Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Apr 2004)
Nanocristales de silicio en matriz de SiO<sub>2</sub> para aplicaciones fotónicas
Abstract
We describe in this work the development of both materials and technology approaches that have allowed us to successfully produce efficient and reliable LEDs by using only CMOS processes. Si nanocrystals (Si-nc) were synthesised in SiO2 by ion implantation plus annealing and display average diameters from 2.5 to 6 nm. Wide photoluminescence around 700-800 (red) nm is present in all the samples. The most efficient structures have Si-ncs with average size of 3 nm and densities of 1019 cm-3. We have estimated band-gap energies, lifetimes (20-200 μs) and absorption cross-sections (10-15-10-16 cm2) as a function of size and surface passivation. From highly luminescent Si-nc, LEDs consisting of MOS capacitors were fabricated. Stable red electroluminescence has been obtained at room temperature and the I-V characteristics prove that the current is related to a pure tunnelling process.En este trabajo describimos la tecnología y los materiales empleados en la fabricación de nanocristales de silicio (Si-nc) para obtener dispositivos luminiscentes usando procesos compatibles con la tecnología CMOS. Los nanocristales de Silicio se sintetizaron a partir de una implantación iónica sobre SiO2 y un posterior recocido, consiguiendo una distribución de tamaños que varia desde 2.5 a 6 nm dependiendo de la dosis de implantación. Todas las muestras presentan una fotoluminiscencia ancha alrededor de 700-800 nm (rojo), que se desplaza fuertemente con el tamaño medio de los nanocristales. Las estructuras más eficientes presentan una tamaño promedio de 3 nm, con una densidad de 1019 cm-3. En cuanto a fotoluminiscencia, se ha hecho una estimación de las energías del gap, de las vidas medias (20-200 μs) y las secciones eficaces de absorción (10-15-10-16 cm2) en función del tamaño y de la pasivación de la superficie de los nanocristales. En estructuras tipo MOS con Si-nc se obtuvo electroluminiscencia muy fuerte y estable a temperatura ambiente. Las curvas I-V muestran que la corriente es debida puramente a un mecanismo de efecto túnel.
