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Estudio de cátodo-luminiscencia de materiales dieléctricos con exceso de silicio

ROSA ELVIA LOPEZ ESTOPIER (2010)

Potential applications of luminescent materials made of silicon, such as

porous silicon and silicon nanoclusters embedded in SiOx (x<2), are now extending

from simple light emitters to optoelectronics devices. In most of these applications,

compatibility of such materials and the conventional IC´s silicon processes is

desirable. It has been demonstrated that Silicon Rich Oxide (SRO) films subjected to

high-temperature annealing exhibit efficient photoluminescence (PL). Besides, their

chemical stability and compatibility with IC´s silicon processes is a material with

high possibilities for integrated electronic and optic device applications.

In this thesis, SRO films with different Si excess were deposited by LPCVD

(Low Pressure Vapor Deposition) on Si substrates. silane (SiH4) and Nitrous Oxide

(N2O) were used as reactive gases, and the excess Si concentration was adjusted by

the gas ratio Ro=[N2O]/[SiH4]. SRO films with Ro 10, 20 and 30 were obtained. In

order to study the thermal treatment effect, after deposition half of the samples were

treated at 1100ºC by 180 minutes in nitrogen ambient and the other half were as

deposited. The effect of nitrogen and hydrogen incorporation into SRO on

luminescence properties was also studied. Nitrogen was incorporated adding

ammonia (NH3) during the deposition. Others samples were submitted to

hydrogenation treatments to add hydrogen atoms. Structural and optical properties of

the deposited films were characterized by ellipsometry, Fourier transform infrared

spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Rutherford

backscattering spectroscopy (RBS), atomic force microscopy (AFM),

photoluminescence (PL), and cathodoluminescence (CL).

Existen aplicaciones potenciales de materiales luminiscentes hechos de silicio,

como silicio poroso y nano-aglomerados de silicio en SiOx (x<2), que ahora se

extienden de simples emisores de luz a dispositivos opto electrónicos. En la mayoría

de esas aplicaciones, se desea que exista compatibilidad entre dichos materiales y los

procesos de fabricación de circuitos integrados (CI). Se ha demostrado que las

películas de óxido de silicio rico en silicio (SRO) sujeto a tratamientos térmicos a

altas temperaturas tienen eficiente emisión de fotoluminiscencia (FL). Además,

debido a su estabilidad química y su compatibilidad con los procesos de fabricación

de CI, el SRO es un material con altas posibilidades para aplicaciones de dispositivos

optoelectrónicos.

En ésta tesis, se depositaron películas de SRO sobre substratos de silicio

mediante LPCVD (depósito químico en fase vapor a baja presión). Se utilizaron

silano (SiH4) y óxido nitroso (N2O) como gases reactivos; y la concentración de

exceso de silicio se ajusta mediante Ro=[N2O]/[SiH4]. Se obtuvieron películas con Ro

10, 20 y 30. Para estudiar el efecto del tratamiento térmico, se sometieron a

tratamiento térmico la mitad de las películas a 1100 ºC por 180 minutos en ambiente

nitrógeno y la otra mitad se dejaron sin tratamiento. También se estudió el efecto de

la incorporación del hidrógeno y nitrógeno. El nitrógeno se introdujo añadiendo

amonia (NH3) durante el depósito. A otras muestras se les aplicaron tratamiento de

hidrogenación para añadir átomos de hidrógeno. Las propiedades ópticas y

estructurales de las películas se caracterizaron mediante elipsometría, espectroscopía

infrarrojo de transformada de Fourier (FTIR), espectroscopía de fotoelectrones con

rayos X (XPS), espectroscopía de iones retrodispersados de alta energía (RBS),

microscopía de fuerza atómica (AFM), fotoluminiscencia (FL) y cátodoluminiscencia

(CL).

Doctoral thesis

Chemical vapour deposition Luminescence Nanoparticles CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Loop formation in graphitic nanoribbon edges using furnace heating or Joule heating

Xiaoting Jia JESSICA ROSAURA CAMPOS DELGADO EDGAR EDUARDO GRACIA ESPINO Mario Hofmann Hiroyuki Muramatsu MAURICIO TERRONES MALDONADO Dresselhaus Mildred (2009)

"Here the authors report the use of either furnace heating or Joule heating to pacify the exposed graphene edges by loop formation in a novel graphitic nanoribbon material, grown by chemical vapor deposition. The edge energy minimization process involves the formation of loops between adjacent graphene layers within the nanoribbons. A comparison is made of the similarities and differences between the loop structures formed using these two methods. An estimation of the temperature of these graphitic nanoribbons during Joule heating is also reported based on the melting and evaporation of Pt nanoparticles."

Article

Chemical vapour deposition Evaporation Graphite Heat treatment Melting Nanoparticles Nanotechnology Platinum INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS

Desarrollo de micro-bolómetros no enfriados basados en Silicio y Germanio Polimorfo

RICARDO JIMENEZ ZAVALA (2013)

Los sistemas de detección infrarroja son una tecnología clave en diversas

aplicaciones civiles y militares, especialmente en rastreo de objetivos, visión

nocturna, mantenimiento preventivo, etc.

A diferencia de los detectores infrarrojos de fotones que requieren

costosos dispositivos de enfriamiento, los sistemas basados en microbolómetros

pueden operar a temperatura ambiente. Esta característica les

brinda ventajas como un menor consumo de potencia, peso reducido y

volumen que finalmente resulta en un equipo de bajo costo.

En este trabajo se han fabricado y caracterizado micro-bolómetros con

área de 50x50 μm2. Se utilizaron películas termo-sensoras basadas en

germanio polimorfo, silicio polimorfo y sus aleaciones en estado polimorfo.

El proceso de fabricación fue realizado en el laboratorio de

microelectrónica y el laboratorio de innovación en MEMS (LIMEMS) del

INAOE. Se implementaron 16 diseños distintos de micro-bolómetros tipo

puente con el fin de evaluar el desempeño de los sensores bajo las

variaciones geométricas y la estabilidad mecánica al final del proceso de

fabricación.

Las películas termo-sensoras y estructurales fueron preparadas por

medio de la técnica Low Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor

Deposition (LF-PECVD) a 200 °C, lo cual permite obtener una total

compatibilidad con un post-proceso CMOS. Se emplearon 8 películas termosensoras

con un elevado Coeficiente Térmico de Resistencia (TCR), que

resultaron en sensores con una detectividad en el rango de 107-109

cm·Hz1/2/W y resistencias eléctricas del orden de 1 MΩ.

Master thesis

Bolometer Silicon-germanium alloys Plasma chemical vapour deposition CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Microstructural properties of multi-nano-layered YSZ thin films

PATRICIA AMEZAGA MADRID WILBER ANTUNEZ FLORES JAVIER SAENZ HERNANDEZ KARLA CAMPOS VENEGAS (2010)

We report the fabrication of submicron, multi-nano-layered, yttria-stabilized zirconia (YSZ) thin films by aerosol assisted CVD. The film consisted of a periodic stack of several layers, a few nanometers thick, of the same composition but different density; formation of voids during synthesis originate the low-density layer. Grazing incidence X-ray diffraction (GIXRD), X-ray reflectometry, high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and high angle annular dark field (HAADF) images were employed to analyze the microstructure of the films. GIXRD pattern showed characteristic peaks of cubic zirconia. Peak broadening in the pattern comes from a microstructure composed of nanocrystals, but principally due to the multilayered structure, that cause satellite peaks around the Bragg reflections. Lattice fringes measurement in HRTEM and HAADF images was consistent with the interplanar distance of the YSZ cubic phase. Additionally, lattice parameter obtained from selected area electron diffraction and GIXRD patterns was around 0.513 nm, in agreement to values reported in the literature for YSZ.

Conference proceedings

Nanostructures Vapour deposition Microscopy CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA QUÍMICA FÍSICA OTRAS

Study of luminescence on multiple SRO structures with the posibility to obtain electroluminescence

KARIM MONFIL LEYVA (2009)

En los últimos años se ha intensificado la búsqueda de dispositivos

optoelectrónicos basados en silicio (Si) y sobrepasar su desventaja como

semiconductor de banda indirecta. Actualmente el óxido de silicio enriquecido (SRO)

se considera uno de los materiales con mayor potencial para aplicaciones

optoelectrónicas porque se obtiene fácilmente por diferentes técnicas, es compatible

con el proceso metal-óxido-semiconductor (MOS) y presenta importantes

propiedades ópticas como baja reflectancia, absorción en el espectro ultravioleta,

fuerte emisión en el visible así como interesantes propiedades eléctricas como

atrapamiento de carga, bloqueo Coulómbico, tuneleo directo y tuneleo Fowler

Nordheim.

En este trabajo se presenta un estudio de propiedades ópticas y eléctricas de

estructuras de SRO multicapas obtenidas depósito químico por vapor a baja presión

(LPCVD) sin y con implantación de Si. El exceso de Si en las películas de SRO fue

controlado por la razón dada por Ro=N2O/SiH4. Los efectos combinados producidos

por el apilamiento de capas de SRO, la implantación de silicio e incremento en la

dosis de implantación sobre la fotoluminiscencia (PL) de las multicapas fueron

analizados. Los espectros de absorbancia fueron obtenidos para identificar

compuestos y tipos de enlace. La morfología superficial fue investigada empleando

microscopía de fuerza atómica (AFM). Las propiedades estructurales fueron

obtenidas mediante microscopía de transmisión de electrones (TEM). Los

mecanismos de inyección de carga fueron investigados mediante mediciones de

capacitancia-voltaje (C-V) y corriente-voltaje (I-V). Las muestras multicapas

confirmaron la fuerte relación entre el exceso de Si y la PL, absorción óptica,

morfología superficial, microestructura y mecanismo de conducción. La implantación

de silicio no mostró una influencia significativa al aplicarse en muestras con SRO

multicapas a diferencia de lo observado en capas sencillas.

En el trabajo también se presentan los resultados y análisis de algunas de las

principales propiedades ópticas de películas con Ro=30 al variar el grosor de las

mismas. Las capas sencillas con Ro=30 confirmaron la relación y efecto de volumen

del SRO asociado con la PL y el mecanismo de emisión.

Doctoral thesis

Silicon Luminiscence Chemical vapour Multilayers Nanocomposites CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Pine-tree-like morphologies of nitrogen-doped carbon nanotubes: Electron field emission enhancement

MARIA LUISA GARCIA BETANCOURT NESTOR PEREA LOPEZ SOFIA MAGDALENA VEGA DIAZ FLORENTINO LOPEZ URIAS ANA LAURA ELIAS ARRIAGA JOSUE ORTIZ MEDINA Emilio Muñoz Sandoval MAURICIO TERRONES MALDONADO (2014)

"Nitrogen-doped multiwalled carbon nanotube (CNT) bundles exhibiting pine-tree-like morphologies were synthesized on silicon-silicon oxide (Si/SiO2) substrates using a pressure-controlled chemical vapor deposition process. Electron field emission (FE) measurements showed a notable emission improvement at low turn-on voltages for the CNT pine-like morphologies (e.g., 0.59 V/-m) in comparison with standard aligned N-doped CNTs (>1.5 V/-m). We envisage that these pine-tree-like structures could be potentially useful in the fabrication of efficient FE and photonic devices."

Article

Nanostructure Chemical vapor deposition (CVD) Field emission BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA

Synthesis, characterization and magnetic properties of defective nitrogen-doped multiwall carbon nanotubes encapsulating ferromagnetic nanoparticles

MARIA LUISA GARCIA BETANCOURT YADIRA ITZEL VEGA CANTU SOFIA MAGDALENA VEGA DIAZ Aarón Morelos Gómez NESTOR PEREA LOPEZ Rodolfo Cruz Silva Humberto Terrones Maldonado MAURICIO TERRONES MALDONADO Emilio Muñoz Sandoval (2014)

"Nitrogen-doped multi-walled carbon nanotubes (CNxMWNTs) with multiple morphological defects were produced using a modified chemical vapor deposition (CVD) method. In a typical CNxMWNTs synthesis by CVD, an acetone trap is used to catch organic by-products from pyrolysis. In the present work, an aqueous solution of NaCl (26.82 wt%) was used in the trap, instead of acetone. Carbon nanotubes with sharp tips and lumps were found in the products. Scanning electron microscopy (SEM) and high resolution transmission electron microscopy showed the formation of nanoparticles of different shapes inside the nanotubes. The electronic and magnetic properties were studied using a physical properties measurement Evercool system (PPMS). With this simple change in the CVD-trap, it is possible to control the morphology of carbon nanotubes and metallic nanoparticles. Differences in gas flow are proposed as a possible mechanism to produce these changes in both nanoparticles and CNxMWNTs."

Article

Carbon Nanotube (CN) Chemical Vapor Deposition (CVD) Defect Magnetic Property Metallic Nanoparticles INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS CIENCIAS TECNOLÓGICAS

Oxygenated surface of carbon nanotube sponges: electroactivity and magnetic studies

ALEJANDRO JAVIER CORTES LOPEZ Emilio Muñoz Sandoval FLORENTINO LOPEZ URIAS (2019)

"We report the synthesis of nitrogen-doped carbon nanotube sponges (N-CNSs) by pyrolysis of solutions of benzylamine, ferrocene, thiophene, and isopropanol-based mixture at 1020 degrees C for 4 h using an aerosol-assisted chemical vapor deposition system. The precursors were transported through a quartz tube using a dynamic flow of H-2/Ar. We characterized the N-CNSs by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, and thermogravimetric analysis. We found that isopropanol, isopropanol-ethanol, and isopropanol-acetone as precursors promote the formation of complex-entangled carbon fibers making knots and junctions. The N-CNSs displayed an outstanding oxygen concentration reaching a value of 9.2% for those synthesized with only isopropanol. We identified oxygen and nitrogen functional groups; in particular, the carbon fibers produced using only isopropanol exhibited a high concentration of ether groups (C-O bonds). This fact suggests the presence of phenols, carboxyl, methoxy, ethoxy, epoxy, and more complex functional groups. Usually, the functionalization of graphitic materials is carried out through aggressive acid treatments; here, we offer an alternative route to produce a superoxygenated surface. The understanding of the chemical surface of these novel materials represents a huge challenge and offers an opportunity to study complex oxygen functional groups different from the conventional quinone, carboxyl, phenols, carbonyl, methoxy, ethoxy, among others. The cyclic voltammetry measurements confirmed the importance of oxygen in N-CNSs, showing that with high oxygen concentration, the highest anodic and cathodic currents are displayed. N-CNSs displayed ferromagnetic behavior with an outstanding saturation magnetization. We envisage that our sponges are promising for anodes in lithium-ion batteries and magnetic sensor devices."

Article

Chemical-vapor-deposition Thermal-decomposition Raman-spectroscopy Highly efficient Porus carbon Growth Nanostructures Networks Ethylene Sorption BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA

Nanostructured CdS Thin Films Grown by CBD

ALMA ROCIO RIVERA GOMEZ (2013)

Thin films were deposited on glass substrates CdS / ITO (slide / indium tin) by using chemical bath deposition (CBD) technique without agitation. The deposition conditions were as follows: At a constant bath temperature of 70 ° C. Solutions used: CdCl2 0.05M, 0.5M KOH, 0.5M Na3C6H5O7 and SC (NH2) 2 0.5M, prepared at room temperature using deionized water to complete a volume of 100 ml. The deposition time was 90 min. We performed morphological and elemental characterization by UV, SEM, EDS and AFM, determining the optical properties (transmission, energy gap) and thickness, and calculated the grain size through WSxM SPM software. The method of chemical bath deposition provides adherent films and optical properties and energy gap, growing VOLMER-Weber type.

Article

CBD (Chemical Bath Deposition) CdS CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS

Fabrication and characterization of un-cooled micro-bolometers based on silicon germanium thin films obtained by low frequency plasma deposition

MARIO MORENO MORENO ANDREY KOSAREV ALFONSO TORRES JACOME (2007)

We report the study of a fabrication process and characterization of un-cooled micro-bolometers based on silicon germanium thin films

deposited by low frequency PE CVD technique at low temperature and fully compatible with the IC fabrication technology. Surface micromachining

techniques were used for the micro-bolometer fabrication onto a silicon wafer. The a-SixGe1-x:H thermo-sensing film used

in those devices have shown high activation energy providing high thermal coefficient of resistance and improved but still high resistance.

We studied the effect on the electrical properties of the device when boron is incorporated in the a-SixGe1-x:H film. The temperature

dependence of conductivity ¾(T), current-voltage characteristics I(U) and noise spectral density have been measured in order to characterize

and compare the performance of micro-bolometers with both types of films: a-SixGe1-x:H and a-GexBySiz:H.

En este trabajo se reporta el estudio del proceso de fabricación y caracterización de micro-bolómetros no enfriados basados en películas

delgadas de silicio germanio depositadas por medio de la técnica PE CVD a baja frecuencia, baja temperatura y completamente compatibles

con la fabricación de CI’s. Se usaron técnicas de micro-maquinado superficial para la fabricación de los micro-bolómetros sobre obleas

de silicio. La película termo-sensora de a-SixGe1-x:H usada en estos dispositivos ha mostrado alta energía de activación, dando un alto

coeficiente térmico de resistencia y una mejorada pero alta resistencia. Se estudió el efecto en las propiedades del dispositivo cuando boro

es incorporado en la película a-SixGe1-x:H. Se midió la dependencia de la conductividad con la temperatura, las características corriente voltaje

I(U) y la densidad espectral de ruido, con el objetivo de caracterizar y comparar el rendimiento de los micro-bolómetros con los dos

tipos de películas: a-SixGe1-x:H y a-GexBySiz:H.

Article

Germanium Plasma enhanced chemical vapor deposition IR detectors Germanio Depósito químico en fase vapor asistido por plasma Detectores infrarojos CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA