Estudo de defeitos em estruturas quânticas de silício e germânio

Abstract

No presente trabalho foram estudadas heteroestruturas com diferentes periodicidades, baseadas no sistema de Si/Ge, crescidas por epitaxia de feixe molecular. O crescimento foi realizado segundo dois modos distintos: Stranski- Krastanow e Volmer-Weber. O estudo foi desenvolvido em duas vertentes, estrutural e óptica, no sentido de se obter uma caracterização tão abrangente quanto possível das diferentes heteroestruturas consideradas. Do ponto de vista estrutural, efectuaram-se medidas de difracção e reflexão de raios-X (XRD e XRR), bem como de retrodispersão de Rutherford e canalização iónica (RBS/C). A caracterização óptica foi efectuada por fotoluminescência, com temperaturas de medição na gama de 4 a 300 K. Para se estudar a influência de defeitos estruturais nas características das amostras, estas foram sujeitas a irradiação de protões de elevada energia (2 – 2.4 MeV) ou à passivação por hidrogénio atómico. Foi obtida uma elevada resistência à radiação por parte das ilhas de Ge/Si quando comparada com a observada para as camadas quânticas (wetting layer). Por outro lado, observou-se que a resistência à radiação para ilhas de Ge/Si inseridas numa estrutura em super-rede é claramente superior à observada para ilhas inseridas numa estrutura em multicamada. Esta última estrutura revelou um nítido envelhecimento num intervalo de tempo de 3 a 4 anos. A técnica de RBS/C foi aplicada pela primeira vez à investigação de ilhas quânticas de Ge em Si. Mostrou-se a grande utilidade das técnicas de feixe de iões para o estudo destas heteroestruturas.

In the present work we studied heterostructures based on the Si/Ge system. These structures were grown by molecular beam epitaxy with different periodicities. The samples were grown through two distinct modes: Stranski- Krastanow and Volmer-Weber. The study combines structural and optical investigations in order to reach a complete characterization of these structures. The structural characterization was performed by X-ray diffraction and X-ray reflection (XRD e XRR) and by Rutherford backscattering/channelling (RBS/C) spectroscopy. The optical characterization was done by photoluminescence measurements in the temperature range from 4 to 300 K. In order to evaluate the influence of the structural defects on the properties of the structures under study, the samples were subjected to proton irradiation at high energies (2 – 2.4 MeV) or to passivation with atomic hydrogen. The results have clearly shown a higher radiation hardness of the Ge/Si islands as compared with twodimensional SiGe layers (quantum wells). Moreover, the Ge/Si islands embedded in a superlattice have an even higher radiation hardness than the islands embedded in a multilayer structure. The latter structure suffers an aging in 3 to 4 years, exhibiting a degradation of the structure. For the first time, the RBS/C technique has been used for the study of quantum-size islands of Ge in Si substrates. The upcoming potential of the ion beam techniques for the study of this kind of heterostrutures has been shown.