Caracterización superficial de nanomateriales y sistemas de interés nanotecnológico

Abstract

En este trabajo se estudiaron, mediante técnicas de análisis de superficies dos sistemas de interés nanotecnológico: Peliculas ultradelgadas de Fluoruro de aluminio (AlF3) y Silicio nanoporoso. El AlF3 es un aislador, tecnológicamente útil como resina electrolitográfica, que permite la fabricación de películas de espesor nanométrico. Durante los procedimientos usuales de fabricación de dispositivos, el bombardeo iónico, que se utiliza para producir patrones, puede perjudicar la resina debido a la producción de electrones secundarios. Se adquirieron espectros energéticos de la emisión de electrones secundarios (SEE) por bombardeo iónico con distintos iones de entre 1 y 5keV de energía cinética tanto de un sustrato de cobre monocristalino, como de películas ultra delgadas de AlF3 producidas sobre él. Se propusieron mecanismos de SEE diferentes para cada uno de los casos; el mecanismo de aceleracion llamado Fermi Shuttle en caso del metal y la emisión electrónica por decaimiento de excitones en el aislador. El silicio nanoporoso es un material compuesto de nanohilos de Si y presenta fenómenos de confinamiento cuántico que lo convierten en una promesa en el campo de la optoelectronica. Se estudió en este caso la SEE inducida por bombardeo simultáneo de iones y electrones hallándose una disminución reversible la intensidad en dicha condición con respecto de la situación de irradiación exclusivamente electrónica. El bombardeo electrónico promueve la efusión del hidrógeno que pasiva los nanohilos. Se demostró que la cinética de desorción es análoga a la establecida por Staebler y Wronski para la degradación de silicio amorfo hidrogenado bajo iluminación.

In this work we studied through different surface analysis techniques a couple of systems which are interesting from the nanotechnological point of view: Ultrathin layers of aluminum fluoride (AlF3) and Nanoporous Silicon. AlF3 is an insulator, useful as electrolithogrphy resin which allows the production of layers with thicks in the range on the nanometers. During the usual procedures for the fabrication of nanoelectronic devices the ion milling employed to produce patterns can also damage the resin due to the electron emission induction. We acquired energy resolved secondary electron emission (SEE) spectra induced by ion bombardment with different ions in the range of kinetic energies between 1 and 5 keV impigning on a monocrystalline substrate of copper and ultrathin layers deposited on top of it. Two different mechanisms for SEE were proposed; in the case of the metal the accelerating mechanism known as Fermi Shuttle and the exciton decay induced electronic emission for the insulator. Nanoporous silicon is a sponge-like Si nanowire structure. It exhibits quantum confinement effects which turns it into a promising material in the field of optoelectronics. We studied in this case the SEE induced by the simultaneous bombardment of this material with ions and electrons finding a reversible decrement in the intensity of secondary electrons respect to the only electron irradiation situation. The electron bombardment promotes the effusion of the hydrogen which passives the nanowires. We shown that this desorption is analogue to the degradation mechanism under illumination of amorphous hydrogenated silicon proposed by Staebles and Wronski.