Enhancement of 1.53 mu m photoluminescence from spin-coated Er-Si-O (Er2SiO5) crystalline films by nitrogen plasma treatment

Er-Si-O (Er2SiO5) crystalline films are fabricated by the spin-coating and subsequent annealing process. The fraction of erbium is estimated to be 21.5 at% based on Rutherford backscattering measurement. X-ray diffraction pattern indicates that the Er-Si-O films are similar to Er2SiO5 compound in the crystal structure. The fine structure of room-temperature photoluminescence of Er3+-related transitions suggests that Er has a local environment similar to the Er-O-6 octahedron. Our preliminary results show that the intensity of 1.53 mu m emission is enhanced by a factor of seven after nitrogen plasma treatment by NH3 gas with subsequent post-annealing. The full-width at half-maximum of 1.53 pm emission peak increases from 7.5 to 12.9 nm compared with that of the untreated one. Nitrogen plasma treatment is assumed to tailor Er3+ local environment, increasing the oscillator strength of transitions and thus the excitation/emission cross-section. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Structural study of YSi1.7 layers formed by channeled ion beam synthesis

High quality YSi1.7 layers (chi(min) of Y is 3.5%) have been formed by 60 keV Y ion implantation in Si (111) substrates to a dose of 1.0 x 10(17)/cm(2) at 450 degrees C using channeled ion beam synthesis (CIBS). It shows that, compared to the conventional nonchanneled ion beam synthesis, CIBS is beneficial in forming YSi1.7 layers with better quality due to the lower defect density created in the implanted layer. Rutherford backscattering/channeling and x-ray diffraction have been used to study the structure and the strain of the YSi1.7 layers. The perpendicular and parallel elastic strains of the YSi1.7 epilayer are e(perpendicular to) = -0.67% +/- 0.02% and e(parallel to) = +1.04% +/- 0.08%. The phenomenon that a nearly zero mismatch of the YSi1.7/Si (111) system results in a nonpseudomorphic epilayer with a rather large parallel strain relative to the Si substrate (epsilon(parallel to) = +1.09%) is explained, and the model is further used to explain the elastic strain of epitaxial ErSi1.7 and GdSi1.7 rare-earth silicides. (C) 1998 American Vacuum Society.

Low threading-dislocation-density Ge film on Si grown on a pitting Ge buffer layer

A Ge layer with a pitting surface can be obtained when the growth temperature is lowered to 290 degrees C. On the low temperature Ge buffer layer with pits, high quality Ge layer was grown at 600 degrees C with a threading dislocation density of similar to 1x10(5)cm(-2). According to channeling and random Rutherford backscattering spectrometry spectra, a chi(min) value of 10% and 3.9% was found, respectively, at the Ge/Si interface and immediately under the surface peak. The root-mean-square surface roughness of Ge film was 0.33nm.

RECRYSTALLIZATION, IMPURITY MIGRATION AND OPTICAL ACTIVATION OF YB-IMPLANTED SILICON INDUCED BY RAPID THERMAL ANNEALING

The rapid thermal annealing temperature dependence of the recrystallization, Yb migration and its optical activation were studied for Yb-implanted silicon. For the annealing regime 800-1000-degrees-C, the Yb segregates both at the crystal/amorphous interface and at the surface, which is different from the usual segregation of Er at the crystal/amorphous interface, and the efficiency of optical activation also increases with annealing temperature. However, the amorphous layer regrows completely and no photoluminescence is observed after the annealing at 1200-degrees-C.

GROWTH OF HIGH-QUALITY GALLIUM-ARSENIDE ON HF-ETCHED SILICON (001) BY CHEMICAL BEAM EPITAXY

HF etching followed by relatively low temperature (almost-equal-to 600-degrees-C) pretreatment is shown to provide a suitable substrate for the heteroepitaxial growth of GaAs on Si(100) by CBE using TEGa and AsH3 as sources. Rutherford backscattering (RBS), photoluminescence (PL), transmission electron microscopy (TEM), and Raman measurements show the low-defect nature of the GaAs epilayer.

X-ray-diffraction study of quasipseudomorphic ErSi1.7 layers formed by channeled ion-beam synthesis

ErSi1.7 layers with high crystalline quality (chi(min) of Er is 1.5%) have been formed by 90 keV Er ion implantation to a dose of 1.6X10(17)/cm(2) at 450 degrees C using channeled implantation. The perpendicular and parallel elastic strain e(perpendicular to)=-0.94%+/-0.02% and e(parallel to)=1.24%+/-0.08% of the heteroepitaxial erbium silicide layers have been measured with symmetric and asymmetric x-ray reflections using a double-crystal x-ray diffractometer. The deduced tetragonal distortion e(T(XRD))=e(parallel to)-e(perpendicular to)=2.18%+/-0.10%, which is consistent with the value e(T(RBS))2.14+/-0.17% deduced from the Rutherford backscattering and channeling measurements. The quasipseudomorphic growth of the epilayer and the stiffness along a and c axes of the epilayer deduced from the x-ray diffraction are discussed.

铝镁尖晶石中He离子注入引起损伤的退火行为研究

利用卢瑟福沟道背散射技术结合表面的原子力显微分析，对注He的铝镁尖晶石晶体的晶格损伤及表面形变随退火温度变化的关系进行了研究.结果表明，不同注入剂量的样品中晶格损伤和表面形变表现出显著不同的退火行为.分析认为造成损伤演化的这种差异与注入的He原子在晶体中不同的聚集状态有关.

The effects of the annealing time on helium implantation in Si

The modifications induced in silicon samples by helium implantation before and after isothermal annealing at 673 K have been investigated. The surface morphology has been detected by atomic force microscopy. A hillock structure is observed on the sample surface before and after annealing for 5-10 min. Surface blister formation is observed with an increasing annealing time. The variation of crystal damage with annealing time has been investigated by Rutherford backscattering/channeling. The intensity of the damage peak first increases with annealing time, reaches maximum at an annealing time of 60 min and then decreases. Helium-induced bubbles and residual defects have been observed by transmission electron microscopy, which shows that dislocations are close to the bubbles. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

The annealing behavior of Cu nanoparticles in Ar-ion implanted spinel

Magnesium aluminate spinel crystals (MgAl2O4 (1 1 0)) deposited with 30 nm Cu film on surface were implanted with 110 key Ar-ions to a fluence of 1.0 x 10(17) ions/cm(2) at 350 degrees C, and then annealed in vacuum condition at the temperature of 500, 600, 700, 800 and 900 degrees C for 1 h, respectively. Ultraviolet-visible spectrometry (UV-VIS), scanning electron microscopy (SEM), Rutherford backscattering (RBS) and transmission electron microscopy (TEM) were adopted to analyze the specimens. After implantation, the appearance of surface plasmon resonance (SPR) absorbance peak in the UV-VIS spectrum indicated the formation of Cu nanoparticles, and the TEM results for 500 degrees C also confirmed the formation of Cu nanoparticles at near-surface region. In annealing process, The SPR absorbance intensity increased at 500 and 700 degrees C, decreased with a blue shift of the peak position at 600 and 800 degrees C, and the peak disappeared at 900 degrees C. The SPR absorbance intensity evolution with temperature was discussed combined with other measurement results (RBS, SEM and TEM). (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Desenvolvimento de sensores de fibra óptica para monitorização de compostos orgânicos voláteis em ambientes industriais

O objectivo geral deste trabalho consistiu no desenvolvimento de novos sensores químicos de fibra óptica (OF) para análise de compostos orgânicos voláteis (VOCs) em ambientes industriais. A componente de detecção dos sensores desenvolvidos é constituída por uma pequena secção de fibra óptica revestida com um filme de polímero. A morfologia dos filmes poliméricos foi analisada e caracterizada por microscopia electrónica de varrimento (SEM), sendo a espessura dos filmes determinada por espectroscopia de retrodispersão de Rutherford (RBS, acrónimo do inglês Rutherford backscattering spectrometry). O desempenho analítico dos sensores de OF foi avaliado relativamente a diferentes parâmetros operacionais, tais como, concentração da solução de revestimento, técnica de deposição do filme polimérico, temperatura da célula de injecção, temperatura de cura do material polimérico, caudal do gás de arraste, comprimento de onda e frequência de funcionamento do laser, configurações estruturais da célula de injecção e do tubo analítico. Foram desenvolvidos dois sensores de OF a operar na região do infravermelho para determinação de diferentes classes de VOCs, nomeadamente hidrocarbonetos aromáticos, clorados e alifáticos, além de álcoois. Os sensores de OF desenvolvidos apresentaram adequadas características analíticas em termos de sensibilidade, linearidade, repetitibilidade e reprodutibilidade do sinal analítico, sendo o tempo de resposta de aproximadamente 30 segundos. Foi também desenvolvido um sensor de OF para especiação de benzeno, tolueno e o-xileno a operar na região do visível (635 - 650 nm), tendo sido aplicado à análise de amostras reais de ar de uma indústria de solventes. Relativamente à monitorização de VOCs em ambientes industriais, foi desenvolvido um sensor de OF para monitorização in situ e de forma remota (até uma distância máxima de 60 metros do local de amostragem) de benzeno, tolueno, etilbenzeno, p-xileno, m-xileno e o-xileno (BTEX), utilizando um díodo laser a 1550 nm. O desempenho analítico do sensor desenvolvido foi comparado, para a determinação de BTEX, com a cromatografia gasosa acoplada à detecção com ionização de chama (GC-FID). Foram ainda desenvolvidos dois detectores de fibra óptica acoplados a um cromatógrafo de gás para especiação de álcoois e hidrocarbonetos aromáticos. A metodologia desenvolvida baseada em cromatografia gasosa acoplada a um detector de fibra óptica (GC-OF) foi aplicada à análise de amostras reais de ar de uma indústria de solventes, comparando os respectivos resultados com os obtidos por GC-FID. Por fim foi efectuado um estudo visando a obtenção de um modelo geral para a resposta analítica dos sensores de fibra óptica desenvolvidos.

Caracterização e modificação de heteroestruturas de nitretos do grupo III

Os nitretos binários semicondutores do grupo III, e respetivos compostos, são vastamente estudados devido à sua possível aplicabilidade em dispositivos optoeletrónicos, tais como díodos emissores de luz (LEDs) e LASERs, assim como dispositivos para a eletrónica de elevadas temperatura, potência e frequência. Enquanto se concretizou a comercialização na última década de LEDs e LASERs recorrendo ao ternário In1-yGayN, estudos das propriedades fundamentais estruturais e óticas, assim como de técnicas de processamento no desenvolvimento de novas aplicações de outros ternários do grupo III-N encontram-se na sua fase inicial. Esta tese apresenta a investigação experimental de filmes finos epitaxiais de Al1-xInxN crescidos sobre camadas tampão de GaN e de Al1-yGayN e o estudo do recozimento e implantação de super-redes (SL) compostas por pontos quânticos de GaN (QD) envolvidos por camadas de AlN. Apesar do hiato energético do Al1-xInxN poder variar entre os 0,7 eV e os 6,2 eV e, por isso, numa gama, consideravelmente superior à dos ternários Al1-yGayN e InyGa1-yN, o primeiro é o menos estudado devido a dificuldades no crescimento de filmes com elevada qualidade cristalina. É efetuada, nesta tese, uma caracterização estrutural e composicional de filmes finos de Al1-xInxN crescidos sobre camadas tampão de GaN e de Al1-yGayN usando técnicas de raios-X, feixe de iões e de microscopia. Mostra-se que o Al1-xInxN pode ser crescido com elevada qualidade cristalina quando a epitaxia do crescimento se aproxima da condição de rede combinada do Al1-xInxN e da camada tampão (GaN ou Al1-yGayN), isto é, com conteúdo de InN de ~18%, quando crescido sobre uma camada de GaN. Quando o conteúdo de InN é inferior/superior à condição de rede combinada, fenómenos de relaxação de tensão e deterioração do cristal tais como o aumento da rugosidade de superfície prejudicam a qualidade cristalina do filme de Al1-xInxN. Observou-se que a qualidade dos filmes de Al1-xInxN depende fortemente da qualidade cristalina da camada tampão e, em particular, da sua morfologia e densidade de deslocações. Verificou-se que, dentro da exatidão experimental, os parâmetros de rede do ternário seguem a lei empírica de Vegard, ou seja, variam linearmente com o conteúdo de InN. Contudo, em algumas amostras, a composição determinada via espetrometria de retrodispersão de Rutherford e difração e raios-X mostra valores discrepantes. Esta discrepância pode ser atribuída a defeitos ou impurezas capazes de alterar os parâmetros de rede do ternário. No que diz respeito às SL dos QD e camadas de AlN, estudos de recozimento mostraram elevada estabilidade térmica dos QD de GaN quando estes se encontram inseridos numa matriz de AlN. Por implantação iónica, incorporou-se európio nestas estruturas e, promoveu-se a ativação ótica dos iões de Eu3+ através de tratamentos térmicos. Foram investigados os efeitos da intermistura e da relaxação da tensão ocorridos durante o recozimento e implantação nas propriedades estruturais e óticas. Verificou-se que para fluências elevadas os defeitos gerados por implantação são de difícil remoção. Contudo, a implantação com baixa fluência de Eu, seguida de tratamento térmico, promove uma elevada eficiência e estabilidade térmica da emissão vermelha do ião lantanídeo incorporado nos QD de GaN. Estes resultados são, particularmente relevantes, pois, na região espetral indicada, a eficiência quântica dos LEDs convencionais de InGaN é baixa.

Dechanneling of 2 Mev Heâ ½ in gold

Thick gold single crystals of high quality were prepared for Rutherford Backscattering Dechanneling studies by electropolishing and annealing. The variation.; with temperature of the Random Fraction versus Depth spectrtnn for 2 MeV He+ on < 110> gold was extracted from measured Aligned and Random (Energy) Spectra. The measured dechanneling rate showed a sixfold increase in going from 4loK to 293°K and is in reasonable agreement with calculations made using the Steady Increase in Transverse Energy (SITE) approximation.

Effects and Modifications in In/Se and In/Sb Systems by Swift Heavy Ion Irradiation

Department of Physics, Cochin University of Science and Technology

Nanostructured europium oxide thin films deposited by pulsed laser ablation of a metallic target in a He buffer atmosphere

Nanostrucured europium oxide and hydroxide films were obtained by pulsed Nd:YAG (532 nm) laser ablation of a europium metallic target, in the presence of a 1 mbar helium buffer atmosphere. Both the produced film and the ambient plasma were characterized. The plasma was monitored by an electrostatic probe, for plume expansion in vacuum or in the presence of the buffer atmosphere. The time evolution of the ion saturation current was obtained for several probe to substrate distances. The results show the splitting of the plume into two velocity groups, being the lower velocity profile associated with metal cluster formation within the plume. The films were obtained in the presence of helium atmosphere, for several target-to-substrate distances. They were analyzed by Rutherford backscattering spectrometry, x-ray diffraction, and atomic force microscopy, for as-deposited and 600 degrees C treated-in-air samples. The results show that the as-deposited samples are amorphous and have chemical composition compatible with europium hydroxide. The thermally treated samples show x-ray diffraction peaks of Eu(2)O(3), with chemical composition showing excess oxygen. Film nanostructuring was shown to be strongly correlated with cluster formation, as shown by velocity splitting in probe current versus time plots. (C) 2010 American Vacuum Society. [DOI: 10.1116/1.3457784]

Junções rasas em Si e SIMOX

Foi estudado o comportamento do As (dopante tipo n) em dois tipos diferentes de substratos de Si: bulk e SIMOX (Separation by IMplanted OXygen). Ambos os substratos receberam uma implantação de 5x1014 cm-2 de As+ com energia de 20 keV. Após as implantações, as amostras foram recozidas por um dos dois processos a seguir: recozimento rápido (RTA, Rapid Thermal Annealing) ou convencional (FA, Furnace Annealing). A caracterização física e elétrica foi feita através do uso de diversas técnicas: SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry), RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry), MEIS (Medium Energy Ion Scattering), medidas de resistência de folha, medidas Hall e medidas de perfil de portadores por oxidação anódica. Na comparação entre os substratos SIMOX e Si bulk, os resultados indicaram que o SIMOX se mostrou superior ao Si bulk em todos os aspectos, ou seja, menor concentração de defeitos e menor perda de dopantes para a atmosfera após os recozimentos, maior concentração de portadores e menor resistência de folha. A substitucionalidade do As foi maior no SIMOX após RTA, mas semelhante nos dois substratos após FA. Na comparação entre RTA e FA, o primeiro método se mostrou mais eficiente em todos os aspectos mencionados acima. As explicações para o comportamento observado foram atribuídas à presença de maior concentração de vacâncias no SIMOX do que no Si bulk e à interação destas vacâncias com os dopantes.