Orientador: Leandro Russovski Tessler

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

Resumo: Neste trabalho estudamos a fotoluminescência (PL) do Eu3+ em filmes finos de subnitretos de silício amorfo hidrogenado (a-SiNx:H) dopados com európio. No total, 85 amostras do material foram preparadas por RF-sputtering reativo variando o conteúdo de nitrogênio e európio. A caracterização...

Resumo: Neste trabalho estudamos a fotoluminescência (PL) do Eu3+ em filmes finos de subnitretos de silício amorfo hidrogenado (a-SiNx:H) dopados com európio. No total, 85 amostras do material foram preparadas por RF-sputtering reativo variando o conteúdo de nitrogênio e európio. A caracterização composicional foi feita por RBS (Rutherfod Backscattering Spectroscopy). Coeficientes de absorção, índices de refração e espessuras das amostras foram determinados por espectroscopia de transmitância ótica UV-VIS. A PL foi medida a temperatura ambiente e a 10K em função da temperatura de recozimento entre 250 e 1100°C sob atmosfera redutora de nitrogênio ou oxidante de oxigênio. Para as amostras recozidas em atmosfera de N2, não foi observada nenhuma PL proveniente dos íons Eu3+. Há, no entanto indicações da PL característica de íons Eu2+. Após quase um ano de tentativas frustradas de obter PL dos íons Eu3+ foram determinados os parâmetros das amostras que otimizam o processo: concentração de nitrogênio x em torno de 1,17, temperatura de recozimento de 1100oC em atmosfera de oxigênio e concentração de európio y = [Eu]/[Si] = 8,9 at%.. A emissão do Eu3+ em a-SiNx:H foi analisada pela teoria de campo cristalino usando um pacote de programas que otimiza os parâmetros de campo cristalino da camada f. Para isso, analisamos também o espectro do Eu2O3 em pó, usado como referencia. Assim confirmamos que os íons ativos de Eu3+ ocupam sítios de simetria pontual C2. A analise dos dados para a-SiNx:H sugere que nesse material os íons Eu3+ ocupam sítios com a mesma simetria encontrada em Eu2O3 mas muito mais suscetíveis aos efeitos de desordem. Considerando essa simetria e o tratamento térmico necessário, e razoável supor a formação de clusters de oxido de európio de dimensões nanométricas em torno dos íons Eu3+

Abstract: In this work we studied the photoluminescence (PL) of Eu3+ in europium doped hydrogenated amorphous silicon subnitrides thin films (a-SiNx:H). In total, 85 samples of the material were prepared by reactive RF-sputtering varying the nitrogen and europium contents. Compositional...

Abstract: In this work we studied the photoluminescence (PL) of Eu3+ in europium doped hydrogenated amorphous silicon subnitrides thin films (a-SiNx:H). In total, 85 samples of the material were prepared by reactive RF-sputtering varying the nitrogen and europium contents. Compositional characterization was obtained by RBS (Rutherford Backscattering Spectroscopy). Absorption coefficients, refraction indexes ans sample thicknesses were determined by UV-VIS optical transmittance spectroscopy. The PL was measured at room temperature and at 10K as a function of the sample annealing temperature between 250 and 1100°C under a reductive nitrogen atmosphere or an oxidant oxygen atmosphere. For the N2 annealed samples, we did not observe any PL from Eu3+ íons. There are, however, indications of Eu2+ characteristic emission. After almost a year of frustrated attempts to obtain PL from Eu3+ ions the parameters which optimize the process were determined: nitrogen content x around 1,17, annealing temperature of 1100oC under oxygen atmosphere and europium content y = [Eu]/[Si] = 8,9 at%. The Eu3+ emission in a-SiN1,17:H was analyzed using crystal field theory and a program suite to optimize f-shell crystal field parameters. We also analyzed the PL spectrum of powder Eu2O3 to use as a reference. The data analysis for a-SiNx:H suggests that in this material the Eu3+ active ions occupy sites with the same C2 point symmetry found in Eu2O3 but much distorted due to disorder. Considering this symmetry and the sample treatment necessary to obtain the PL, it is reasonable suppose the formation of europium oxide nanometer scale clusters around the Eu3+ ions