Orientador: Francisco das Chagas Marques

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: No presente trabalho apresentamos um estudo sobre ligas amorfas de germânio-nitrogênio hidrogenadas (a-GeNx:H). Os filmes foram preparados pela técnica de rf-reactive sputtering, com um alvo de germânio ultra puro em dois diferentes tipos de atmosferas: i) Argônio + Amônia, e ii) Argônio +...

Resumo: No presente trabalho apresentamos um estudo sobre ligas amorfas de germânio-nitrogênio hidrogenadas (a-GeNx:H). Os filmes foram preparados pela técnica de rf-reactive sputtering, com um alvo de germânio ultra puro em dois diferentes tipos de atmosferas: i) Argônio + Amônia, e ii) Argônio + Nitrogênio + Hidrogênio ou Deutério.
As propriedades ópticas e estruturais dos filmes dependem dos parâmetros de deposição utilizados. No que se refere à banda proibida óptica podem ser obtidos valores numa faixa de 1 a 3 eV mudando apenas o Bias (tensão de autopolarização da rf). Outro parâmetro que também foi estudado e influencia bastante nas propriedades do material foi a temperatura de crescimento do substrato.
Da análise dos espectros por transmissão no infravermelho obtivemos que as bandas de absorção associadas às vibrações dos elementos do composto ligados ao hidrogênio são mudadas quando é usado deutério em lugar de hidrogênio. Este efeito é usado para distinguir as bandas relacionadas às ligações com o hidrogênio das ligações com outros átomos. O espectro obtido para os filmes a-GeNx:H depositados na faixa de temperatura de 150 ºC a 300 ºC mostra bandas de absorção características das vibrações Ge-N, Ge-H, N-H e N-H2. Nos filmes de a-GeNx:D as bandas ligadas ao hidrogênio são substituídas pelas bandas Ge-D, N-D e N-D2 nas quais as freqüências de vibração são mudadas para posições de baixa energia. A mudança de freqüências é consistente com o fator da raiz quadrada da razão das massas atômicas do D- e H-. Também foi observada uma mudança na posição destas bandas de absorção especificamente na vibração Ge-H, quando incorporamos maior quantidade de nitrogênio na rede de Ge.
Os filmes preparados em temperatura ambiente mostram contaminação atmosférica espontânea, que tende a se saturar depois de alguns meses. Várias bandas de absorção surgem na faixa de 2700-3800 cm-1 e 1400-1650 cm-1. Para designar estas bandas de absorção, uma análise sistemática foi executada usando a evolução dos espectros de infravermelho como função do tempo de exposição à atmosfera.
Um estudo de medidas de stress intrínseco como função de alguns parâmetros de deposição (bias e temperatura de crescimento do substrato), foi realizado nos filmes de a-GeNx:H. Também determinamos o coeficiente de dilatação térmica e o módulo de Young em função da concentração de nitrogênio nas ligas

Abstract: In this work we report optical and structural properties of hydrogenated germanium nitrogen alloys (a-GeNx:H). These films were prepared by the rf-reactive sputtering technique, using a crystalline germanium target in Argon + Ammonia or Argon + Nitrogen + Hydrogen (or Deuterium)...

Abstract: In this work we report optical and structural properties of hydrogenated germanium nitrogen alloys (a-GeNx:H). These films were prepared by the rf-reactive sputtering technique, using a crystalline germanium target in Argon + Ammonia or Argon + Nitrogen + Hydrogen (or Deuterium) atmosphere. Its properties are strongly dependent on the deposition parameters. The band gap ranges from approximately 1 eV to 3 eV by just changing the applied power. The deposition temperature also plays an important role in its structural properties.
Deuterium was used to replace the hydrogen in the films in order to distinguish the infrared absorption bands related to the vibrations of the alloy elements bonded to hydrogen. The spectrum obtained for a-GeNx:H deposited in the 150 ºC to 300 ºC range shows absorption bands characteristic of Ge-N, Ge-H, N-H, N-H2 vibrations. In the a-GeNx:D films the hydrogen atoms are replaced by deuterium atoms and the corresponding Ge-D, N-D, and N-D2 absorption bands are shifted to lower energy .The shifting of frequencies are consistent with the D to H-atom mass ratio factor. A shifting of the bands associated with hydrogen as the nitrogen concentration changes has also been observed.
The films prepared at room temperature show spontaneous atmospheric contamination, which tends to saturate after a few months. Several absorption bands appear in the 2700-3800 cm-1 range and at 1400-1650 cm-1. In order to assign those absorption bands, a systematic analysis has been performed using the evolution of the infrared spectra as the atmosphere exposing time increases.
Stress measurements were performed in samples prepared in different deposition conditions. The thermal expansion coefficient and the Young modulus as a function of nitrogen concentration was also measured.