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M.Sc. Guerra J. A.
guerra.jorgea@pucp.edu.pe
Solid State Physics GroupPUCP 2012
Caracterización de películas delgadas semiconductoras de un amplio ancho de banda dopadas con tierras raras
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Películas delgadas
Sustrato
Película d [nm]
t [mm]
d << t
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¿amplio ancho de banda?
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bandas
e
rBrA
A BR ∆E/2
∆EA
B
enlazamiento
anti-enlazamiento
Posición
En
erg
ía
Ci
… ……
e
rBrA
A BR
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ancho de banda(energía de banda prohibida)
b.c.
b.v.
conductores
En
erg
ía
aislantes &
semiconductores
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tierras raras
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nc-AlN:Lh3+¿Por qué?
R. Weingärtner, O. Erlenbach, A. Winnacker, A. Welte, I. Brauer, H. Mendel, H.P. Strunk, C.T.M. Ribeiro and A.R. Zanatta, Opt. Mater. 28 (2006), p. 790.
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¿Por qué amplio ancho de banda?
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• «Quenching» por:• ancho de banda• temperatura• concentración
• Transparencia
material dopado excitación & emisión
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R. Weingärtner J. A. Guerra, O. Erlenbach, G. Gálvez, F. De Zela, A. Winnacker, 2010 Mater. Sci. Eng. B, 174 114-8
Ingeniería del ancho de banda
a-(SiC)1-x(AlN)x
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Al1-xGaxN:Tm
D S Lee and A J Steckl 2003 Enhanced blue emission from Tm-doped AlxGa1-xN electroluminescent thin films Appl. Phys. Lett. 83 2094
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Deposición & Caracterización
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pulverización catódica
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pulverización catódica
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G. Gálvez, O. Erlenbach, J. A. Guerra Torres, T. Hupfer, M. Steidl, F. De Zela, R. Weingärtner, A. Winnacker, Materials Science Forum Vols. 645-648 (2010), 1199-1202
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Foto-luminiscencia (PL)
Espectrofotometría UV-VIS
Espectroscopía vibracional (FTIR)
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caracterización óptica
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Foto-luminiscencia (PL)
I(λ)excI(λ)PL
Energía de excitación
Muestra
Señal
• defectos
• Tiempo de vida de portadores de carga (TRPL)
• Impurezas
e-
b.c.
b.v.
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Espectro PL
500 525 550 575 600 625 650 675 7000
1
2
3
4
5
Quar
tz s
ubst
rate
Ram
man
Si su
bst
rate
Ram
man
PL Inte
nsi
ty x
104 (
a.u.)
Wavelength (nm)
5D4-
7F3
(621
.28
nm
)
5D4-
7F4
(595
.47
nm
)5D
4-7F
4 (5
84.5
6 nm
)
5D4-7F5 (550.07 nm)
5D4-7F5 (541.95 nm)
a-SiC:H:Tb 1.9% a-SiC:H a-SiC
500 525 550 575 600 625 650 675 7000
1
2
3
4
5
Quar
tz s
ubst
rate
Ram
man
Si su
bst
rate
Ram
man
PL Inte
nsi
ty x
104 (
a.u.)
Wavelength (nm)
5D4-
7F3
(621
.28
nm
)
5D4-
7F4
(595
.47
nm
)5D
4-7F
4 (5
84.5
6 nm
)
5D4-7F5 (550.07 nm)
5D4-7F5 (541.95 nm)
a-SiC:H:Tb 1.9% a-SiC:H a-SiC
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λexc = 488 nm
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a-SiC:H:Tb
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SiC120W
Tb50W
Sustrato
Película
Objetivos
1% 11%Tb%
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PL a-SiC:H:Tb
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PL a-SiC:H:Tb
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J. A Guerra, et al., Concentration Quenching of the Luminescence from several Terbium doped Matrix Materials, Submitted to EDS-2012.
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Simulaciones (Percolación)
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0 3 6
0.0
0.4
0.8
1 1.5 2
Nor
mal
ized
Inte
nsity
Impurity concentration
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Espectrofotometría UV-VIS-NIR
Su
stra
to
Pel
ícu
laI0(λ) IT(λ)
IR(λ)
IA(λ)
I0= IT +IA+IR
1= T+A+R
T(λ)= IT/I0
¡Esto es lo que medimos!
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Espectrofotometría UV-VIS-NIR
250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 22500
20
40
60
80
100
Tran
smis
sion
(%)
Photon wavelength (nm)
c-Si a-Si a-Si:H a-SiN
Cortesía de A.R. Zanatta, IFSC-USP, Brasil
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d = 356.14 ± 0.13 nm
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Measurement Fit
Tra
nsm
issio
n
300 600 900 1200 1500 1800 2100
0
4
8
12
16
Calculated
x10
4 ( c
m-1)
wavelength (nm)
a-(SiC)0.53(AlN)0.47
Extracto de la tesis de maestría de J. A. Guerra
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a-(SiC)1-x(AlN)x
R. Weingärtner J. A. Guerra, O. Erlenbach, G. Gálvez, F. De Zela, A. Winnacker, 2010 Mater. Sci. Eng. B, 174 114-8
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1 2 3 4 5 6 70
2
4
6
8
10
12
14
UF AG 200 300 400 500 600 700
x1
04 ( c
m-1)
Photon Energy (eV)
2 = 0.9919
0 = 9321.202 ± 179.712 cm-1 eV-1
E0 = 6.002 ± 0.015 eV
AG200 400 600 8006
7
8
9
10
1/
x10
-1 ( e
V)
Temperature (°C)
J A Guerra, L Montañez, O Erlenbach, G Galvez, F De Zela, A Winnacker, R Weingärtner, 2011 J. of Phys. Conf. Series 274 012113
AG 200 300 400 500 600 700 8003
4
5
6
7
E( E)2
ECU
ETauc
Bandgap (eV
)
Temperature (°C)
a-AlN
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•SiC:H
•SiCN
•(SiC)1-x(AlN)x
•Si1-xNx
•AlxSi1-xN
Solid State Physics GroupPUCP 2012
¿Qué es lo que hacemos entonces?
Caracterizamos Aplicaciones
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Miembros actuales en el grupo
Lider
Doctorado
IngenieríaCiencias
Maestría
Pregrado
Graduados
Colaboradores
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Gracias, y lancen sus preguntas
Grupo de Ciencias de los MaterialesPUCP 2011