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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/1906| Investigación y desarrollo de procesos tecnológicos para la obtención de emisores de luz y guías de onda para la integración en sistemas electrofotónicos | |
| José Juan Avilés Bravo | |
| MARIANO ACEVES MIJARES LILIANA PALACIOS HUERTA | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| LEC Electrophotonics Integration | |
| This thesis work addresses the design and study of a light emitter and a waveguide for an electrophotonic system, through the exclusive use of techniques and materials compatible with Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) technology. In particular, the impact of the gate manufacturing process on the electro-optical characteristics of light emitting capacitors based on silicon-rich silicon oxide (SRO) is studied, to find out if these processes help or impair the performance of the device.
For the study of the light emitter, devices were manufactured with an active layer of 40 nm of SRO deposited by means of the LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition). A polysilicon film was used as the gate for the device, which was submitted to a doping process (type N) with and without re-diffusion 1000 °C. For the analysis of the composition of the SRO film after the manufacture of the device, the polysilicon gate with KOH was removed. A change in the stoichiometry of the SRO was observed by ellipsometry, indicated by the increase in the refractive index, which was then confirmed by the composition analysis performed by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). The percentage of phosphorus atoms to the SRO film is negligible. It was found that the excess of additional silicon incorporated in SRO films during doping mainly increases the formation of Si³⁺ type suboxides while the re-diffusion process results in a restructuring of ORS. In addition, an increase in the formation of elemental silicon (Si⁰) was found with doping and re-diffusion which could be causing an increase in the size of silicon nanoparticles (Si-nps) and shifting the photoluminescence spectrum towards a longer wavelength. The device with only doping presented full-area electroluminescence in white after reaching a resistive switching (SR) behavior, which is related to structural changes within the SRO film. The device with doping and re-diffusion does not exhibit the behavior of resistive switching and electroluminescence only appears as a high density of light points. In addition, it was found that the emission color of the devices not only depends on the excess silicon, but also on the way it is added to the SRO network and the type of link that is formed.
Este trabajo de tesis aborda el diseño y estudio de un emisor de luz y una guía de onda para un sistema electrofotónico, mediante el uso exclusivo de técnicas y materiales compatibles con la tecnología metal-óxido-semiconductor complementaria (CMOS, del inglés Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). De manera particular, se estudia el impacto del proceso de fabricación de la compuerta sobre las características electro-ópticas de capacitores emisores de luz basados en películas de óxido de silicio rico en silicio (SRO, del inglés, Silicon Rich Oxide) para averiguar si dichos procesos ayudan o perjudican el desempeño del dispositivo. Para el estudio del emisor de luz, se fabricaron dispositivos con una capa activa de 40 nm de SRO depositado por medio de la técnica de LPCVD (del inglés, Low Pressure Chemical Vapor Deposition). Como compuerta para el dispositivo se utilizó una película de polisilicio la cual fue sometida a un proceso de dopado (tipo N) con y sin redifusión a 1000 ᵒC. Para el análisis de composición de la película de SRO después de la fabricación del dispositivo, se eliminó la compuerta del polisilicio con KOH. Por medio de elipsometría se observó un cambio en la estequiometria del SRO indicada por el incremento en el índice de refracción, el cual después fue confirmado mediante el análisis de composición realizado por Espectroscopia de Fotoelectrones de Rayos X (XPS, del inglés, X-ray Photoelectron Spectrometry). Se comprobó la existencia de una migración de átomos de fósforo y de silicio desde la compuerta de polisilicio hacia la película de SRO, siendo mayor en la película con redifusión. El porcentaje de átomos de fósforo hacia la película de SRO es despreciable. Se encontró que el exceso de silicio adicional incorporado en las películas de SRO durante el dopado principalmente incrementa la formación de subóxidos tipo Si³⁺ mientras que el proceso de redifusión provoca una reestructuración del SRO. Además, se encontró un incremento en la formación de silicio elemental (Si⁰) con el dopado y la redifusión lo que podría estar provocando un incremento en el tamaño de las nanopartículas de silicio (Si-nps) y desplazando el espectro de fotoluminiscencia hacia una mayor longitud de onda. El dispositivo con solo dopado presentó electroluminiscencia de área completa en color blanco después de alcanzar un comportamiento de switcheo resistivo (SR), el cual es relacionado con cambios estructurales dentro de la película de SRO. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2019-08 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Avilés Bravo, J. J., (2019), Investigación y desarrollo de procesos tecnológicos para la obtención de emisores de luz y guías de onda para la integración en sistemas electrofotónicos, Tesis de Maestría, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. | |
| ELECTRÓNICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Maestría en Electrónica |
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