m.sc. guerra j. a. guerra.jorgea@pucp.pe

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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

Ener

gía

Ci

… ……

e

rBrA

A BR

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ancho de banda(energía de banda prohibida)

b.c.

b.v.

conductores

Ener

gía

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.

Solid State Physics GroupPUCP 2012

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¿Por qué amplio ancho de banda?

Solid State Physics GroupPUCP 2012

• «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

Solid State Physics GroupPUCP 2012

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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

Solid State Physics GroupPUCP 2012

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Deposición & Caracterización

Solid State Physics GroupPUCP 2012

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pulverización catódica

Solid State Physics GroupPUCP 2012

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pulverización catódica

Solid State Physics GroupPUCP 2012

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)exc I(λ)PL

Energía de excitación

MuestraSeñal

• 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

Qua

rtz s

ubst

rate

Ram

man

Si s

ubst

rate

Ram

man

PL In

tens

ity x

104 (a

.u.)

Wavelength (nm)

5D4-

7F3

(621

.28

nm)

5D4-

7F4

(595

.47

nm)

5D4-

7F4

(584

.56

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

Qua

rtz s

ubst

rate

Ram

man

Si s

ubst

rate

Ram

man

PL In

tens

ity x

104 (a

.u.)

Wavelength (nm)

5D4-

7F3

(621

.28

nm)

5D4-

7F4

(595

.47

nm)

5D4-

7F4

(584

.56

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

Solid State Physics GroupPUCP 2012

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)

Solid State Physics GroupPUCP 2012

0 3 60.0

0.4

0.8

1 1.5 2

Norm

alize

d In

tens

ity

Impurity concentration

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Espectrofotometría UV-VIS-NIR

Sust

rato

Pelíc

ula

I0(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

smiss

ion (%

)

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 FitTr

ansm

issi

on

300 600 900 1200 1500 1800 21000

4

8

12

16

Calculated

x1

04 ( cm

-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 ( cm

-1)

Photon Energy (eV)

2 = 0.99190 = 9321.202 ± 179.712 cm-1 eV-1

E0 = 6.002 ± 0.015 eV

AG 200 400 600 8006

7

8

9

10

1/

x10

-1 (

eV)

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

Band

gap

(eV)

Temperature (°C)

a-AlN

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•SiC:H•SiCN

•(SiC)1-x(AlN)x

•Si1-xNx

•AlxSi1-xN

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¿Qué es lo que hacemos entonces?

Caracterizamos Aplicaciones

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Miembros actuales en el grupoLider

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IngenieríaCiencias

Maestría

Pregrado

Graduados

Colaboradores

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Gracias, y lancen sus preguntas

Grupo de Ciencias de los MaterialesPUCP 2011