1. Università degli studi di Catania
Facoltà 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. INDICE
 Introduzione all’argomento
 Tecniche di preparazione, apparato sperimentale
 Esperimento
 Risultati: dati sperimentali e analisi
 Conclusioni

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 ricombinazione
radiativa
• Ricombinazione SHR
Nanodots di Si
• confinamento quantico assorbimento/luminescenza
proprietà ottiche non lineari
aumento della Band Gap

4. NANODOTS DI SI
Confinamento quantico
Per un dato materiale e una T( K) fissata, l’ampiezza della band gap aumenta al
diminuire delle dimensioni della struttura.

5. NANODOTS DI SI
Applicazioni
• Optoelettronica
• Fotovoltaico
• Applicazioni Biomediche
• Sensori Collo di Bottiglia delle
interconnessioni.
• Informatica
• Materiali innovativi

6. NANODOTS DI SI
La nostra esperienza
1. 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. 1. DEPOSIZIONE DI UNO STRATO DI SIOX PER
SPUTTERING
Tecniche di deposizione
Deposizione per Sputtering:
Deposizione di un film tramite
Erosione di un target.
Vantaggi rispetto alle altre tecniche:
• maggiore pulizia del film (UHV)
• maggiore versatilità della tecnica
• possibilità di formazione di film di
composti.
• 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. 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/min
Percentuale di Si depositato
35%
38%
42%

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. 2. ANNEALING (CLUSTERIZZAZIONE
NANODOTS 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. 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. ANALISI DATI SPERIMENTALI
Λ AL VARIARE DI T( C)
35% Si 38% Si
42% 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. 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
C
I(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. TEMPI DI VITA MEDIA Τ

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 C
τexp 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. ANALISI DATI SPERIMENTALI
T=1100 C
T=1050 C
T=1000 C
Τ AL VARIARE DI %SI
35% Si
35% Si 38% Si
38% Si
ττexpsempl==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. 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. 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)