Università degli studi di CataniaFacoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali                         Corso di laure...
INDICE Introduzione all’argomento Tecniche di preparazione, apparato sperimentale Esperimento Risultati: dati sperimen...
NANODOTS DI SI• nanostruttura 0D: particelle di dimensione dell’ordine del nanometro.Si bulk• Semiconduttore a gap indiret...
NANODOTS DI SI                Confinamento quanticoPer un dato materiale e una T( K) fissata, l’ampiezza della band gap au...
NANODOTS DI SI                     Applicazioni • Optoelettronica • Fotovoltaico•   Applicazioni Biomediche•   Sensori    ...
NANODOTS DI SI               La nostra esperienza1.   Deposizione di uno strato di     SiOx su Si mediante     magnetron s...
1. DEPOSIZIONE DI UNO STRATO DI SIOX PER SPUTTERING                           Tecniche di deposizioneDeposizione per Sputt...
1. DEPOSIZIONE DI UNO STRATO DI SIOX PER SPUTTERING                               • Temperatura Camera 500 C              ...
2. ANNEALING (CLUSTERIZZAZIONE NANODOTS   DI SI)  Con riscaldamenti del SiOx a temperature superiori di 1000 C, il Si in e...
2. ANNEALING (CLUSTERIZZAZIONENANODOTS DI SI)                            Temperature del forno                           •...
3. CARATTERIZZAZIONE OTTICA        Cristallo     acustico-ottico:                                     Laser ad Argon:     ...
ANALISI DATI SPERIMENTALI           Λ AL VARIARE DI T( C)35% Si                             38% Si42% Si                  ...
ANALISI DATI SPERIMENTALI                                                                          Λ AL VARIARE DI %SI    ...
TEMPI DI VITA MEDIA Τ
ANALISI DATI SPERIMENTALI 42% di Si 35% di Si  38%                                 Τ AL VARIARE DI T( C)                  ...
ANALISI DATI SPERIMENTALI        T=1100 C        T=1050 C         T=1000 C                                     Τ AL VARIAR...
CONCLUSIONI Studio delle proprietà ottiche di nanodots di Si :  Al variare della % Si a T costante: * la lunghezza d’onda ...
BIBLIOGRAFIA M. Miritello, Sintesi e caratterizzazione di nanodots  di Silicio (2011) P. C. Zalm, Quantitative Sputterin...
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Nanodots di silicio

  1. 1. Università degli studi di CataniaFacoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di laurea in Fisica Gruppo di lavoro: Agati Marta Dott.ssa Maria Miritello Scandurra Simone Scarangella Adriana
  2. 2. INDICE Introduzione all’argomento Tecniche di preparazione, apparato sperimentale Esperimento Risultati: dati sperimentali e analisi Conclusioni
  3. 3. NANODOTS DI SI• nanostruttura 0D: particelle di dimensione dell’ordine del nanometro.Si bulk• Semiconduttore a gap indiretta• Band Gap ~ 1,1 eV• Bassa probabilità di ricombinazioneradiativa• Ricombinazione SHRNanodots di Si• confinamento quantico assorbimento/luminescenza proprietà ottiche non lineari aumento della Band Gap
  4. 4. NANODOTS DI SI Confinamento quanticoPer un dato materiale e una T( K) fissata, l’ampiezza della band gap aumenta aldiminuire delle dimensioni della struttura.
  5. 5. NANODOTS DI SI Applicazioni • Optoelettronica • Fotovoltaico• Applicazioni Biomediche• Sensori Collo di Bottiglia delle interconnessioni.• Informatica• Materiali innovativi
  6. 6. NANODOTS DI SI La nostra esperienza1. Deposizione di uno strato di SiOx su Si mediante magnetron sputtering.2. Annealing (formazione di cluster di Si).3. Caratterizzazione ottica dei nanodots di Si.
  7. 7. 1. DEPOSIZIONE DI UNO STRATO DI SIOX PER SPUTTERING Tecniche di deposizioneDeposizione per Sputtering:Deposizione di un film tramiteErosione di un target.Vantaggi rispetto alle altre tecniche:• maggiore pulizia del film (UHV)• maggiore versatilità della tecnica• possibilità di formazione di film dicomposti.• deposizione di film uniformi. MAGNETRON SPUTTERING: Sputtering che sfrutta la presenza di un campo magnetico applicato al target • aumento del rate di ionizzazione • aumento della densità di corrente • aumento del rate di deposizione da noi usata Tecnica • diminuzione della pressione
  8. 8. 1. DEPOSIZIONE DI UNO STRATO DI SIOX PER SPUTTERING • Temperatura Camera 500 C • Temperatura Substrato 400 C • Potenza al target di SiO2 500 W • Pressione del plasma di Argon 5 exp-3 • Tempo di deposizione 1h 3min • RPM 15 giri/minPercentuale di Si depositato 35% 38% 42%
  9. 9. 2. ANNEALING (CLUSTERIZZAZIONE NANODOTS DI SI) Con riscaldamenti del SiOx a temperature superiori di 1000 C, il Si in eccesso diffonde e nuclea, creando nanodots.Il raggio aumenta all’aumentare della Il raggio aumenta all’aumentare della %temp di annealing, a % di Si fissa. di Si, a temp di annealing fissa.
  10. 10. 2. ANNEALING (CLUSTERIZZAZIONENANODOTS DI SI) Temperature del forno • 1000 C • 1050 C • 1100 C (rampe di 10 C/min) Tempo di riscaldamento: 1h. Pressione camera iniziale: 6 x 10-3 mbar. Flusso costante di N2 : 2.5 sccm
  11. 11. 3. CARATTERIZZAZIONE OTTICA Cristallo acustico-ottico: Laser ad Argon: impulso quadro • λ= 488 nm di 55 Hz • Potenza= 10 mW Monocromatore Rivelatore: (3 reticoli di diffrazione) • InGaAs• Range di funzionamento: 400/1200 nm. • Massima efficienza: 800/1200nm • Possibile uso di filtri.
  12. 12. ANALISI DATI SPERIMENTALI Λ AL VARIARE DI T( C)35% Si 38% Si42% Si λ [nm] 1000°C 1050°C 1100°C 35% 773±1 786±1 785±1 Si 38% 787±1 794±1 796±1 Si 42% 840±1 832±1 831±1 Si
  13. 13. ANALISI DATI SPERIMENTALI Λ AL VARIARE DI %SI T=1050°C T= 1000°C 0,09 35% 35% 38% 0,08 42% 38% 0,03 42% 0,07 0,06 0,05 0,02 I(pl) [u.a.] 0,04 I(pl) [u.a.] 0,03 0,01 0,02 0,01 0,00 0,00 -0,01 600 700 800 900 1000 1100 1200 600 700 800 900 1000 1100 1200 lenght [nm] lenght [nm] 0,22 T=1100°C 35% λ [nm] 38% 0,20 42% 0,18 35% Si 38% Si 42% Si 0,16 0,14 1000° 773±1 787±1 840±1 0,12 CI(pl) [u.a.] 0,10 0,08 0,06 1050° 786±1 794±1 832±1 0,04 0,02 C -0,02 0,00 1100° 785±1 796±1 831±1 600 700 800 900 lenght [nm] 1000 1100 1200 C
  14. 14. TEMPI DI VITA MEDIA Τ
  15. 15. ANALISI DATI SPERIMENTALI 42% di Si 35% di Si 38% Τ AL VARIARE DI T( C) T=1050 C T=1000 C C T=1000 T=1000 C T=1050 C T=1050 Cτexp sempl= 7,4 0,1μs 15,2 0,2μs 8,3 0,2μs τexp stretch= 6,19 0,2μs 13,22 0,082μs τexp sempl= 19,9 0,1μs 7,0 0,05μs 21,2 0,2μs 19,5 τexp stretch= 18,06 0,08μs 17,22 0,05μs 18,85 0,09μs β= 0,563 0,02 0,622 0,59 0,003 β= 0,697 0,003 0,661 0,677 0,002 T=1100 CC C T=1100 T=1100 τexp sempl= 39,1 0,2μs τexp stretch= 35,22 0,2μs 33,0 36,9 0,3μs 28,72 0,10μs 33,7 0,09μs β= 0,707 0,002 0,653 0,729 0,004
  16. 16. ANALISI DATI SPERIMENTALI T=1100 C T=1050 C T=1000 C Τ AL VARIARE DI %SI 35% Si 35% Si 38% Si 38% Siττexpsempl==19,9 0,1μs τττexpstretch==6,19 0,05μs exp sempl 7,4 0,1μs exp stretch= 18,06 0,08μs 39,1 0,2μs exp stretch 35,22 0,09μs ττexpsempl==21,2 0,2μs τexp stretch= = 7,0 0,2μs exp sempl 8,3 0,2μs 36,9 0,3μs τexp stretch18,85 0,09μs 33,7 0,2μs β= 0,697 0,003 β=0,707 0,002 0,563 0,003 β= β= 0,729 0,004 0,59 0,002 0,677 0,02 42% Si 42% Si τexp sempl= 19,5 0,2μs ττexpstretch==28,72 0,10μs 15,2 0,3μs exp stretch 17,22 0,05μs 33,0 13,22 0,082μs β= 0,661 0,002 0,653 0,622 0,003
  17. 17. CONCLUSIONI Studio delle proprietà ottiche di nanodots di Si : Al variare della % Si a T costante: * la lunghezza d’onda del picco aumenta all’aumentare della %Si poiché aumenta la dimensione dei nanodots; *l’intensità PL non segue alcun ordine Al variare della T costante a % Si costante: *spostamento disordinato delle lunghezze d’onde dei picchi al variare di T; *aumento dell’intensità PL all’aumentare della temperatura di annealing Vite medie: τ aumenta sensibilmente all’aumentare della temperatura fissata % Si β aumenta al crescere di T, fissata %Si ( 1000 °C -> 0.5 ; 1050 °C -> 0.6; 1100 °C -> 0.7) all’aumentare di T la distribuzione in taglia dei nanodots è più omogenea e diminuisce la loro interazione
  18. 18. BIBLIOGRAFIA M. Miritello, Sintesi e caratterizzazione di nanodots di Silicio (2011) P. C. Zalm, Quantitative Sputtering, Cap. 6 of Handbook of ion beam processing technology, ed. Cuomo et al. (1989)

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