
Fourier (FTIR), espectroscopia fotoluminiscente (FL), microscopio de
fuerza atómica (AFM).
En el capítulo 4 se describe el método experimental para la obtención
de las películas y tratamientos térmicos aplicados. También se describen
los equipos utilizados para la caracterización óptica y eléctrica.
En el capítulo 5 se muestran, describen y analizan los resultados de
caracterización óptica y eléctrica obtenidos para películas de SiOx y SnOx.
Además se diferencia entre películas obtenidas con blanco de Si y blanco
de SiO, en el caso de las películas SiOx.
En el capítulo 6 se presentan las conclusiones obtenidas del proceso
de experimentación y caracterización.
~ 5 ~
CAPÍTULO 2. TÉCNICA DE DEPÓSITO
Sputtering es un término utilizado para describir el mecanismo
mediante el cual los átomos de un material (llamado blanco) son
desprendidos cuando una partícula con suficiente energía golpea su
superficie [20]. La técnica de depósito por bombardeo iónico es utilizada
principalmente para el depósito de películas metálicas o dieléctricas
delgadas (> 1 µm), las cuales se quiere no tengan cambio químico
durante el depósito y éste se realice con bajas razones de crecimiento
[21].
2.1 Modelo General
Los elementos básicos de un sistema sputtering son el blanco,
porta-muestra, entrada de gases, válvula de extracción y una fuente de
polarización entre blanco y substrato. Los elementos anteriores se
encuentran dentro de una cámara de vacío (ver fig. 2.1). El vacío se
obtiene mediante una bomba y finalmente la instrumentación necesaria
para el control del flujo de gases, temperatura del substrato y presión de
vacío.
Bajo condiciones de vacío un gas inerte es introducido en la
cámara y es ionizado con carga positiva. Al polarizar el blanco
negativamente (cátodo) y el porta-muestras positivamente (ánodo) se
forma un campo eléctrico que dirige los iones hacia el blanco, mientras
viaja hacia el blanco los iones pueden colisionar con electrones
generando electrones secundarios, debido al mecanismo de emisión
~ 6 ~
Auger, que adquieren suficiente energía para ionizar nuevos átomos. Este
proceso genera y mantiene el plasma dentro de la cámara de vacío.
Figura 2.1. Esquema básico de un sistema sputtering.
Cuando el ion acelerado por el campo eléctrico llega a la superficie
del blanco, lo impacta y desprende material que será depositado sobre el
substrato. El material desprendido puede ser colisionado nuevamente por
un Ión antes de ser depositado, pero el vacío de la cámara permite que
mínimas colisiones sucedan con él e incrementa la cantidad de colisiones
entre átomos de argón y electrones. El gas noble mayormente utilizado es
argón (Ar), debido a su bajo costo y pureza
El proceso antes descrito refiere a un sistema sputtering dc, siendo
el más simple. Sin embargo existen otras configuraciones que serán
comentadas posteriormente.
Para conocer la eficiencia de un sistema sputtering se mide el
parámetro llamado rendimiento de bombardeo iónico (γ), del inglés
sputtering yield, que proporciona la cantidad de átomos desprendidos de
la superficie por cada ion que es impactado. El valor del rendimiento
~ 7 ~
depende de varios factores, como son: la dirección de incidencia del ion
sobre el blanco, el material del blanco, la masa del ion y la energía del
ion. Es entonces que mayores rendimientos se obtienen al tener iones
con mayor masa y mayor energía. Como se mencionó anteriormente el
gas noble mayormente utilizado es argón, para el cual la literatura reporta
diferentes rendimientos (ver fig. 2.2) en silicio y estaño, dependiendo de la
energía del ion [23]. Mejores rendimientos se obtienen para estaño en
comparación con silicio.
100 200 300 400 500 600
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
Re
nd
. s
pu
tte
rin
g (
Ato
mo
s/i
on
)
Energia del Ion (eV)
Si
Sn
Figura 2.2. Gráfica de rendimiento de un sistema sputtering dependiendo de la
energía del ion, utilizando Ar+, para silicio y estaño [22].
Algunas ventajas de esta técnica: son bajas razones de depósito,
composición de la película en función de la composición del material del
blanco y/o flujo de gases, baja temperatura de depósito y una ambiente
en vacío que limita la intrusión de contaminantes.
2.2 Mecanismo de Depósito en un sistema Sputtering
La relación entre el ion impactado sobre la superficie del blanco
con los átomos desprendidos del material puede ser tratado como una
serie de colisiones binarias, aunque en la realidad es más complejo. Una
analogía que permite visualizar el bombardeo y desprendimiento de
~ 8 ~
átomos del blanco es un juego de billar, donde la bola blanca representa
el ion incidente y las bolas numeradas representan los átomos del
material. Cuando la bola blanca golpea a las bolas numeradas (átomos
del material) salen proyectadas en todas direcciones, incluso en dirección
del jugador -fuera de la superficie del blanco- (ver fig. 2.3). Las colisiones
al blanco pueden ser debidas a partículas cargadas (iones) o neutras
(átomos impulsados por colisionar con un ion), lo cual produce un
fenómeno llamado colisión en cascada [22].
Figura 2.3. Modelo de la analogía entre un sputtering y un juego de billar.
Las colisiones binarias suceden cuando un ion golpea
perpendicularmente la superficie del blanco proyectando un átomo B. El
átomo B deja su posición de impacto con ángulo superior a los 45º
respecto de la normal y colisiona con un tercer átomo C que también
saldrá de su punto de impacto con un ángulo superior a los 45º respecto
del ángulo de impacto. Si el átomo C tiene una componente de velocidad
superior a los 90º respecto de la horizontal, es posible que sea proyectado
fuera del blanco, teniendo que suceder dos colisiones para que un átomo
sea desprendido (ver fig. 2.4 (a)).
~ 9 ~
a)
b)
Figura 2.4. a) Esquema de una colisión binaria que da lugar al desprendimiento de
un átomo de la superficie del blanco y b) procesos resultantes de la colisión de un
ion con el blanco.
Resultado de estas colisiones, el total de procesos que pueden
suceder son:
Expulsión de un átomo del blanco
El ion incidente puede ser implantado o reflejado. En el caso de ser
reflejado puede suceder como un átomo neutro o con una gran
pérdida de energía.
La colisión del ion incidente, así como las colisiones en cascada,
pueden causar daño estructural en la superficie del blanco.
~ 10 ~
Un electrón secundario puede ser expulsado a causa de una
emisión Auger.
Los sucesos anteriores son resumidos en la figura 2.4 (b), donde se
muestran las posibles causas de la colisión de un ion con el blanco.
2.3 Tipos de sistemas Sputtering [22, 24]
Existen diferentes configuraciones en un sistema sputtering, y el
básico es aquel que utiliza una fuente de voltaje de corriente directa. Sin
embargo para depositar materiales dieléctricos se diseñó una nueva
configuración, la cual utilizaba una fuente de radio frecuencia. Con esta
nueva fuente existen condiciones de depósito más estables al aprovechar
electrones e iones para bombardear el blanco. Una tercera configuración
es aquella que utiliza un dispositivo que transforma energía eléctrica a
energía electromagnética, de tal manera que puede concentrar los
electrones secundarios dentro de un espacio cercano al blanco, para
aumentar la probabilidad de colisiones con un átomo y formación de un
ion.
Otra alternativa para utilizar un sistema sputtering, es aquel que
independientemente de la fuente (DC o RF) cuenta con válvulas para la
entrada de algún gas reactivo, de tal manera que el plasma se genera a
partir de una razón de argón con otro gas. Ahora existirá una reacción
química entre gas y material del blanco.
2.3.1 DC Sputtering
La principal característica de esta técnica es que cuenta con una
fuente de corriente directa (DC) entre blanco y substrato (cátodo y ánodo).
Su principal uso es para bombardear blancos metálicos, ya que en el caso
de tener un material aislante o dieléctrico, esta configuración presenta
~ 11 ~
grandes limitaciones. La limitación para bombardear materiales
dieléctricos se debe a un fenómeno, el cual tiene lugar cuando un átomo
ionizado golpea el blanco y retira un electrón de la superficie del material.
Entonces la superficie del blanco queda cargada positivamente debido a
la pérdida de un electrón; si el blanco es un metal podrá suministrar el
electrón faltante manteniendo la carga; mientras que si se tiene un
material dieléctrico, se acumulará carga positiva durante el depósito,
formando una diferencia de potencial en el blanco que a su vez impacta la
diferencia de potencial entre ánodo y cátodo, hasta el punto de perder el
plasma.
2.3.2 RF Sputtering
Se utiliza una fuente de voltaje AC para generar el campo eléctrico
que desplace los electrones y átomos ionizados. Utilizando esta
configuración es posible bombardear materiales dieléctricos.
Consideremos una señal cuadrada con un periodo T, un ciclo de trabajo al
50 % y una amplitud de voltaje V0. Del tiempo 0 a T/2 el voltaje aplicado
entre blanco y substrato tendrá valores negativos, entonces átomos
ionizados colisionarán con la superficie del blanco, retirando átomos y
despojando de electrones a la misma, resultando en una acumulación de
carga positiva. Al término del medio ciclo se presenta un cambio de
polarización positiva del tiempo T/2 a T, entonces ahora los electrones
serán impulsados hacia la superficie del blanco y al golpearla suministra
carga negativa, al término del ciclo se equilibran las cargas. Lo anterior
mantendrá el plasma. Este tipo de equipos, generalmente trabajan a una
frecuencia de 13.56 MHz, cuya frecuencia no interfiere con otras señales
radio transmitidas [24].
En la fig. 2.5 se muestran los elementos que contiene un sistema
sputtering RF. Cuenta con un generador de radiofrecuencia, un capacitor
~ 12 ~
para protección en caso de una gran diferencia de potencial entre los
electrodos.
Figura 2.5. Elementos que componen a un sistema sputtering RF.
También cuenta con un control que permite regular el acoplamiento
de la señal de radiofrecuencia y así disminuir la potencia reflejada.
Además cuenta con la instrumentación para el control y visualización de la
potencia, presión de la cámara, flujo de gases, etc.
2.3.3 Magnetron Sputtering
Básicamente consiste de un sistema con fuente DC o RF, y un
elemento que generar un campo magnético. A diferencia de las dos
configuraciones anteriores, el campo magnético concentra los electrones
secundarios cerca del blanco, lo cual incrementa la probabilidad de que
un átomo de Ar sea ionizado y colectado por el ánodo, incrementando la
razón de depósito, por el mayor número de colisiones con el blanco.
El fenómeno se lleva a cabo cuando un ion golpea la superficie
debido a un campo eléctrico formado entre los electrodos (E0) y genera un
electrón (electrón secundario), el cual es arrojado fuera del blanco. Se
genera entonces un incremento de carga positiva en la superficie del
blanco, el cual forma un campo eléctrico (E1). Es entonces que E0 se ve
apantallado por E1. Considerando un caso en el cual E0 decrece
~ 13 ~
linealmente a lo largo de la cámara de vacío (L) y existe un campo
magnético (B) paralelo a la superficie del blanco. Entonces los electrones
serán sometidos: 1) a la interacción de una fuerza electromagnética:
BvqF
(1)
Donde q es la carga del electrón y v es la velocidad a la que se está
desplazando; y 2) al efecto del campo eléctrico sobre la partícula
dependiendo de la posición dentro de la cámara:
L
yEE 10
(2)
Dicha interacción produce un comportamiento observado en la figura 2.6.
Figura 2.6. Movimiento de un electrón expulsado de la superficie del blanco, sujeto
a un campo magnético paralelo a la superficie y a un campo eléctrico que decrece
linealmente.
2.3.4 Reactive sputtering
Esta técnica de sputtering combina las especies bombardeadas
con un gas reactivo (del inglés Reactive, obteniendo de esto su nombre),
para la formación de la película delgada. Dado que existe una conversión
~ 14 ~
química del material del blanco, es un proceso complejo, al punto que
puede existir reacción en la superficie del blanco, el plasma o en la
superficie del substrato. Resultado de esto se obtienen menores
rendimientos en el sistema, en comparación con casos en los cuales no
se utiliza un gas reactivo. Los gases usados más frecuentemente son
oxígeno y nitrógeno. Puede utilizar indistintamente la fuente de voltaje,
sea DC o RF.
La principal ventaja de esta configuración es la flexibilidad que
presenta para depositar películas con diferente porcentaje de contenido,
generalmente llamadas películas fuera de estequiometría. Un ejemplo de
lo anterior se presenta en [25], donde al variar el flujo de oxígeno entre
0.1 y 0.8 sccm obtienen películas de SiOx, cuyos valores del subíndice
están entre 0.1 y 1.97.
~ 15 ~
CAPÍTULO 3. TÉCNICAS DE CARACTERIZACIÓN
ÓPTICA Y MORFOLÓGICA.
Para conocer las características de un material depositado existen
diferentes técnicas ópticas y morfológicas. El conocimiento de las
propiedades del material hace posible utilizarlo en aplicaciones
específicas. Dentro de las técnicas de caracterización óptica y
morfológicas utilizadas en películas nano-métricas podemos mencionar:
elipsometría, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier
(FTIR), fotoluminiscencia (FL) y microscopio de fuerza atómica (AFM).
Para caracterización eléctrica se pueden usar: curvas capacitancia –
voltaje (C – V) y curvas corriente – voltaje (I –V).
3.1 Elipsometría
Es una técnica óptica de no contacto y no invasiva que permite
caracterizar la reflexión o trasmisión de la luz de la superficie de una
muestra. La clave de la técnica es que se mide la polarización de la luz
antes y después de ser reflejada del material [52].
Si consideramos una superficie plana sobre la cual incide luz
polarizada linealmente, compuesta por una componente paralela ρ y una
componente perpendicular s a la superficie; la luz será reflejada con
polarización lineal en caso de que el material no tenga absorción. Sin
embargo, en caso de presentar absorción, el haz reflejado tendrá cambio
en amplitud y fase. Para ángulos de incidencia entre 0º y 90º la
componente paralela de la reflexión es siempre más pequeña que la
componente vertical, resultando en luz polarizada elípticamente. Es
entonces que en elipsometría el parámetro de medición es el cambio de
polarización lineal a polarización elíptica o viceversa.
~ 16 ~
Al propagarse la luz presenta fluctuaciones en el campo eléctrico y
magnético. Conociendo las componentes del campo eléctrico se
determinar los coeficientes de reflexión como [36]:
Is
Rs
s
Ip
Rp
pE
ER
E
ER
,
,
,
,; (3)
Donde: el subíndice R es utilizado para la luz reflejada e I para la luz
incidente. Ep es la componente paralela y Es la componente vertical del
campo eléctrico. Con base en los coeficientes de la ecuación (3) se define
la razón de reflexión compleja
j
s
pe
R
Rtan (4)
Siendo j = (-1)1/2. La razón de reflexión compleja también se puede definir
en función de ángulos elipsométricos Ψ y Δ, comúnmente usados de 0º a
90º y 0º a 360º, respectivamente. Al conocer estos ángulos y las
ecuaciones de Fresnel, encontraremos una relación entre aire (n0) –
película (n1) – substrato (n2 – k2), donde n es el índice de refracción y k el
coeficiente de absorción. Está relación será dependiente en el índice de
refracción, espesor, ángulo de incidencia y longitud de la onda del haz. Si
se conoce el ángulo de incidencia, la longitud onda del haz y las
propiedades del aire y el substrato, es posible determinar espesor e índice
de la película mediante métodos numéricos.
La configuración más común se aprecia en la fig. 3.1 y se conoce
como elipsometría nula o PCSA, del inglés Polarizer-Compensator-
Sample-Analyzer [26].
~ 17 ~
Figura 3.1. Esquema de un elipsómetro [26].
Un haz colimado no polarizado de una luz monocromática, por
ejemplo un láser, incide en un polarizador, donde su reflexión interna total
sólo permite la salida de un haz polarizado linealmente, el cual al incidir
en el compensador lo retarda cambiando a una polarización elíptica.
Entonces, se eligen los valores de los ángulos P y C de tal manera que la
parte reflejada del haz incidente sobre la muestra se encuentre polarizado
linealmente. Al atravesar el analizador el haz es extinguido para un
ángulo. Con los valores de los ángulos P, C y A, se obtienen 32
combinaciones que pueden resultar en un par Ψ y Δ, y con estos valores
es posible conocer espesor e índice de refracción.
3.2 Espectroscopia de infrarrojo por transformada de
Fourier.
La espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier, del inglés
Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), consiste en la detección
de radiación absorbida, generalmente en el infrarrojo medio (400 a 4000
cm-1), para determinar los niveles de energía después de atravesar una
muestra y relacionarlos con los modos de vibración de las moléculas. El
~ 18 ~
principio de funcionamiento se basa en la absorción de radiación
infrarroja, provocando que átomos o moléculas del material sufran
cambios en su resonancia natural, presentándose 2 fenómenos: rotación
y/o vibración.
Para analizar el cambio de estado de las moléculas son
consideradas como osciladores armónicos simples, con una frecuencia de
resonancia propia. Al hace incidir radiación en un intervalo de frecuencias,
algunas de ellas excitarán modos de vibración en las moléculas. Aquellos
fotones que tengan la frecuencia igual a la frecuencia de resonancia
sufrirán una condición de interferencia constructiva (serán absorbidos) y el
espectro de radiación cambiará respecto a su composición inicial. Dado
que cada oscilador tiene un único nivel de energía respecto de su
frecuencia de resonancia, durante la medición se determina la variación
de la energía. Finalmente contrastando con una base de datos es posible
relacionar la energía con algún tipo de átomo o molécula.
Los modos de vibración para las moléculas lineales esta dado por
la regla 3n-5 y para moléculas no lineales 3n-6. Donde n es el número de
átomos de cada molécula y cada átomo cuenta con 3 grados de libertad
en los ejes X, Y y Z; es entonces que se obtiene 3n [27]. Un ejemplo de
una molécula no lineal es el agua (H2O), la cual cuenta con 3 átomos (2
de hidrógeno y 1 de oxígeno), entonces tendremos 3(3)-6 = 3 grados de
libertad, que incluyen el modo estiramiento en fase y fuera de fase (del
inglés in-phase and out-of-phase strecthing) y doblamiento (del inglés
bending). Moléculas como H2, N2 y O2 son consideradas lineales y tienen
3(2)-5 = 1 grado de libertad.
El componente actualmente utilizado es un interferómetro de
Michelson (ver fig. 3.2).
~ 19 ~
Figura 3.2. Esquema simplificado de un espectrómetro por transformada de
Fourier [24].
El funcionamiento se basa en la emisión de luz infrarroja que es
colimada y dirigida hacia un separador de haces que al atravesarlo, el haz
se divide en dos haces con intensidades similares, de tal manera que
50% es reflejado a un espejo móvil (M1) y el restante 50% es transmitido
a un espejo fijo (M2). Después de que los haces inciden en el espejo son
reflejados de nueva cuenta hacia el divisor de haces. Al llegar a este
punto se produce una superposición de los haces, que dependiendo de la
distancia relativa de los espejos (L1 y L2) se crea interferencia
constructiva o destructiva. El haz resultante se dirige hacia el detector,
donde a partir de los datos obtenidos y la posición del espejo móvil se
obtiene un interferograma. Para obtener un espectro más preciso, en
ocasiones es necesario eliminar componentes de H2O y CO2, asociados
al ambiente de medición. Además es necesario realizar dos mediciones,
donde una de las cuales no contenga el material de interés, para después
compararlo y eliminar la referencia y tener solamente el espectro del
material de interés.
~ 20 ~
3.3 Fotoluminiscencia
Es un método para medir la cantidad de energía emitida que se
generan a partir de una recombinación radiativa electrón-hueco. Para esto
se excita la muestra con una energía hv > Eg, donde el último término es el
ancho de la banda prohibida en un semiconductor. Al momento de
absorber dicha energía se generan fotones mediante algunos
mecanismos; sin embargo no todos los fotones son emitidos en forma de
luz, algunos de ellos son absorbidos por el material. En la figura 3.3 se
muestran los 5 procesos radiativos más comunes observados en FL [26].
Figura 3.3. Esquema de las principales transiciones observadas en
Fotoluminiscencia.
En temperatura ambiente domina la transición desde la banda de
conducción a banda de valencia (a). Un excitón es otra de las transiciones
posibles, donde un fotón con energía ligeramente menor a Eg genera un
par electrón-hueco el cual permanece ligado debido a la atracción
coulómbica sin que lleguen a recombinar (b), si el material es
suficientemente puro es posible que los excitones se recombinen
generando fotones. El tercer y cuarto casos corresponden a la
recombinación de un hueco con una impureza donadora (c) o una
impureza aceptora con un electrón (d). Dichos huecos y electrones libres
pueden llegar a recombinarse generando un fotón. Estos mecanismos
~ 21 ~
dominan sobre la recombinación de un excitón en materiales no tan
puros. Finalmente el último caso corresponde a la recombinación aceptor-
donador (e).
Figura 3.4. Esquema de un sistema para caracterización fotoluminiscente [26]
Un esquema de la instrumentación necesaria para medir FL se
aprecia en la fig. 3.4, donde la luz, emitida por una fuente, se conduce a
través de un tubo que deja pasar la longitud de onda de excitación
deseada, haciéndola incidir sobre la muestra. Con un arreglo óptico
apropiado, la radiación emitida de la muestra se dirige hacia un
monocromador para poder medirla por un fotodetector. Finalmente, se
obtienen gráficas de intensidad de emisión contra longitud de onda.
3.4 Microscopio de Fuerza Atómica (AFM)
Esta técnica permite obtener una imagen en 2D y 3D de la
superficie de un material, a escalas nano-métricas. El microscopio cuenta
con un trampolín (del inglés cantiléver). En el extremo suspendido de éste
se tiene una punta fina que interactúa con la superficie debido a las
fuerzas de Van der Waals.
En la fig. 3.5 se aprecia un esquema ilustrativo del funcionamiento
de un AFM. El cantiléver es controlado mediante un oscilador
Lámpara
~ 22 ~
piezoeléctrico, mientras un diodo láser hace incidir un haz sobre el
extremo suspendido. Al cambiar de posición la punta, debido a la
interacción con la superficie, el haz se refleja e incide sobre un
fotodetector, el cual permite medir la deflexión del cantiléver durante el
tiempo de escaneo. Es entonces que los valores de deflexión permiten
generar un mapa de la topografía de la superficie.
Figura 3.5. Esquema básico de los principales elemento de un AFM.
El sistema AFM posee diferentes modos de operación. El Modo
contacto, el cual obtiene la topografía de la superficie cuando la punta se
encuentra tocando la superficie durante el escaneo, estando sujeta a
fuerzas repulsivas de Van der Waals. Otro modo de operación es el modo
de no contacto, donde el escaneo se obtiene a través de medir la
deflexión del cantiléver debido a la interacción de fuerzas atractivas de
Van der Waals con la punta, sin que esta última toque la superficie.
Un tercer modo es aquel que se encuentra en modo no contacto
con una frecuencia de resonancia superpuesta en el cantiléver. En este
caso la topología se obtiene a partir de la disminución en amplitud de la
señal de frecuencia debido a la interacción de la punta con la superficie.
~ 23 ~
CAPÍTULO 4. DESARROLLO EXPERIMENTAL
En este capítulo se describe la metodología que se siguió para el
depósito y caracterización de las películas SiOx y SnOx. Estudios
recientes han demostrado que el depósito de películas mediante
bombardeo iónico permite tener baja razón de depósito [28], obteniendo
espesores nano-métricos con baja rugosidad, considerados casi lisos [29].
4.1. Proceso de depósito
El equipo utilizado es un sistema comercial Alcatel 450, el cual
permite colocar 3 blancos diferentes (3 cátodos) con su respectiva cortina.
Además tiene 4 porta muestras; donde uno de ellos permite calentar el
substrato (posición 1). La cámara de vacío es de forma cilíndrica, con un
diámetro de 45 cm por una altura aproximada de 30 cm. El equipo cuenta
con 3 entradas de gases, siendo utilizadas para Argón (Ar), Nitrógeno (N2)
y un gas reactivo. En nuestro caso el gas reactivo fue oxígeno (O2). La
potencia es suministrada por una fuente de Radio Frecuencia (RF). El
vacío se logra con una bomba turbomolecular que trabaja a revoluciones
superiores a los 2700 RPM y finalmente tiene un sistema cerrado de agua
de refrigeración para el control de temperatura en los blancos.
El proceso general para uso del sistema consiste de los siguientes
pasos:
1. Comprobar que se encuentren abiertas las válvulas del sistema de
refrigeración y el sistema funcione.
2. Observar que las válvulas de gases estén cerradas y los controles
apagados.
~ 24 ~
3. Se colocan las muestras dentro de la cámara de vacío y se cierra.
Los blancos no utilizados son tapados por la cortina para evitar
contaminación. El blanco a utilizar se deja expuesto.
4. Se inicia la bomba de vacío y se encienden los indicadores de
presión. El primero alcanza vacíos menores a 10-3 mbar, y el
segundo valores superiores.
5. Se espera hasta alcanzar un vacío en la cámara de 2x10-6 mbar.
6. Se coloca el substrato por debajo del blanco deseado y se coloca
la fuente de potencia en la posición del blanco a utilizar.
7. Alcanzado el vacío se abre la válvula del Ar y se fija una razón de
flujo de 5 sccm. También se abre la válvula de extracción de gases
de la cámara.
8. Con la razón de flujo de Ar estabilizada, se abre la válvula de
oxígeno y se fija el flujo deseado.
9. Cuando se estabilizan los gases, se proporciona una potencia de
10 a 15 W y se comienza a cerrar la válvula de extracción para
incrementar el número de partículas dentro de la cámara y se
pueda generar la descarga que forme el plasma.
10. Inmediatamente después de generar el plasma, se cierra la cortina
del blanco para evitar depósito sobre el substrato y se regula la
potencia transmitida, evitando potencia reflejada.
11. Se espera 5 minutos para que el blanco sea limpiado por el
bombardeo iónico (pre-sputtering).
12. Pasado el tiempo de pre-sputtering se abre la cortina y comienza el
depósito.
13. Para terminar el proceso de depósito sobre la muestra, se cierra la
cortina.
14. A continuación se disminuye la potencia a cero, provocando la
pérdida del plasma.
15. Sin plasma, se cierra las válvulas de oxígeno y argón. Se espera
que se estabilice la presión dentro de la cámara, hasta alcanzar la
presión de 2x10-6 mbar.
~ 25 ~
16. Una vez alcanzada la presión, se repite el proceso desde el punto
6.
4.1.1 Películas de SiOx
Los substratos utilizados en el depósito de las películas SiOx fueron de
silicio (100) tipo n con resistividad > 2000 Ω-cm, con una dimensión de 3.5
cm x 3.5 cm. Los blancos utilizados fueron: silicio (Si) y monóxido de
silicio (SiO).
Con ambos blancos (Si y SiO), la potencia de depósito fue de 50 W y
se agregó O2. La razón de flujo de oxígeno de 0 a 2 sccm. En la tabla 4.1
se resumen las condiciones de depósito.
Tabla 4.1. Condiciones de depósito de películas SiOx
Blanco Flujo de Ar
[sccm] Potencia
[W] Tiempo
Depósito [min] Vacío durante
Depósito [mbar] Flujo de O2 [sccm]
Si
5 50 5 8
0
Si 1
Si 1.5
Si 2
SiO 0
SiO 1
SiO 1.5
SiO 2
4.1.2 Películas de SnOx
En las películas de SnOx se utilizó substratos de silicio (100) tipo p con
resistividad 10 a 20 Ω-cm. El blanco utilizado fue estaño (Sn). Se varió la
potencia y la razón de flujo de oxígeno, con la finalidad de encontrar las
condiciones óptimas para obtener espesores cercanos a 20 nm. La
~ 26 ~
elección del tipo de substrato es para realizar mediciones eléctricas. Las
condiciones de depósito se resumen en la tabla 4.2.
Tabla 4.2. Condiciones de depósito de películas SnOx
Blanco Flujo de Ar
[sccm] Potencia
[W] Tiempo
Depósito [min] Vacío durante
Depósito [mbar] Flujo de O2 [sccm]
Sn 5
20
5 8
1.5
20 1.5
20 4
20 4
30 4
30 4
40 4
40 4
100 1.5
4.2 Tratamientos térmicos
Se realizaron 3 tratamiento térmicos para las películas de SiOx y 2
tratamientos térmicos para las películas de SnOx. Las muestras antes de
ser recocidas fueron sometidas a la primera etapa de una limpieza
estándar MOS, conocida también como desengrasado. La limpieza
consiste de 10 minutos en tricloroetileno (TCE) sobre vibrador, seguido de
10 minutos en acetona sobre el vibrador, finalmente 3 enjuagues en agua
des-ionizada y secado en centrifuga.
En el caso de las muestras de SiOx, las temperaturas de aleación
elegidas fueron: 600 ºC, 900 ºC y 1100 ºC; con un tiempo de recocido de
30 minutos cada uno de ellos, en ambiente de nitrógeno con un flujo de 2
litros/min. Los tratamientos se realizaron en un horno de tubo de cuarzo
calentados por resistencias.
Por otro lado, las películas de SnOx se sometieron a un tratamiento
térmico a 600 ºC en ambiente de nitrógeno durante 30 min y un segundo
~ 27 ~
tratamiento a 700 ºC en vacío. Estudios previos mostraron que en
estructuras basadas en SiO2-Sn, la respuesta luminiscente mejora para
aleaciones a 600 ºC en ambiente de N2 y a 700 ºC en vacío. En ambos
casos, al superar esa temperatura la intensidad disminuye [30].
4.3 Caracterización
4.3.1 Óptica y Morfológica
ELIPSOMETRÍA. En caracterización por elipsometría se utilizó un
elipsómetro nulo Gaertner L117 con un laser de He-Ne con longitud de
onda de 638.2 nm, el cual permite determinar espesor (th) e índice de
refracción (η). Es necesario encender el equipo 30 minutos antes de
realizar alguna medición para que alcanzar estabilidad térmica.
FTIR. Un sistema Brucker modelo Vector 22 se utilizó en la
caracterización de espectroscopia infrarroja. En este caso el proceso
antes de medir es más largo. Primero se prende el equipo y espera 2
horas. Cumplidas las 2 horas, se abre la válvula del flujo de N2 y se fija a
60 sccm. Se debe esperar 1 hora más antes de realizar la primera
medición. Lo anterior es con la finalidad de crear un ambiente inerte que
no interactúe con la señal del infrarrojo. Como último, después de cada
medición se debe esperar 5 minutos para realizar una nueva. El barrido
del espectro será de 4000 a 400 cm-1.
FL. El espectro de fotoluminiscencia se obtuvo usando un
espectrómetro Horiba Jovin Yvon, modelo FluroMax3, con una lámpara de
xenón como fuente y un tubo foto-multiplicador como detector. Las
condiciones en pruebas de emisión fueron: longitud de excitación de 270
nm y un barrido de emisión de 370 nm a 1000 nm.
~ 28 ~
AFM. Para determinar la morfología de la superficie de las
películas se utilizó un Microscopio de Fuerza Atómica Nanosurf
easyScan. Con un área de escaneo de 5 µm x 5 µm, en modo de no
contacto.
En todas las técnicas se realizaron 5 mediciones por muestra. 1 al
centro, 2 a los costados y las 2 restantes arriba y abajo. El proceso de
caracterización óptica por las 4 técnicas se realizó antes y después de
cada tratamiento térmico.
4.3.2 Caracterización Eléctrica
La caracterización eléctrica se llevó a cabo mediante la obtención
de curvas Capacitancia – Voltaje (C-V) y Corriente – Voltaje (I-V).
La primera de ellas se realizó en un sistema de medición C-V
simultáneo Keithley modelo 82-WIN, contando con los siguientes
elementos:
1. Analizador CV Keithley modelo 590. Proporciona una señal de
alta frecuencia de 100 KHz o 1 MHz y mide la capacitancia en
función del voltaje.
2. Medidor cuasi-estático Keithley modelo 595 CV. Cuenta con
una fuente de baja frecuencia de 10 Hz y mide la capacitancia
en función del voltaje. También puede medir la corriente de fuga
del dispositivo.
3. Fuente de voltaje programable Keithley modelo 230-1. Con un
rango de polarización de ±100 V.
4. Acoplador remoto Keithley modelo 5951. Consiste de la
circuitería necesaria para realizar mediciones en alta y baja
frecuencia de manera simultánea.
~ 29 ~
5. Software Interactivo de caracterización (Metrics ICS). Consiste
de la interfaz para la adquisición de datos, análisis y
configuración de la prueba.
6. Controlador del sistema (computadora personal)
El sistema cuenta con un programa llamado Metrics ICS para
configurar el tipo de medición a realizar, ya sea baja o alta frecuencia o
simultaneas, además del intervalo de voltaje, el paso y el retardo en cada
punto. Al término de la medición el software puede entregar resultados de
parámetros, como son espesor de óxido, voltaje y capacitancia de banda
plana, atrapamiento de carga, etc. Para comenzar con las mediciones es
necesario encender el equipo con 1 hora de anterioridad.
La caracterización I-V se realizó utilizando un electrómetro 6517A
del fabricante Keithley (ver fig. 4.1). Este instrumento mide la intensidad
de corriente que circula a través de un circuito, adquiere la información
mediante un convertidor analógico-digital (AD) y finalmente es procesada
por un microprocesador.
Figura 4.1. Electrómetro modelo 6517A.
Las características del equipo se muestran en la tabla 4.3. La
conexión y encendido del instrumento se debe realizar con 1 hora de
anterioridad para alcanzar estabilidad térmica. El tipo de conexión fue
mediante 4 líneas; 2 para fuente y 2 para electrómetro.
~ 30 ~
Tabla 4.3. Características de electrómetro modelo 6517A.
Característica Rango Mínimo Rango Máximo
Voltaje 10μV 200V
Corriente 100aA 20mA
Resistencia 1 Ω 1017 Ω
Carga 20fC 2μC
Voltaje de Fuente 100V 1000V
En la figura 4.2 se aprecia el esquema de conexión de las
terminales en modo 4 líneas.
Figura 4.2. Diagrama de conexión del electrómetro al dispositivo de prueba [57].
La caracterización eléctrica se realizó en estructuras tipo MOS
Al/SiOx/Si y Al/SnOx/Si, al final de los tratamientos térmicos. La
descripción de las estructuras se presenta en el apartado 5.2 en conjunto
con los resultados de la caracterización eléctrica. Se midieron 5
estructuras por muestra, distribuidos 1 al centro, 2 a los lados, 1 arriba y
otro abajo.
~ 31 ~
CAPÍTULO 5. RESULTADOS Y ANÁLISIS
5.1 Caracterización óptica y morfológica
En esta sección se presentan los resultados de caracterización por
elipsometría, FTIR, FL y AFM, para las capas de SiOx y SnOx, antes y
después de cada tratamiento térmico.
5.1.1 Resultados de Elipsometría
Películas de SiOx
En la tabla 5.1 se encuentran los espesores de las películas de
SiOx obtenidos mediante elipsometría.
Tabla 5.1. Resultados de espesor e índice de refracción para muestras de SiOx
recién depositadas.
Flujo de O2
[sccm]
Flujo de Ar
[sccm] Blanco
Espesor
[nm]
Índice de
Refracción
Razón de Depósito
[nm/min]
0
5
Si
------ ------ ------
1 21.5 ± 0.4 1.55 ± 0.04 4.30
1.5 17.4 ± 2.3 1.57 ± 0.18 3.84
2 15.1 ± 1.6 1.73 ± 0.22 3.02
0
SiO
49.0 ± 1.0 1.64 ± 0.02 9.80
1 19.2 ± 1.4 1.61 ± 0.09 3.84
1.5 16.1 ± 3.4 1.69 ± 0.27 3.22
2 11.1 ± 0.6 1.82 ± 0.19 2.22
Como se puede observar en la tabla 5.1, para el caso de la película
depositada sin flujo de O2 (F-O2) y blanco de Si, no fue posible obtener el
espesor e índice de refracción mediante ésta técnica, ya que se tiene una
película de silicio depositada sobre un substrato de Si. En los casos
restantes si fue posible realizar la caracterización. Los espesores ópticos
medidos en las películas obtenidas con blanco de Si se encuentra dentro
~ 32 ~
de un rango de 15 a 21 nm, siendo un F-O2 de 1 sccm el que obtuvo el
espesor más cerca a 20 nm.
Conociendo el espesor y tiempo se depósito se calculó la razón de
depósito y se comparó respecto del F-O2 para conocer como era su
tendencia. Se utilizaron espesores promedio y tiempo de depósito de 5
min. En la figura 5.1 se presenta la tendencia en la razón de depósito para
ambos blancos.
1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
Ra
zó
n d
e D
ep
ós
ito
(n
m/m
in)
Flujo de Oxígeno (sccm)
Blanco de Si
Blanco de SiO
Figura 5.1. Razón de depósito contra flujo de O2 utilizado durante el depósito, para
blanco de Si y SiO.
En la fig. 5.1 se observa que mayores razones de depósito se
obtienen para el blanco de Si y que el incremento en el flujo de oxígeno
(F-O2) disminuye la razón de depósito.
Otra propiedad obtenida por elipsometría es el índice de refracción
(η), el cual cambió con los tratamientos térmicos. En la fig. 5.2 se muestra
el comportamiento del η contra el F-O2, para antes y después de cada
tratamiento térmico en las muestras depositadas con blanco de Si. Para
las películas recién depositadas, el índice de refracción tiene grandes
~ 33 ~
variaciones y se observa un incremento en el valor promedio del índice al
aumentar el F-O2. Con los tratamientos térmicos se modificó este
comportamiento. Sólo después del TT a 1100 ºC se obtuvo una menor
variación, además de que el valor del η disminuye al aumentar el F-O2.
También se aprecia que el índice de refracción se encuentran cercanos a
1.46, valor del índice de refracción del SiO2.
1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0 Sin tratamiento térmico (TT)
TT a 600 ºC, 30 min en N2
TT a 900 ºC, 30 min en N2
TT a 1100 ºC, 30 min en N2
Índ
ice
de
Re
fra
cc
ión
Flujo de Oxígeno (sccm)
Figura 5.2. Gráfica del índice de refracción contra del flujo de O2 utilizado durante
el crecimiento de muestras de SiOx depositadas con blanco de Si.
En el caso de las películas SiOx depositadas con blanco de SiO se
obtuvieron espesores de 11 a 19 nm para los diferentes F-O2. Es el flujo
de oxígeno cercano a 1 sccm el que obtiene un espesor cercano a 20 nm
(ver tabla 5.1). A partir de estos espesores se determinó la razón de
depósito, donde la tendencia se presenta en la fig. 5.1. Se puede apreciar
que la razón de depósito disminuye con el aumento en el flujo de oxígeno,
además las muestras depositadas con blanco de SiO tienen menores
razones de depósito respecto a las obtenidas con blando de Si.
En la figura 5.3 se muestra la variación del índice de refracción en
películas depositadas con blanco de SiO. Recién depositadas, el η
~ 34 ~
aumenta conforme aumenta el flujo de O2, además de tener grandes
variaciones. Después de los tratamientos térmicos las películas de SiOx
tienen valores cercanos al SiO2 y la variación disminuye
considerablemente, sin embargo se sigue observando que el incremento
en el flujo de O2 propicia un incremento en la variación del índice de
refracción. En el caso de la película depositada sin flujo de oxígeno el
valor del índice de refracción se mantuvo sin cambios significativos con
los tratamientos térmicos (ver fig. 5.3).
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3 Sin tratamiento Térmico (TT)
TT a 600 ºC
TT a 900 ºC
TT a 1100 ºC
Índ
ice
de
Re
fra
cc
ión
Flujo de Oxígeno (sccm)
Figura 5.3. Gráfica del índice de refracción contra del flujo de O2 utilizado durante
el crecimiento de muestras de SiOx depositadas con blanco de SiO.
Los espesores obtenidos se encontraron cercanos al espesor de
interés (20 nm) en películas de ambos blancos, con razones de
crecimiento bajas que permiten un buen control en el proceso. El índice
de refracción obtenido en películas sin tratamiento térmico (TT) concuerda
con trabajos previos donde forman capas de SiOx mediante el bombardeo
de un blanco de SiO2 y una mezcla de H2 con argón para formar el
plasma, donde el hidrógeno remueve oxígeno para formar óxido fuera de
estequiometría [42]. Además los valores del índice de refracción son
~ 35 ~
superiores al índice del SiO2 e inferiores al índice de refracción del SiO,
que se encuentra entre 1.8 y 2 [43, 48].
Después que las muestras recién depositas fueron analizadas, se
sometieron a los tratamientos térmicos. El resultado del índice de
refracción de las películas de SiOx después de cada aleación se resume
en la tabla 5.2.
Tabla 5.2. Resultados de índice de refracción para muestras de SiOx recién
depositadas (STT) y después de cada Tratamiento Térmico (TT).
F. de O2
[sccm] Blanco
Espesor
[nm]
η
STT
η
TT a 600
ºC
Η
TT a 900
ºC
η
TT a 1100
ºC
0
Si
------ ------ ------ ------ ------
1 21.5 ± 0.4 1.552 ±
0.044
1.352 ±
0.120
1.444 ±
0.062
1.468 ±
0.021
1.5 17.4 ± 2.3 1.577 ±
0.181
1.431 ±
0.106
1.413 ±
0.094
1.446 ±
0.019
2 15.1 ± 1.6 1.738 ±
0.221
1.573 ±
0.102
1.472 ±
0.076
1.437 ±
0.027
0
SiO
49.0 ± 1.0 1.644 ±
0.024
1.609 ±
0.103
1.634 ±
0.030
1.648 ±
0.011
1 19.2 ± 1.4 1.615 ±
0.097
1.851 ±
0.055
1.387 ±
0.032
1.457 ±
0.026
1.5 16.1 ± 3.4 1.695 ±
0.274
1.544 ±
0.172
1.377 ±
0.091
1.450 ±
0.056
2 11.1 ± 0.6 1.828 ±
0.196
1.875 ±
0.301
1.397 ±
0.137
1.464 ±
0.134
En las películas recién depositadas, el índice de refracción
aumenta conforme aumenta el flujo de O2 y es mayor comparado al
obtenido después de los tratamientos térmicos. Al someter las películas a
tratamientos térmicos, el índice de refracción tiende al del SiO2 (η = 1.460
~ 36 ~
[41]) y con menor variación (ver tabla 5.2), en muestras de ambos
blancos.
Películas de SnOx
En el caso de las muestras de SnOx, algunas de ellas no fue
posible obtener el espesor mediante elipsometría, para ello se utilizó
perfilometría. Esta medición se pudo realizar debido a que durante el
depósito se colocó un pedazo muy pequeño de oblea sobre el substrato,
quedando un lugar sin depósito de material que forma un escalón. En la
tabla 5.3 se encuentra el resumen de los espesores obtenidos. En el caso
de las muestras con 1.5 sccm de flujo de O2 y con un potencia de
depósito de 20 W (2 primeros renglones de la tabla 5.3) el sistema no fue
estable, debido a que el espesor cambio en un orden de magnitud y no
hubo reproducibilidad. En el caso del mismo flujo y potencia de depósito
de 100 W (último renglón de la tabla 5.3), la razón de depósito fue de 110
nm/min, superior en un orden de magnitud a la buscada (~4 nm/min). Por
lo anterior los resultados de estas muestras no se consideran confiables.
Sin embargo los resultados se presentarán con la reserva del caso.
Tabla 5.3. Resultados de espesor e índice de refracción para muestras de SnOx
recién depositadas.
Flujo de
O2 [sccm]
Flujo de
Ar [sccm]
Potencia
[W]
Espesor
[nm]
Índice de
Refracción
Razón de Depósito
[nm/min]
1.5
5
20 150.0 ±
5.0 -----------
30.00
1.5 20 27.5 ± 2.5 ----------- 5.50
4 20 15.7 ± 0.3 1.43 ± 0.06 3.14
4 20 14.0 ± 2.5 1.47 ± 0.16 2.80
4 30 23.5 ± 0.6 1.79 ± 0.03 4.70
4 30 27.5 ± 2.5 ----------- 5.50
4 40 48.6 ± 0.3 1.91 ± 0.01 9.72
4 40 45.0 ± 5.0 2.47 ± 0.01 9.00
1.5 100 550.0 ±
10.0 -----------
110.00
~ 37 ~
Se estudió la tendencia del espesor respecto de la potencia en las
muestras depositadas con un F-O2 de 4 sccm. Considerando el espesor
promedio en las películas, se obtuvo la tendencia en la razón de depósito
presentada en la fig. 5.4. En ella se encuentra dos curvas, puesto que se
repitió 1 vez cada potencia para observar reproducibilidad.
20 25 30 35 40
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Ra
zó
n d
e D
ep
ós
ito
(n
m/m
in)
Potencia (W)
Corrida 1
Corrida 2
Figura 5.4. Razón de depósito respecto de la potencia de depósito, para las
muestras de SnOx, con un flujo de O2 de 4 sccm.
Se aprecia pequeñas variaciones en el proceso, por lo cual es
reproducible. Además se encontró que el intervalo de potencia para
obtener espesores cercanos a 20 nm por 5 minutos de depósito se
encuentra dentro de un rango de 20 a 30 W.
El otro parámetro determinado por elipsometría es el índice de
refracción. Los resultados obtenidos en las películas de SnOx recién
depositas se muestra en la tabla 5.4. Algunos espacios no muestran algún
valor debido a que esta técnica de caracterización no arrojó resultados.
Después del TT a 600 ºC, se repitió el procedimiento de caracterización
en todas las muestras, obteniendo nuevos resultados en las películas de
SnOx. Algunos valores obtenidos se encuentran por debajo a valores
~ 38 ~
reportados entre 2 y 2.6 en películas de SnO [44] y de 1.8 a 2 para SnO2
obtenido por evaporación de haz de electrones [60], lo cual puede ser un
indicador de la naturaleza porosa de las películas a causa de la técnica de
depósito.
Tabla 5.4. Resultados de índice de refracción para muestras de SnOx recién
depositadas (STT) y después del Tratamiento Térmico (TT) a 600 ºC en N2.
Flujo de O2
[sccm]
Potencia de
depósito [W] Espesor [nm]
η
STT
η
TT a 600 ºC
1.5 20 150.0 ± 5.0 ----------- 2.489 ± 0.104
1.5 20 27.5 ± 2.5 ----------- -----------
4 20 15.7 ± 0.3 1.437 ± 0.063 1.417 ± 0.017
4 20 14.0 ± 2.5 1.472 ± 0.165 1.463 ± 0.131
4 30 23.5 ± 0.6 1.795 ± 0.038 -----------
4 30 27.5 ± 2.5 ----------- 1.898 ± 0.291
4 40 48.6 ± 0.3 1.914 ± 0.007 -----------
4 40 45.0 ± 5.0 2.470 ± 0.007 1.819 ± 0.047
1.5 100 550.0 ± 10.0 ----------- -----------
También se encontró que los resultados de muestras depositadas
con F-O2 de 4 sccm y misma potencia tienen valores de índice de
refracción similares. Lo anterior se conserva inclusive después del
tratamiento térmico. Además se observa que el valor del índice de
refracción aumenta para mayores potencias y este comportamiento se
conserva después del tratamiento térmico a 600 ºC.
5.1.1 Resultados de FTIR
Películas de SiOx
En el caso de las muestras de SiOx se estudió la respuesta para
cada blanco utilizado (Si y SiO). En la figura 5.5 (a) se encuentra el
espectro obtenido para las películas de SiOx recién depositadas, crecidas
con blanco de Si. En ella se observa que el aumento del F-O2 fomenta
~ 39 ~
una mayor formación de enlaces Si-O. En esa misma gráfica se señalan 5
picos principales que se han encontrado en películas de SiOx depositadas
por diferentes técnicas [25, 31, 32, 33].
a) b)
Figura 5.5. Espectro de absorción en a) muestras con diferente flujo de O2 de
depósito sin tratamiento térmico (STT) y b) en muestra con un flujo de O2 de 2
sccm utilizado durante el depósito y diferentes tratamientos térmicos. En ambos
casos blanco fue de Si.
En la segunda imagen, correspondiente a la fig. 5.5 (b), se muestra
cómo evoluciona la película depositada con un F-O2 de 2 sccm y blanco
de Si con cada tratamiento térmico. Se observa un incremento en la
magnitud de los picos asociados a los modos estiramiento simétrico (3)
[symetric stretching], balanceo (1) [rocking] y enlaces Si – Si (5) [Oxygen’s
Vacancies]; mientras el modo estiramiento asimétrico [asymetric
stretching] (4) se desvanece y el modo doblamiento (2) [bending] se
conserva.
Los espectros de la figura 5.6 muestran la evolución de todas las
muestras después de cada tratamiento térmico (TT). En general, con cada
TT incrementó los modos de vibración estiramiento simétrico y balanceo
para enlaces Si – O, indicando un cambio gradual de la matriz fuera de
estequiometría (SiOx) hacia una matriz en estequiometría (SiO2). Sin
embargo unas muestras tuvieron incremento del modo estiramiento
asimétrico y disminución del modo enlace Si – Si (curvas en negro y verde
~ 40 ~
de fig. 5.6), indicando que existe una descomposición de enlaces Si – Si e
incremento en el número de enlaces Si – O del modo estiramiento
asimétrico, relacionado con una matriz de óxido fuera de estequiometría
(SiOx, x<2) [31, 32].
a) b)
c)
Figura 5.6. Espectros de absorción para muestras depositadas usando blanco de
Si con diferentes flujos de O2, para tratamiento térmico a: a) 600, b) 900 y c) 1100
ºC, 30 minutos en N2 cada uno
En la figura 5.7(a) se ilustran los espectros de absorción para las
muestras depositadas usando blanco de SiO. Se aprecia que el modo de
vibración estiramiento simétrico (3) y balanceo (1) disminuyen su
magnitud conforme aumenta el flujo de oxígeno, mientras el modo
estiramiento asimétrico (4) aumenta conforme aumenta el flujo de
oxígeno, es decir que utilizando un blanco de SiO la película se aleja de
estequiometría al incrementar el flujo de oxígeno, siendo la película con
~ 41 ~
un flujo de oxígeno de 2 sccm la que tiene un hombro más prominente del
modo estiramiento asimétrico (4).
a) b)
Figura 5.7. Espectro de absorción en a) muestras con diferente flujo de O2 sin
tratamiento térmico (STT) y b) en muestra con un flujo de O2 de 2 sccm con
diferentes tratamientos térmicos. En ambos casos blanco de SiO.
Al someter las muestras a altas temperaturas se promueve la
formación de una matriz cercana a estequiometría, aumentando en
magnitud los modos estiramiento simétrico (3), doblamiento (2) y balanceo
(1). En el caso de muestras depositadas en presencia de oxígeno, el
hombro relacionado a una matriz fuera de estequiometría (4) se pierde
con dichos tratamientos (ver fig. 5.7 (b)), mientras la muestra crecida sin
presencia de oxígeno conservó e incrementó el hombro estiramiento
asimétrico (4), representando un incremento en la matriz fuera de
estequiometría. Lo anterior también se puede apreciar en los espectros de
la figura 5.8, donde se presentan los resultados de absorción después de
cada tratamiento térmico de las muestras SiOx depositadas con blanco de
SiO.
De los resultados obtenidos se determinó que las películas de SiOx
presentan modos de vibración relacionados a una matriz en y fuera de
estequiometría, indistintamente del blanco utilizado. Entre películas del
blanco de Si y SiO recién depositadas se muestra una dependencia
contraria al F-O2, ya que para el blanco de Si el aumento en el F-O2
~ 42 ~
promueve modos de vibración asociados a un óxido en estequiometría
[13, 25, 31, 33], mientras que en las muestras del blanco de SiO el
aumento de F-O2 promueve la formación de un óxido fuera de
estequiometria.
a) b)
c)
Figura 5.8. Espectros de absorción para muestras depositadas usando blanco de
SiO con diferentes flujos de O2, para tratamiento térmico a: a) 600, b) 900 y c) 1100
ºC, 30 minutos en N2 cada uno.
Después de los tratamientos térmicos, en muestras de ambos
blancos, se observa que los modos estiramiento simétrico y balanceo
tienden a longitudes de onda reportados para SiO2 [13, 25, 31, 33], con lo
que se concluye que la matriz tiende a la estequiometría. Además se
encontró que las magnitudes en los modos antes mencionados eran
mayores para menores F-O2 durante el depósito, siendo las muestras más
cercanas a SiO2 las depositadas con un F-O2 de 1 sccm para ambos
blancos. Sólo en la muestra crecida sin flujo de oxígeno y blanco de SiO
~ 43 ~
se observa modos de vibración relacionados con una matriz fuera de
estequiometría y se conservaron después de los tratamientos térmicos, lo
que implica un posible exceso de Si [13].
Tabla 5.5. Resumen del número de onda de los modos de vibración antes y
después de cada tratamiento térmico (TT) en muestras de blanco de Si.
F-O2 [sccm] STT TT a 600 ºC TT a 900 ºC TT a 1100 ºC
Balanceo (1) [cm-1]
0 -----
455
453
453 1
453 455
1.5 453
2 455 455
Doblamiento (2) [cm-1]
0 ----- -----
812
831
1
818 808 812 1.5
2
Estiramiento Simétrico (3) [cm-1]
0 ----- 1035 1045 1076
1
1055 1059 1070 1076 1.5
2
Estiramiento Asimétrico (4) [cm-1]
0 ------- ------- ------- 1232
1
1180 1166
1166 -------
1.5 1228 1228
2 ------- -------
Enlaces Si – Si (5) [cm-1]
0
669 671
669
669 1 -----
1.5 669
2
~ 44 ~
En la tabla 5.5 y 5.6 se presentan un resumen algunos modos de
vibración, indicando el número de onda en el cual se localizan antes y
después de cada tratamiento térmico.
Tabla 5.6. Resumen del número de onda de los modos de vibración antes y
después de cada tratamiento térmico (TT) en muestras de blanco de SiO.
F- O2 [sccm] STT TT a 600 ºC TT a 900 ºC TT a 1100 ºC
Balanceo (1) [cm-1]
0 418 445 459
453 1
455 455 455 1.5
2 451 453 459
Doblamiento (2) [cm-1]
0 818 802 812 810
1
812 808 810
812 1.5
2 812
Estiramiento Simétrico (3) [cm-1]
0 1024 1035 1053 1066
1
1055 1060 1070 1076 1.5
2
Estiramiento Asimétrico (4) [cm-1]
0 -------
-------
1228 1232
1
1190
-------
------- 1.5 1232
2 -------
Enlaces Si – Si (5) [cm-1]
0 ----- ----- ----- -----
1
669 669 669 669
1.5
2 ----- ----- -----
~ 45 ~
Películas de SnOx
Los resultados de FTIR para las películas de SnOx se muestran en
las siguientes figuras. Los espectros de absorción de las muestras recién
depositas se encuentran en la fig. 5.9, donde se presenta una gráfica para
cada F-O2 (1.5 sccm y 4 sccm).
a) b)
Figura 5.9. Espectro de absorción de películas de SnOx depositadas con flujo de O2
de a) 1.5 sccm y b) 4 sccm, sin tratamiento térmico.
En los espectros de la fig. 5.9 se marcan dos intervalos. El (1) se
relaciona a modos de vibración de enlaces Sn – O y va de los 400 a 700
cm-1 [34,35]. El (2) se relaciona a modos de vibración de enlaces Sn – OH
y se encuentra de 1640 a 1746 cm-1 [35]. En las muestras de ambos F-O2
se aprecian modos de vibración en (1). En el caso de los modos de
vibración (2) se aprecia solamente en algunas muestras depositas con
flujo de O2 de 4 sccm (ver fig. 5.9 (b)).
En la figura 5.10 se observa los espectros de absorción después de
haber sometido las muestras a un tratamiento térmico a 600 ºC 30
minutos en N2. Se aprecia un incremento en magnitud de los modos (1)
para muestras de ambos F-O2 y un decremento en los modos (2). Lo
anterior indica que existe una descomposición de enlaces Sn-OH para la
formación de enlaces Sn-O, con promoción a una matriz de SnO2 [34].
~ 46 ~
a) b)
Figura 5.10. Espectro de absorción de películas de SnOx depositadas con flujo de
O2 de a) 1.5 sccm y b) 4 sccm, con tratamiento térmico a 600 ºC en N2.
El último tratamiento térmico solo modificó el espectro de absorción
de las muestras depositadas con un F-O2 de 1.5 sccm (ver fig. 5.11), las
cuales mostraron un incremento en el rango (1) y un alisado del rango (2).
Lo anterior representa la formación de enlaces Sn-O dentro de la matriz
SnOx [34, 35].
Figura 5.11. Espectro de absorción de películas de SnOx depositadas utilizando
flujo de O2 de 1.5 sccm, con tratamiento térmico a 700 ºC en vacío.
Para las películas de SnOx recién depositadas se observa la
formación de enlaces Sn-O y Sn-OH para muestras depositadas con F-O2
de 1.5 y 4 sccm. En ambos casos se observa que a mayor potencia de
depósito resulta una mayor magnitud en los modos de vibración (1), es
~ 47 ~
decir mayor número de enlaces Si-O. Con los tratamientos térmicos este
comportamiento se conserva, pero además se presenta una
descomposición de enlaces Sn-OH y un incremento en la densidad de
enlaces Sn-O, lo cual es un indicador de que las partes de la matriz
compuestas por SnOx tienden a ser SnO2 [34, 35].
5.1.2 Resultados de FL
Películas de SiOx
En la figura 5.12 se encuentran los espectros para las muestras de
SiOx depositadas utilizando el blanco de Si (a) y blanco de SiO (b), sin
tratamiento térmico. En ellas se aprecia una respuesta luminiscente en el
azul (430 nm) para las muestras depositadas con un F-O2 de 2 sccm, para
ambos blancos. La mayor emisión corresponde a la película depositada
con blanco de SiO.
400 500 600 700 800 900 1000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Inte
ns
ida
d (
u.
a.)
Longitud de Onda (nm)
Muestras de Blanco de Si
STT, con F. de O2:
0 sccm
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
400 500 600 700 800 900 1000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Inte
ns
ida
d (
u.
a.)
Longitud de Onda (nm)
Muestras de blanco de SiO
STT, con F. de O2:
0 sccm
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
a) b)
Figura 5.12. Respuesta luminiscente en películas de SiOx recién depositadas
con diferentes flujos de O2, utilizando blanco de a) Si y b) SiO.
Después del tratamiento térmico (TT) a 600 ºC, la respuesta
luminiscente se perdió. En la figura 5.13 (a) se puede observar que las
muestras depositadas con blanco de Si presentan una pequeña loma
entre 400 y 500 nm, la cual pudiera ser un error del equipo de medición y
no una respuesta luminiscente del material. En el caso de las películas
depositadas con blanco de SiO, la muestra depositada sin presencia de
~ 48 ~
oxígeno paso de no tener respuesta FL a emitir en azul-rojo, con un
ancho del espectro de 370 a ~800 nm (ver fig. 5.13 (b)).
400 500 600 700 800 900 1000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Inte
ns
ida
d (
u.
a.)
Longitud de Onda (nm)
Muestras de blanco de Si
TT a 600 ºC 30 min en N2,
con F. de O2:
0 sccm
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
400 500 600 700 800 900 1000
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
Inte
ns
ida
d (
u.
a.)
Longitud de Onda (nm)
Muestras de blanco de SiO
TT a 600 ºC, con F. de O2:
0 sccm
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
a) b)
Figura 5.13. Respuesta luminiscente, en películas de SiOx depositadas con
diferentes F-O2 y aleadas a 600 ºC en N2, usando blanco de a) Si y b) SiO.
El segundo tratamiento térmico presentó un incremento en la emisión
de la muestra depositada con blanco de SiO y sin flujo de oxígeno (ver fig.
5.14 (a)). Además provoco un cambio en la forma del espectro en la
muestra depositada con blanco de Si y flujo de 1 sccm de O2 (ver fig. 5.14
(b)), la cual se sigue atribuyendo a un error del equipo.
400 500 600 700 800 900 1000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Inte
ns
ida
d (
u.
a.)
Longitud de Onda (nm)
Muestras de blanco de Si
TT a 900 ºC, con F. de O2:
0 sccm
1 sccm
1.5 scc
2 sccm
400 500 600 700 800 900 1000
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
2400
2700
3000
3300
Inte
ns
ida
d (
u.
a.)
Longitud de Onda (nm)
Muestras de blanco de SiO
TT a 900 ºC, con F. de O2:
0 sccm
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
a) b)
Figura 5.14. Respuesta luminiscente en películas de SiOx depositadas con
diferentes F- O2 y aleadas a 900 ºC en N2, utilizando blanco de a) Si y b) SiO.
Finalmente en la fig. 5.15 se muestra el resultado del último
tratamiento térmico a 1100 ºC, donde incrementó al doble el espectro de
emisión de la muestra depositada con blanco de SiO y sin flujo de
~ 49 ~
oxígeno, mientras las películas depositadas utilizando el blanco de Si
presentan un espectro totalmente aplanado.
400 500 600 700 800 900 1000
0
600
1200
1800
2400
3000
3600
4200
4800
5400
6000
6600
7200
Inte
ns
ida
d (
u.
a.)
Longitud de Onda (nm)
Muestras de blanco de SiO
TT a 1100 ºC, con F. de O2:
0 sccm
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
Figura 5.15. Respuesta luminiscente en películas de SiOx depositadas con
diferentes F-O2 y aleadas a 1100 ºC en N2, utilizando blanco de SiO.
Los resultados muestran bajo qué condiciones de depósito y
tratamientos térmicos se obtiene una respuesta luminiscente. Las
primeras condiciones corresponden a las muestras recién depositadas
con un flujo de O2 de 2 sccm, para ambos blancos. Con el primer
tratamiento térmico las muestras que emitían se aplanaron, mientras la
capa depositada con blanco de SiO y sin F-O2 presentó un espectro de
emisión en el rango azul-rojo. El tercer tratamiento térmico incrementó la
respuesta luminiscente de esta muestra. Finalmente con el último TT a
1100 ºC, la muestra depositada sin presencia de O2 y blanco de SiO
incrementó al doble su espectro de emisión respecto del obtenido en el
TT anterior. Esta muestra fue la única que mantuvo una emisión a lo largo
de los tratamientos térmicos, presentándose en la figura 5.16 la respuesta
luminiscente antes y después de cada TT. Espectros similares se han
obtenido en películas de SiOx depositadas por diversas técnicas [8, 33]. El
pico máximo de emisión se encuentra entre 495 nm para después de los
dos primeros tratamientos y con el último TT (1100 ºC) el pico se movió a
485 nm. Estudios previos sobre la composición del SiO muestran que es
un material con gran cantidad de enlaces sueltos [25], con condiciones
energéticamente favorables para la formación de aglomerados con núcleo
~ 50 ~
de Si rodeado de SiO2. Al someter el material a tratamientos térmicos se
permite la nucleación de Si debido a la migración de O2 del centro a la
superficie del aglomerado [37], generando defectos radiativos.
400 500 600 700 800 900 1000
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
Inte
ns
ida
d (
u.
a.)
Longitud de Onda (nm)
Blanco de SiO con F. de O2
a 0 sccm, sin y con TT's
STT
TT a 600 ºC, 30 min en N2
TT a 900 ºC, 30 min en N2
TT a 1100 ºC, 30 min en N2
Figura 5.16. Respuesta luminiscente en película de SiOx depositada sin flujo de
oxígeno y blanco de SiO, con diferentes tratamientos térmicos.
Películas de SnOx
Para las películas de SnOx depositadas con flujo de O2 de 1.5 sccm se
presentan en la fig. 5.17 (a), donde se puede observar un espectro con
pico de emisión en el azul, sin presentar reproducibilidad en muestras
depositadas con una potencia de 20 W, siendo otro indicador de que bajo
estas condiciones el depósito no es efectivo. En el caso de las muestras
depositadas con F-O2 de 4 sccm se aprecia emisión en el rango 370 a
450 nm. Tampoco se observa reproducibilidad en la FL para muestras
depositadas con una misma potencia (ver fig. 5.17 (b)). Para los espectros
de emisión obtenidos para muestras de ambos F-O2 se consideró el pico
alrededor de los 400 a 500 nm como un error del equipo.
~ 51 ~
400 500 600 700 800 900 1000
100
200
300
400
500
600
700
800
Inte
ns
ida
d (
u.
a.)
Longitud de Onda (nm)
Flujo de O2 a 1.5 sccm
STT y potencias de:
20 W - 1
20 W - 2
100 W
400 500 600 700 800 900 1000
100
200
300
400
500
600
700
800
Inte
ns
ida
d (
u.
a.)
Longitud de Onda (nm)
Flujo de O2 de 4 sccm
STT y potencias de:
20 W - 1
20 W - 2
30 W - 1
30 W - 2
40 W - 1
40 W - 2
a) b)
Figura 5.17. Respuesta luminiscente en películas de SnOx recién depositadas
utilizando flujo de oxígeno de a) 1.5 sccm y b) 4 sccm.
En la figura 5.18 se muestran los resultados de emisión, después de
haber sometido las películas de SnOx a tratamientos térmicos. Solamente
la película depositada con un F-O2 de 1.5 sccm y potencia de 100 W tuvo
respuesta luminiscente después del TT a 600 ºC en N2 (ver fig. 5.18 (a)),
cuyo espectro coincide con resultados obtenidos para nano-estructuras en
forma de hueso de pescado de SnO2 [19, 45]. En el caso de las muestras
depositadas con un F-O2 de 4 sccm no se obtuvo respuesta FL.
400 500 600 700 800 900 1000
100
200
300
400
500
600
700
800
Inte
ns
ida
d (
u.
a.)
Longitud de Onda (nm)
Flujo de O2 de 1.5 sccm
TT a 600 ºC en N2 y potencias de:
20 W - 1
100 W
400 500 600 700 800 900 1000
300
600
900
1200
1500
1800
2100
Inte
ns
ida
d (
u.
a.)
Longitud de Onda (nm)
Flujo de O2 de 1.5 sccm
TT a 700 ºC en vacio y potencias de:
20 W - 1
100 W
a) b)
Figura 5.18. Respuesta luminiscente en películas de SnOx depositadas con
flujo de oxígeno de 1.5 sccm y TT’s en a) N2 a 600 ºC y b) Vacío a 700 ºC.
El último tratamiento térmico a 700 ºC en vacío no produjo cambio en
el espectro de emisión de muestras depositadas con flujo de 4 sccm de
O2. En el caso de las películas depositadas con flujo de O2 (F-O2) de 1.5
~ 52 ~
sccm (ver fig. 5.18 (b)) hubo cambio en el espectro de la primera muestra
depositada con una potencia de 20 W, mostrando un espectro con picos
de emisión en el azul (~ 398 nm) y en el límite rojo-infrarrojo cercano
(~778 nm), resultados que concuerdan con datos previamente reportados
en la literatura [19]. Por otro lado, el espectro de la muestra depositada
con una potencia de 100 W se aplanó. Lo anterior se puede observar en
la figura 5.18 (b).
Los resultados muestran que las películas depositadas con flujo de
4 sccm no presentan emisión antes y después de ser aleadas. En el caso
de algunas películas depositadas con un F-O2 de 1.5 sccm presentaron
FL antes y después de los tratamientos térmicos, sin embargo, aún
cuando se presentan los resultados, es preciso recalcar que sus
condiciones de depósito hacen un depósito inefectivo. Es necesario
realizar más investigación para encontrar las condiciones de depósito
para un crecimiento estable y que la película tenga una respuesta
luminiscente en el visible.
5.1.3 Resultados de AFM
Los resultados de rugosidad e imágenes en 3D y 2D de la
superficie de las capas de SiOx y SnOx obtenidos mediante AFM se
presentan a continuación.
Películas de SiOx
En la figura 5.19 se presentan imágenes 3D y la evolución de la
rugosidad de la película de SiOx depositada con F-O2 de 2 sccm y blanco
de Si antes y después de cada tratamiento. Al término del primer
tratamiento térmico la película presentó un alisado de la superficie,
conservándose a lo largo de los tratamientos restantes (ver fig. 5.20). El
valor final de rugosidad fue de 3.99 nm.
~ 53 ~
a)
b)
c)
d)
Figura 5.19. Imágenes en 3D y 2D de la superficie de la película depositada con
blanco de Si y F-O2 de 2 sccm, sin TT (a), TT a 600 ºC (b), TT a 900 ºC (c) y TT a
1100 ºC (d).
~ 54 ~
En la figura 5.20 se muestra la tendencia en la rugosidad promedio
a lo largo de los tratamientos térmicos de las capas de SiOx depositadas
con blanco de Si. En esta imagen se aprecia que en las películas
depositadas, en presencia de oxígeno, conforme aumenta el flujo se
obtiene mayor rugosidad. Ésta relación entre F-O2 y rugosidad cambia
después de los recocidos a 600 ºC y 900 ºC, reapareciendo después del
último TT a 1100 ºC. También se observa como disminuye la rugosidad
promedio después del TT a 600 ºC, conservándose del mismo orden con
los subsecuentes recocidos, indicando un alisado de la superficie.
0 200 400 600 800 1000 12000
2
4
6
8
10
12
Ru
go
sid
ad
pro
me
dio
(n
m)
Tratamiento Térmico (ºC)
Muestras Blanco de Si
depositadas con F-O2 de:
0 sccm
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
Figura 5.20. Gráfica de rugosidad promedio para las películas depositadas con
blanco de Si, después de cada tratamiento térmico.
En la fig. 5.21 se presentan las imágenes 3D y 2D de la superficie
de la película depositada con blanco de SiO y F-O2 de 2 sccm. Ésta
imagen presenta la evolución típica de la rugosidad de las películas de
SiOx depositadas con blanco de SiO después de los tratamientos
térmicos. Se puede observar que la muestra presentó un alisado de la
superficie con los tratamientos térmicos. Se obtuvo una rugosidad
promedio entre ~ 2.7 y 3.7 nm después del TT a 1100 ºC.
~ 55 ~
a)
b)
c)
d)
Figura 5.21. Imágenes en 3D y 2D de la superficie de las películas depositadas con
blanco de SiO y flujos de O2 de 2 sccm, sin TT (a), TT a 600 ºC (b), TT a 900 ºC (c) y
TT a 1100 ºC (d).
~ 56 ~
En la fig. 5.22 se presenta la tendencia de las capas de SiOx
depositadas con blanco de SiO. No es posible apreciar una relación entre
rugosidad y F-O2 en las películas recién depositadas, sin embargo
después del TT a 1100 ºC se observa que mientras mayor sea el F-O2
durante el depósito, mayor será la rugosidad. Las muestras recién
depositadas tienen valores de rugosidad promedio mayor respecto a la
rugosidad promedio después del TT a 1100 ºC, observándose un alisado
de la superficie. Ahora los valores de rugosidad quedan cercanos a 3 nm
para las películas de SiOx.
0 200 400 600 800 1000 12002
4
6
8
10
12
14
16
Ru
go
sid
ad
Pro
me
dio
(n
m)
Tratamiento Térmico (ºC)
Muestras Blanco de SiO
depositadas con F-O2 de
0 sccm
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
Figura 5.22. Gráfica de rugosidad promedio para las películas depositadas con
blanco de Si0, después de cada tratamiento térmico.
La rugosidad promedio en las películas de SiOx disminuyó después
de alearlas a altas temperaturas, indistintamente del blanco utilizado. Esto
probablemente se debe al hecho de que el material se relajó y con esto se
produjo la disociación de grandes aglomerados y de esta forma se
obtienen valles y crestas más homogéneos a lo largo de la superficie del
material [38, 56]. Muestras, de ambos blancos, tuvieron una rugosidad
promedio entre 1.7 a 3.9 nm después del TT a 1100 ºC, con mayor
desviación estándar en las muestras depositadas con el blanco de Si. En
~ 57 ~
la tabla 5.7 se resumen los valores de rugosidad para las capas de SiOx
antes y después de cada tratamiento térmico.
Tabla 5.7. Resultados de rugosidad en películas de SiOx antes y después de cada
tratamiento térmico (TT).
Flujo de
O2
[sccm]
Blanco Rugosidad
STT [nm]
Rugosidad TT
600ºC [nm]
Rugosidad TT
900ºC [nm]
Rugosidad TT
1100ºC [nm]
0
Si
9.52 ± 1.32 3.74 ± 0.63 2.64 ± 0.57 1.48 ± 0.64
1 3.86 ± 0.21 1.96 ± 0.88 2.52 ± 0.20 2.75 ± 0.21
1.5 5.21 ± 0.80 1.80 ± 0.25 3.22 ± 1.12 3.41 ± 1.61
2 9.09 ± 4.80 2.47 ± 0.61 3.14 ± 0.86 3.99 ± 0.60
0
SiO
15.07 ± 4.76 3.56 ± 1.34 3.31 ± 1.09 2.69 ± 0.62
1 9.93 ± 5.70 2.89 ± 0.30 2.53 ± 0.44 2.89 ± 0.49
1.5 7.54 ± 1.09 4.16 ± 0.68 3.24 ± 0.65 2.94 ± 0.70
2 7.66 ± 2.07 2.92 ± 0.29 2.28 ± 0.69 3.69 ± 1.08
Películas de SnOx
Los valores promedio de rugosidad de las muestras recién
depositadas de SnOx se presentan en la tabla 5.8. En la figura 5.23 se
presentan las imágenes 3D y 2D de la superficie para muestras típicas
depositadas con flujos de O2 de 4 sccm y 1.5 sccm. En el caso del F-O2
de 4 sccm sólo se presenta la muestra depositada con una potencia de 40
W (fig. 5.23 (b)), ya que las muestras restantes presentan similar
rugosidad superficial. Para las películas depositadas con F-O2 de 1.5
sccm se presentan aquellas depositas con potencias de 20 W (1ra
corrida) y 100 W (fig. 5.23 (a) y (c)). El motivo de incluir las imágenes de
las muestras depositadas con F-O2 de 1.5 sccm aún cuando no son de
interés, es que mostraron cambios en su morfología con los tratamiento
térmicos.
~ 58 ~
a)
b)
c)
Figura 5.23. Imágenes 3D y 2D de la superficie en las muestras de SnOx recién
depositadas con: a) 1.5 sccm de O2 y 20 W, b) 4 sccm de O2 y 40 W, y c) 1.5 sccm
de O2 y 100 W.
En la figuras 5.23 (a) se aprecian pequeños granos en la superficie
de la película depositada con F-O2 de 1.5 sccm y 20 W. Mientras para la
fig. 5.23 (b) se observa una superficie lisa. Finalmente, la fig. 5.21 (c)
muestra 4 grupos de aglomerados de ~260 nm de diámetro, en la película
depositada con una potencia de 100 W y F-O2 de 1.5 sccm.
~ 59 ~
Después del tratamiento térmico a 600 ºC en N2, la muestra
depositada con potencia de 40 W y F-O2 de 4 sccm no presentó gran
cambio en la rugosidad promedio respecto al valor obtenido antes del TT
(ver. Fig. 5.24 (b)).
a)
b)
c)
Figura 5.24. Imágenes 3D y 2D de la superficie en las muestras de SnOx
depositadas con: a) 1.5 sccm de O2 y 20 W, b) 4 sccm de O2 y 40 W, y c) 1.5 sccm
de O2 y 100 W, con TT a 600 ºC.
~ 60 ~
La muestra de SnOx depositada con una potencia de 100 W y F-O2
de 1.5 sccm aumentó su rugosidad (ver fig. 5.24 (c)) con el tratamiento, lo
cual puede implicar un película porosa, que al someterla a altas
temperaturas, relaja el material y los aglomerados más inestables buscan
su condición de mínima energía, mientras los aglomerados menos
porosos y más estables se conservan.
En el caso de las películas de SnOx no se observa una relación
precisa entre la rugosidad y la potencia de depósito ó el flujo de O2, pero
la muestra depositada con 1.5 sccm de oxígeno y 100 W (ver tabla 5.8)
fue la que presentó mayor rugosidad promedio. En la tabla 5.8 se
resumen los valores de rugosidad promedio para las capas de SnOx antes
y después del TT a 600 ºC.
Tabla 5.8. Resultados de rugosidad en películas de SnOx antes y después del
tratamiento térmico (TT) a 600 ºC.
Flujo de O2
[sccm]
Potencia
[W]
Rugosidad STT
[nm]
Rugosidad TT 600ºC
[nm]
1.5 20 1.99 ± 2.20 4.44 ± 2.30
1.5 20 3.21 ± 0.70 2.42 ± 1.33
4 20 2.56 ± 1.58 3.68 ± 2.11
4 20 4.09 ± 4.54 28.40 ± 6.93
4 30 1.33 ± 0.41 2.75 ± 1.48
4 30 3.73 ± 3.04 6.90 ± 2.48
4 40 2.58 ± 0.63 5.06 ± 5.41
4 40 2.51 ± 1.58 12.64 ± 10.49
1.5 100 6.14 ± 4.43 92.65 ± 95.25
~ 61 ~
5.2 Caracterización Eléctrica
Esta sección presenta los resultados de caracterización eléctrica
mediante curvas Corriente – Voltaje (I-V) y Capacitancia – Voltaje (C-V).
Para llevar a cabo la caracterización eléctrica se fabricó un
capacitor MOS, donde las películas SiOx y SnOx fungían como óxido.
Para el metal se depositó 1 micra de aluminio (Al) en la parte frontal,
mientras para el contacto del substrato se depositó 0.6 de micra de Al en
la parte posterior. Las estructuras Al/SiOx/Si y Al/SnOx/Si se esquematizan
en la figura 5.25. Como se mencionó en la sección 4.3.2 se midieron 5
estructuras, distribuidas 1 al centro, 2 a los lados, 1 arriba y 1 abajo,
dejando entre la estructura central y las otras 1 o 2 estructuras
dependiendo del tamaño de la muestra.
Figura 5.25. Esquema de un capacitor MOS donde las películas de SiOx o SnOx
fungen como dieléctrico.
Para fines explicativos, definiremos como un voltaje positivo o
polarización directa cuando el metal o compuerta tenga un voltaje positivo
respecto del substrato (Vg > Vsub) y un voltaje negativo o polarización
inversa cuando la compuerta tenga un voltaje negativo respecto del
substrato (Vg < Vsub). En la fig. 5.26 se esquematiza los elementos para
caracterizar eléctricamente estructuras MOS. Para iniciar una medición
una punta fina deberá hacer contacto con el metal de compuerta, mientras
el metal de substrato hace contacto con el soporte (del inglés chuck).
~ 62 ~
Para garantizar el contacto, el chuck está conectado a una bomba de
vacío que genera succión sobre la muestra.
Figura 5.26. Esquema de elementos en caracterización eléctrica.
Para definir el área del metal en películas de SiOx se utilizaron
técnicas de litografía, con una mascarilla de cuadros de 750 micras por
lado, separados por calles de 100 micras. Para las películas de SnOx se
utilizó una mascarilla colocada durante la evaporación de aluminio, la cual
creaba sombra sobre el substrato y forma círculos con un diámetro de 800
micras. La elección de la mascarilla para las películas de SnOx fue evitar
el paso de litografía ya que se desconoce cómo podría interactuar con el
material.
5.2.1 Caracterización I-V
Las curvas Corriente vs Voltaje se realizaron en un barrido de -8 a
8 V para las películas de SiOx, mientras para las películas de SnOx el
barrido se hizo de 4 a -10 V, para ir de la región de inversión a
acumulación. En ambos casos el incremento fue de 0.1 V, tiempo de
barrido de 100 ms y tiempo de retardo de 1 segundo.
Películas SiOx
En la figura 5.27 se presentan los resultados de curvas corriente -
voltaje (I-V) típicas para las muestras depositadas utilizando un blanco de
~ 63 ~
Si. Se puede apreciar que para voltajes negativos tenemos alta
conducción, mientras en voltajes positivos baja conducción.
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
1E-9
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
Co
rrie
nte
(A
)
Voltaje (V)
Blanco de Si con
F. de O2 de:
0 sccm
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
Figura 5.27. Curvas típicas de Corriente vs Voltaje para muestras depositadas con
blanco de Si y diferentes flujos de oxígeno.
Además se observa que la corriente en alta conducción es del
mismo orden indistintamente del F-O2 utilizado, mientras en polarización
positiva se observa que en películas depositadas con mayores F-O2
producen muestras con mayores corrientes de fuga, teniendo una
variación de corriente de fuga de un orden de magnitud (entre 10-8 y 10-7
A). En el caso de la capa depositada sin presencia de oxígeno presentó la
mayor corriente de fuga, superior en 2 órdenes de magnitud (~10-5 A) a
las muestras depositadas en presencia de O2. También se puede apreciar
en la fig. 5.27 que las curvas típicas I-V presentan un comportamiento
asimétrico en voltaje. Además la muestra depositada con un F-O2 de 2
sccm no pasa por 0 V indicando un atrapamiento de carga [26, 39, 41,
50]. Su mínima corriente se encuentra en -0.4 V.
Las muestras depositadas con flujo de oxígeno de 1 y 1.5 sccm
tienen un mínimo de corriente del orden de 10-9 A, mientras las películas
depositadas con flujo de O2 de 0 y 2 sccm tienen corrientes mínimas del
~ 64 ~
orden de ~2x10-7 A y ~3x10-8 A, respectivamente, lo que sugiere que en la
matriz de SiOx existen aglomerados de SiOx con valores de X entre 0 y 2
por donde fluyen los electrones de metal a semiconductor, o viceversa. Al
retirar la polarización se observa atrapamiento de carga (el material tiene
memoria), concordando con información reportada sobre caracterización
de óxido fuera de estequiometría (SiOx) [39, 40, 46].
Las curvas I-V de las capas de SiOx depositadas con blanco de SiO
se encuentran en la fig. 5.28. El fenómeno de alta conducción sucede en
voltajes negativos y la corriente de fuga en voltajes positivos. La corriente
de fuga se incrementa con mayores F-O2 durante el depósito,
presentando corrientes de 10-9 a 10-5 A para muestras depositadas con F-
O2 de 1 a 2 sccm. En esta figura también se aprecia saltos de corriente
entre 0 y 2 volts en las curvas en color rojo y azul (películas depositadas
con F-O2 de 1 y 2 sccm, respectivamente. Lo anterior implica la posible
existencia de aglomerados de silicio, los cuales forman una cadena de
estados electrónicos que son activados para con diferentes voltajes,
incrementando la corriente que fluye a través de la película de SiOx,
fenómeno descrito en las referencias [39, 40, 46]. La existencia de estos
posibles aglomerados de Si también se ve reflejado en la corriente
mínima, pues para bajos voltajes (cercanos a cero), la corriente medida
es mayor a 10-9 A, como es el caso de las capas depositadas con F-O2 de
0 y 1.5 sccm. También encontramos que la película depositada con un F-
O2 de 1 sccm no pasa por 0 V, presentando la mínima corriente para un
voltaje de -0.2 V, implicando un atrapamiento de carga [26, 39, 41, 50].
~ 65 ~
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 81E-10
1E-9
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
Co
rrie
nte
(A
)
Voltaje (V)
Blanco de SiO con
F. de O2 de:
0 sccm
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
Figura 5.28. Curvas típicas de Corriente vs Voltaje para muestras depositadas con
blanco de SiO y diferentes flujos de oxígeno.
Basados en los resultados anteriores, se determinó que las
estructuras MOS Al/SiOx/Si muestran un comportamiento en voltaje vs
corriente asimétrico, similar a un diodo, concordando con algunos trabajos
previos [40]. También se presentan pequeños brincos o saltos como se ha
reportado en trabajos en SRO [39, 46], lo cual es un indicador de que las
películas pueden tener pequeños aglomerados de Si, los cuales se
consideran como cadenas de estados electrónicos por donde existe flujo
de electrones impactando la corriente de fuga [39]. Estos posibles
aglomerados de silicio, los cuales crean estados eléctricos que
almacenan carga, producen un material con memoria [39, 40, 46].
Películas de SnOx
Por otro lado, las capas de SnOx presentan alta conducción para
voltajes positivos y corriente de fuga con voltajes negativos, lo cual es
debido al tipo de substrato (ver sección 4.1.2). En la figura 5.29 se
encuentran las curvas I-V típicas para las muestras de SnOx depositadas
con un flujo de oxígeno de 4 sccm y diferentes potencias. Se aprecia que
una mayor potencia (40 W) da lugar a una mayor corriente de fuga, del
~ 66 ~
orden de 10-6 A, mientras para los casos restantes (30 y 20 W) dicha
corriente permanece en un orden de magnitud de ~ 10-7 A. Las tres tienen
un comportamiento asimétrico en voltaje. Además la muestra depositada
con una potencia de 40 W no pasa por 0 V, se encuentra desplazada a un
voltaje positivo de 0.5 V, lo que indica un atrapamiento de carga [14].
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
Co
rrie
nte
(A
)
Voltaje (V)
Blanco de Sn con
4 sccm F. de O2 y
potencia de:
20 W
30 W
40 W
Figura 5.29. Curvas típicas de Corriente vs Voltaje para muestras depositadas con
blanco de Sn y un flujo de O2 de 4 sccm, con diferentes potencias.
En la fig. 5.30 se encuentran las curvas típicas I-V de las muestras
de SnOx depositadas con un F-O2 de 1.5 sccm. En polarización inversa, la
corriente de fuga de la muestra depositada con 100 W es ~10-4 A;
mientras en la muestra depositada con una potencia de 20 W se
encuentra en ~10-7 A, lo que se traduce en que a mayor potencia de
depósito produce películas con mayor corriente de fuga. Para voltajes
positivos, la corriente se incrementa más rápidamente en la muestra con
potencia de depósito de 100 W respecto a la de 20 W. Se presentan estos
resultados con la salvedad del caso, ya que las películas depositadas con
F-O2 de 1.5 sccm no presentaron reproducibilidad.
~ 67 ~
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 41E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
Co
rrie
nte
(A
)
Voltaje (V)
Blanco de Sn con
1.5 sccm de O2 y
Potencia de:
20 W
100 W
Figura 5.30. Curvas típicas de Corriente vs Voltaje para muestras depositadas con
blanco de Sn y un flujo de O2 de 1.5 sccm, con diferentes potencias.
Los resultados previos sugieren, que al igual que las películas de
SiOx, la muestras de SnOx pueden tener estados electrónicos debido a
aglomerados de Sn dentro de la matriz de óxido, los cuales permiten el
flujo de electrones de metal a semiconductor. Las películas parecen ser
un material con memoria ya que para voltajes en cero no se obtiene
corrientes pequeñas, indicando un atrapamiento de carga en el material.
En general las estructuras Al/SnOx/Si también muestran un
comportamiento similar a un diodo. Lo anterior coincide con información
reportada de mediciones eléctricas a películas delgadas de SnO2 [47].
5.2.2 Caracterización C-V
Se obtuvieron las curvas Capacitancia vs Voltaje en alta frecuencia,
con una señal AC de 100 KHz, realizando un barrido de -5 a 8 V para las
películas de SiOx, con un incremento de 0.1 V, tiempo de retardo de 1 s y
tiempo de barrido de 100 ms. Debido a que se utilizaron substratos de Si
de alta resistividad para el crecimiento de las capas de SiOx, se realizaron
mediciones de baja frecuencias para obtener el valor de capacitancia de
~ 68 ~
óxido, ya que los portadores minoritarios no pueden seguir la señal de alta
frecuencia, modificando el comportamiento de las curvas C-V [58]. Las
mediciones de baja frecuencia se hicieron con un señal AC de 10 Hz, con
un barrido de -5 a 5 V, con un incremento de 0.1 V, tiempo de retardo de
10 s y tiempo de barrido de 100 ms.
Películas de SiOx
En la figura 5.31 se presentan las curvas C-V típicas en alta y baja
frecuencia de las películas de SiOx depositadas utilizando el blanco de Si.
Es posible observar en la fig. 531 (a) oscilaciones en la región de
acumulación para las muestras con los flujos de 1, 1.5 y 2 sccm para
voltajes superiores a 1 V, asemejándose a brincos presentes en las
curvas I-V en voltajes de 1 a 2 volts. Este comportamiento también puede
deberse al substrato de alta resistividad. En el caso de la muestra
depositada sin flujo de oxígeno no se aprecia un comportamiento similar a
un capacitor. Lo anterior es resultado de crecer una película sin presencia
de O2 y bombardeando un blanco de Si, formando una capa de Si
depositada sobre un substrato de Si.
De la figura 5.31 (b) se observa que la capacitancia de óxido (Cox)
es superior en un orden de magnitud respecto de la obtenida en alta
frecuencia. Dicho fenómeno se asocia a que los portadores minoritarios
en un substrato de alta resistividad no alcanzan a seguir la señal de alta
frecuencia y la capacitancia máxima se ve modificada [26, 58].
En el caso de las muestras depositadas utilizando el blanco de SiO,
en la fig. 5.32 se presenta las curvas C-V típicas de alta y baja frecuencia.
En la figura 5.32 (a) se encuentra que la muestra crecida con F-O2 2 sccm
presenta oscilaciones para voltajes superiores a 1 V, concordando con
brincos presentes en su curva I-V para un voltaje de 1 V (ver. fig. 5.28).
~ 69 ~
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Ca
pa
cit
an
cia
(p
F)
Voltaje (V)
Blanco de Si con
F. de O2 de:
0 sccm
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
a)
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 50
300
600
900
1200
1500
1800
2100
2400
Ca
pa
cit
an
cia
(p
F)
Voltaje (V)
Blanco de Si
F. de O2 de:
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
b)
Figura 5.31. Curvas típicas de C-V en a) alta y b) baja frecuencia para muestras de
SiOx depositadas utilizando el blanco de Si, con diferentes flujos de O2.
La muestra con flujo de 1 sccm de O2 tiene un comportamiento muy
estable cuando alcanza la etapa de acumulación, lo que implica que los
tratamientos térmicos propiciaron que la película tendiera a ser SiO2 casi
~ 70 ~
en su totalidad (tendiera a estequiometría). Por otro lado, la película
depositada sin flujo de O2 no tuvo una curva C-V típica de un óxido.
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Ca
pa
cit
an
cia
(p
F)
Voltaje (V)
Blanco de SiO con
F. de O2 de:
0 sccm
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
a)
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 50
300
600
900
1200
1500
1800
2100
2400
Ca
pa
cit
an
cia
(p
F)
Voltaje (V)
Blanco de SiO
F. de O2 de:
0 sccm
1 sccm
1.5 sccm
2 sccm
b)
Figura 5.32. Curvas típicas de C-V en a) alta y b) baja frecuencia para muestras de
SiOx depositadas utilizando el blanco de SiO, con diferentes flujos de O2.
Para los resultados C-V de baja frecuencia (ver fig. 5.32 (b)) se
aprecia que las películas depositadas en presencia de O2 tienen una Cox
~ 71 ~
superior en un orden de magnitud respecto de la C0x obtenida en alta
frecuencia. Además la muestra depositada sin F-O2 presentó un
comportamiento similar a un óxido, con lo que se pudo extraer la
capacitancia de óxido.
Las gráficas de Capacitancia contra Voltaje en alta frecuencia de
las películas de SiOx se asemejan a la curva de un óxido de silicio, al igual
que en otros trabajos de SiOx reportados [29]. Además se aprecian
oscilaciones en la capacitancia cuando la estructura MOS Al/SiOx/Si se
encuentra en acumulación. Esto puede ser resultado de aglomerados de
Si (amorfo o cristalino) que trabajan como estados electrónicos, los cuales
no les da tiempo de responder a la señal AC, alterando la carga en el
óxido y a su vez la carga del capacitor. Comportamientos similares se
presentan para películas de SiOx, donde asocian este comportamiento
con aglomerados de silicio [39, 40, 46]. Sin embargo, estas oscilaciones
también se puede deber al tipo de substrato (alta resistividad). Además
fue necesario realizar mediciones de C-V en baja frecuencia para
determinar la Cox debido a que las películas de SiOx fueron crecidas en
substratos de alta resistividad, lo que implica que los portadores
minoritarios no puedan seguir la señal de alta frecuencia y la capacitancia
máxima se vea afectada [26, 58].
En la tabla 5.9 se presentan los resultados de capacitancia mínima
(Cmin) obtenida de las curvas C-V en alta frecuencia (AF) y capacitancia
máxima o de óxido (Cmax) obtenida de las curvas C-V en baja frecuencia
(BF), para las películas de SiOx. A partir de estos datos se obtuvo la
constante dieléctrica de cada muestra al conocer que mantiene la
relación:
ox
oxox
tC (5)
~ 72 ~
Donde Cox es la capacitancia de óxido con unidades de pF/cm2, tox
el espesor de óxido en cm y ox es la permitividad de óxido con unidades
de pF/cm, la cual se puede obtener de:
0oxox K (6)
Siendo 0 la permitividad del vacío de 8.8541 x 10-14 F/cm y oxK la
constante dieléctrica del material, en nuestro caso el óxido fuera de
estequiometría (SiOx).
Tabla 5.9. Capacitancia mínima y máxima para películas de SiOx, obtenidas por
curvas C-V en alta y baja frecuencia, respectivamente.
F. de O2
[sccm] Blanco
Espesor
[nm]
Cmin [pF]
AF
Cmax [pF]
BF
0
Si
------ ------ ------
1 21.5 ± 0.4 1.82 2197
1.5 17.4 ± 2.3 1.68 2015
2 15.1 ± 1.6 1.83 1965
0
SiO
49.0 ± 1.0 1.54 621
1 19.2 ± 1.4 4.92 1968
1.5 16.1 ± 3.4 1.94 1933
2 11.1 ± 0.6 2.20 2285
Para obtener capacitancia por unidad de área, se determinó el área
promedio de los contactos de aluminio, la cual fue de 7.50 x 10-3 cm2, con
una desviación estándar de ±0.029 x 10-3 cm2. Considerando sólo los
valores promedios del espesor de las películas, el área promedio de los
contactos y capacitancia de óxido (de curvas C-V en baja frecuencia), se
obtuvieron los resultados de capacitancia por unidad de área que se
muestran en la tabla 5.10. También en esa misma tabla se encuentran el
valor de la permitividad y constante dieléctrica de cada película.
~ 73 ~
Tabla 5.10. Capacitancia de óxido, permitividad y constante dieléctrica para las
películas de SiOx
F. de O2
[sccm] Blanco
Espesor [cm]
x 10-7
C0x [pF/cm2]
x 105
ε0x [pF/cm] Kox
0
Si
------ ------ ------ ------
1 21.5 2.93 0.630 7.113
1.5 17.4 2.69 0.467 5.280
2 15.1 2.62 0.396 4.468
0
SiO
49.0 0.83 0.405 4.582
1 19.2 2.62 0.504 5.690
1.5 16.1 2.58 0.415 4.687
2 11.1 3.05 0.338 3.819
Los valores de la constante dieléctrica en la mayoría de las
películas de SiOx se encuentran por debajo de la constante de Si (KSi =
12) y SiO (KSiO=6) pero sobre la constante dieléctrica de SiO2 (KSiO2 = 3.9)
[49 - 51]. Esto indica un posible exceso de Si en las películas de SiOx,
donde X se encuentra entre 1 y 2. Los resultados de permitividad de óxido
de muestras depositadas con F-O2 de 1 sccm, en ambos blancos, son
similares a valores reportados en películas de SiOx con exceso de silicio
de ~17 % [59], mientras que los valores para las muestras depositadas
con F-O2 de 1.5 sccm de ambos blancos y la muestra depositadas sin F-
O2 utilizando blanco de SiO, tienen valores similares a películas de SiOx
con un exceso de silicio de ~14 % [59]. Finalmente las muestras
depositadas con F-O2 de 2 sccm, de ambos blancos, tiene una
permitividad de óxido cercana a la del SiO2 [51].
Películas de SnOx
Para las muestras de SnOx no fue posible medir curvas C-V ya que
por ser conductivas, el equipo no realizaba lecturas en voltajes menores a
-1 V, con lo que solo se obtuvieron fragmentos de la curva, sin llegar a
resultados concluyentes.
~ 74 ~
CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES
Se encontraron las condiciones de depósito en un sistema
sputtering, que permiten obtener razones de depósito alrededor de 4
nm/min para las películas de SiOx y SnOx, utilizando blancos de Si o SiO y
Sn en presencia de oxígeno, respectivamente.
Se encontró la relación entre el flujo de oxígeno y la razón de
depósito en las películas de SiOx y SnOx. También se determinó que para
las muestras de SnOx el flujo de oxígeno que permite obtener razones de
depósitos estables y controlables es 4 sccm.
Se estudio el índice de refracción para las películas de SiOx y
SnOx, antes y después de cada tratamiento térmico. En el caso de las
películas de SiOx se observó que el índice de refracción disminuye
después del recocido, acercándose al índice del SiO2, sugiriendo que las
películas se acercan a estequiometría. Por otro lado, algunas películas de
SnOx mostraron valores de índice de refracción por debajo a valores
reportados para SnO2 y son, además fueron similares después de los
tratamientos térmicos.
Asimismo se estudió la composición de las películas de SiOx y
SnOx antes y después de los tratamientos térmicos mediante FTIR. Se
encontró que la composición de las capas de SiOx es dependiente del
flujo de oxígeno. Además se observó que las películas de SiOx recién
depositadas contaban con un modo de vibración relacionado con una
matriz fuera de estequiometría, el cual se aplana con los tratamientos
térmicos, a excepción de la muestra depositada sin flujo de oxígeno y
blanco de SiO donde se incrementa éste modo a través de las diferentes
~ 75 ~
temperaturas de recocido. Después de los tratamientos térmicos se
observó el incremento en modos de vibración asociados al óxido de
silicio, sugiriendo que el material se acerca a estequiometría., implicando
un posible exceso de Si.
Se encontró que en las capas de SnOx los espectros de absorción
muestran modos de vibración en el rango de 400 a 700 cm-1, presentando
mayor magnitud en muestras con flujos de oxígeno y potencias mayores.
Con los tratamientos térmicos se observa que en las películas existió una
descomposición de de enlaces Sn – OH y un incremento en el número
enlaces Sn – O.
Se encontró FL en el azul en películas de SiOx recién depositadas
en presencia de oxígeno. Sin embargo después del primer tratamiento
térmico el espectro se apagó. En el caso de la muestra depositada
utilizando blanco de SiO y sin flujo de oxígeno se encontró que
presentaba emisión en el azul-rojo después del tratamiento a 600 ºC e
incrementaba la magnitud de emisión con los subsecuentes tratamientos,
siendo la intensidad 3 y media veces mayor después del tratamiento
térmico a 1100 ºC. Estos resultados se relacionaron con resultados de
elipsometría y resultados de FTIR.
Se encontró que películas de SnOx recién depositadas no
presentaban emisión. Después de los tratamientos térmicos algunas
muestras depositadas con F-O2 de 1.5 sccm mostraron una respuesta
luminiscente, las cuales son mencionadas con la salvedad del caso.
Se obtuvo una relación directamente proporcional entre las
películas SiOx depositadas en presencia de oxígeno y la rugosidad de su
superficie. Después de someter las muestras a los tratamientos térmicos
la superficie de las capas se alisó, disminuyendo la rugosidad promedio,
coincidiendo con resultados anteriores de elipsometría y FTIR, que
~ 76 ~
muestran que la matriz tiende a ser un material en estequiometría con las
aleaciones.
Se reveló que la rugosidad de la superficie para películas de SnOx
no tenía relación directa con la potencia de depósito y flujo de oxígeno.
Después de los tratamientos térmicos la rugosidad de las muestras no
presentó grandes variaciones.
Se estudió las curvas Voltaje vs Corriente en estructuras MOS
Al/SiOx/Si y Al/SnOx/Si, presentando un comportamiento V vs I asimétrico,
similar a un diodo, en ambos casos. Además se aprecio atrapamiento de
carga para algunas muestras de ambas estructuras. En el caso de las
capas de SiOx se observó que la corriente de fuga es función del flujo de
oxígeno, registrando mayores corrientes de fuga para mayores flujos de
O2. También se encontraron brincos en corriente en voltajes positivos, los
cuales pueden estar relacionados con aglomerados de Si dentro de la
matriz. Por otro lado, se halló que las muestras de SnOx depositadas con
mayor potencia son más conductivas, cumpliéndose para ambos flujos de
oxígeno (1.5 y 4 sccm), con corrientes de fuga más grandes en
comparación con las capas de SiOx. En general las películas de SnOx son
más conductivas que las películas de SiOx.
También se estudió el comportamiento en curvas capacitancia vs
voltaje en estructuras tipo MOS Al/SiOx/Si en alta y baja frecuencia, donde
los capacitores cuyo dieléctrico se obtuvo con F-O2 de 2 sccm
presentaron curvas C-V en alta frecuencia similares a curvas de
capacitores con óxido de silicio. También se determinó la constante
dieléctrica en las películas de SiOx depositadas en presencia de oxígeno y
se comparó con valores reportados en películas de SRO con diferentes
excesos de Si. El Resultado sugiere que se tienen películas con exceso
de silicio entre 14% y 17% con F-O2 menores a 2, mientras las muestras
~ 77 ~
depositadas con F-O2 de 2 sccm presentan valores de constante
dieléctrica muy cercana al valor de SiO2.
TRABAJO FUTURO
Una vez conocidas las condiciones de depósito que permiten
obtener razones de depósito controlables y correlacionarlas con las
características ópticas, morfológicas y de emisión que se obtienen, se
buscará realizar crecimientos utilizando blanco de SiO y flujos entre 0 y 1
sccm, con la finalidad de determinar el flujo de oxígeno que permita
obtener la mejor respuesta luminiscente. De la misma manera, también se
realizarán depósitos aplicando temperatura al substrato, con la finalidad
de mejorar la adherencia y disminuir la porosidad de las películas.
En el caso particular de las películas de SnOx se buscarán hacer
depósitos con diferentes flujos de oxígeno, potencia de depósito y
temperatura de substrato para encontrar las condiciones que permitan
obtener películas con mejores propiedades luminiscentes.
Finalmente se estudiarán los resultados de las nuevas películas
para proponer la fabricación de multicapas, las cuales alternen capas
conductivas con capas luminiscentes.
~ 78 ~
TRABAJOS DERIVADOS DE LA TESIS
1. “Characterization and Fabrication of SiOx Nano-metric Films,
obtained by Reactive Sputtering”. J. Alarcón-Salazar, M. Aceves-
Mijares, S. Román-López, C. Falcony. CCE 2012, México D.F.
2. “SiOx Films Obtained by Reactive Sputtering and their Optical,
Morphological and Emission Characteristics”. J. Alarcón-Salazar,
M. Aceves-Mijares, S. Román-López, C. Falcony. International
Workshop on Advanced Materials for Optoelectronics and Related
Physics October 2012, Tonantzintla, Puebla, México.
~ 79 ~
Lista de Figuras
Capítulo 2
Figura 2.1. Esquema básico de un sistema sputtering………………………….……………6
Figura 2.2. Gráfica de rendimiento de un sistema sputtering dependiendo de la energía
del ion, utilizando Ar+, para silicio y estaño [22]…………………………………………….…7
Figura 2.3. Modelo de la analogía entre un sputtering y un juego de billar………………...8
Figura 2.4. a) Esquema de una colisión binaria que da lugar al desprendimiento de un
átomo de la superficie del blanco y b) procesos resultantes de la colisión de un ion con el
blanco……………………………………………………………………………………………....9
Figura 2.5. Elementos que componen a un sistema sputtering RF……………………..…12
Figura 2.6. Movimiento de un electrón expulsado de la superficie del blanco, sujeto a un
campo magnético paralelo a la superficie y a un campo eléctrico que decrece
linealmente…………………………………………………………………………………….…13
Capítulo 3
Figura 3.1. Esquema de un elipsómetro [26]…………………………………………..……..17
Figura 3.2. Esquema simplificado de un espectrómetro por transformada de Fourier
[24]……………………………………………………………………………………………...…19
Figura 3.3. Esquema de las principales transiciones observadas en
Fotoluminiscencia.……………………………………………………………………………….20
Figura 3.4. Esquema de un sistema para caracterización fotoluminiscente [26]….……..21
Figura 3.5. Esquema básico de los principales elemento de un AFM……………….…….22
Capítulo 4
Figura 4.1. Electrómetro modelo 6517A………………………………………………………29
Figura 4.2. Diagrama de conexión del electrómetro al dispositivo de prueba…………....30
Capítulo 5
Figura 5.1. Razón de depósito contra flujo de O2 utilizado durante el depósito, para
blanco de Si y SiO……………………………………………………………………………….32
Figura 5.2. Gráfica del índice de refracción contra del flujo de O2 utilizado durante el
crecimiento de muestras de SiOx depositadas con blanco de Si……………………….….33
Figura 5.3. Gráfica del índice de refracción contra del flujo de O2 utilizado durante el
crecimiento de muestras de SiOx depositadas con blanco de SiO………………………...34
Figura 5.4. Razón de depósito respecto de la potencia de depósito, para las muestras de
SnOx, con un flujo de O2 de 4 sccm…………………………………………………………...37
~ 80 ~
Figura 5.5. Espectro de absorción en a) muestras con diferente flujo de O2 de depósito
sin tratamiento térmico (STT) y b) en muestra con un flujo de O2 de 2 sccm utilizado
durante el depósito y diferentes tratamientos térmicos. En ambos casos blanco de
Si………………………………………………………………………………………………..…39
Figura 5.6. Espectros de absorción para muestras depositadas usando blanco de Si con
diferentes flujos de O2, para tratamiento térmico a: a) 600, b) 900 y c) 1100 ºC, 30
minutos en N2 cada uno……………………………………………………………………..….40
Figura 5.7. Espectro de absorción en a) muestras con diferente flujo de O2 sin
tratamiento térmico (STT) y b) en muestra con un flujo de O2 de 2 sccm con diferentes
tratamientos térmicos. En ambos casos blanco de SiO……………………………………41
Figura 5.8. Espectros de absorción para muestras depositadas usando blanco de SiO
con diferentes flujos de O2, para tratamiento térmico a: a) 600, b) 900 y c) 1100 ºC, 30
minutos en N2 cada uno……………………………………………………………………..…42
Figura 5.9. Espectro de absorción de películas de SnOx depositadas con flujo de O2 de a)
1.5 sccm y b) 4 sccm, sin tratamiento térmico……………………………………………….45
Figura 5.10. Espectro de absorción de películas de SnOx depositadas con flujo de O2 de
a) 1.5 sccm y b) 4 sccm, con tratamiento térmico a 600 ºC en N2………………………....46
Figura 5.11. Espectro de absorción de películas de SnOx depositadas utilizando flujo de
O2 de 1.5 sccm, con tratamiento térmico a 700 ºC en vacío………………………………..46
Figura 5.12. Respuesta luminiscente en películas de SiOx recién depositadas con
diferentes flujos de O2, utilizando blanco de a) Si y b) SiO…………………………………47
Figura 5.13. Respuesta luminiscente, en películas de SiOx depositadas con diferentes F-
O2 y aleadas a 600 ºC en N2, usando blanco de a) Si y b) SiO………………………….…48
Figura 5.14. Respuesta luminiscente en películas de SiOx depositadas con diferentes F-
O2 y aleadas a 900 ºC en N2, utilizando blanco de a) Si y b) SiO…………………………48
Figura 5.15. Respuesta luminiscente en películas de SiOx depositadas con diferentes F-
O2 y aleadas a 1100 ºC en N2, utilizando blanco de SiO...…..……………………………..49
Figura 5.16. Respuesta luminiscente en película de SiOx depositada sin flujo de oxígeno
y blanco de SiO, con diferentes tratamientos térmicos……………………………………...50
Figura 5.17. Respuesta luminiscente en películas de SnOx recién depositadas utilizando
flujo de oxígeno de a) 1.5 sccm y b) 4 sccm………………………………………………….51
Figura 5.18. Respuesta luminiscente en películas de SnOx depositadas con flujo de
oxígeno de 1.5 sccm y TT’s en a) N2 a 600 ºC y b) Vacío a 700 ºC………………...…….51
Figura 5.19. Imágenes en 3D y 2D de la superficie de las película depositada con blanco
de Si y F-O2 de 2 sccm, sin TT (a), TT a 600 ºC (b), TT a 900 ºC (c) y TT a 1100 ºC (d),
respectivamente……………..…………………………………….……………….…………...53
Figura 5.20. Gráfica de rugosidad promedio para las películas depositadas con blanco de
Si, después de cada tratamiento térmico…………………………………………………..…54
~ 81 ~
Figura 5.21. Imágenes en 3D y 2D de la superficie de las películas depositadas con
blanco de SiO y flujos de O2 de 0 y 2 sccm, sin TT (a), TT a 600 ºC (b), TT a 900 ºC (c) y
TT a 1100 ºC (d)………………………………………………………………….……..……….55
Figura 5.22. Gráfica de rugosidad promedio para las películas depositadas con blanco de
Si0, después de cada tratamiento térmico…………………………..………………………..56
Figura 5.23. Imágenes 3D y 2D de la superficie en las muestras de SnOx recién
depositadas con: a) 1.5 sccm de O2 y 20 W, b) 4 sccm de O2 y 40 W, y c) 1.5 sccm de O2
y 100 W………………………………………………………..………………………………....58
Figura 5.24. Imágenes 3D y 2D de la superficie en las muestras de SnOx depositadas
con: a) 1.5 sccm de O2 y 20 W, b) 4 sccm de O2 y 40 W, y c) 1.5 sccm de O2 y 100 W,
con TT a 600 ºC…………………………….……………………………………………………59
Figura 5.25. Esquema de un capacitor MOS donde las películas de SiOx o SnOx fungen
como óxido…………………………………………………………………………………….....61
Figura 5.26. Esquema de elementos en caracterización eléctrica…….……………….….62
Figura 5.27. Curvas típicas de Corriente vs Voltaje para muestras depositadas con
blanco de Si y diferentes flujos de oxígeno………………………………………...………..63
Figura 5.28. Curvas típicas de Corriente vs Voltaje para muestras depositadas con
blanco de SiO y diferentes flujos de oxígeno ………………………………………..…..….65
Figura 5.29. Curva típica de Corriente vs Voltaje para muestras depositadas con blanco
de Sn y un flujo de O2 de 4 sccm, con diferentes potencias……………………………….66
Figura 5.30. Curvas típicas de Corriente vs Voltaje para muestras depositadas con
blanco de Sn y un flujo de O2 de 1.5 sccm, con diferentes potencias……………………..67
Figura 5.31. Curvas típicas de C-V en a) alta y b) baja frecuencia para muestras de SiOx
depositadas utilizando el blanco de Si, con diferentes flujos de O2………………………..69
Figura 5.32. Curvas típicas de C-V en a) alta y b) baja frecuencia para muestras de SiOx
depositadas utilizando el blanco de SiO, con diferentes flujos de O2……………………..70
~ 82 ~
Lista de Tablas
Capítulo 4
Tabla 4.1. Condiciones de depósito de películas SiOx………………………………..…….25
Tabla 4.2. Condiciones de depósito de películas SnOx……………………………………..26
Tabla 4.3. Características de electrómetro modelo 6517A ……………...…………...…….30
Capítulo 5
Tabla 5.1. Resultados de espesor e índice de refracción para muestras de SiOx recién
depositadas……………………………………………………………………………………....31
Tabla 5.2. Resultados de índice de refracción para muestras de SiOx recién depositadas
(STT) y después de cada Tratamiento Térmico (TT)…………..……………………………35
Tabla 5.3. Resultados de espesor e índice de refracción para muestras de SnOx recién
depositadas……………………………………………………..………………………………..36
Tabla 5.4. Resultados de índice de refracción para muestras de SnOx recién depositadas
(STT) y después del Tratamiento Térmico (TT) a 600 ºC en N2……………….…………..38
Tabla 5.5. Resumen del número de onda de los modos de vibración antes y después de
cada tratamiento térmico (TT) en muestras de blanco de Si……………………………….43
Tabla 5.6. Resumen del número de onda de los modos de vibración antes y después de
cada tratamiento térmico (TT) en muestras de blanco de SiO……………………………..44
Tabla 5.7. Resultados de rugosidad en películas de SiOx antes y después de cada
tratamiento térmico (TT)………………………………………………………………………...57
Tabla 5.8. Resultados de rugosidad en películas de SnOx antes y después del
tratamiento térmico (TT) a 600 ºC………………………………………...…………………...60
Tabla 5.9. Capacitancia mínima y máxima para películas de SiOx, obtenidas por curvas
C-V en alta y baja frecuencia, respectivamente ………………………………………….…72
Tabla 5.10. Capacitancia de óxido, permitividad y constante dieléctrica para las películas
de SiOx…………………………………………………………………………….……………..73
~ 83 ~
Referencias
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