Estudo de filmes de telureto de chumbo eletrodepositados sobre silício poroso

• Main Author: Cláudia Renata Borges Miranda
• Other Authors: Neidenei Gomes Ferreira
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2005
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/iris@1913/2005/04.28.12.32

Este trabalho investiga pela primeira vez o crescimento de filmes de Telureto de Chumbo (PbTe) sobre Si-poroso pela técnica de eletrodeposição. Foram estudadas camadas de Si-poroso nanoestruturadas obtidas por ataque químico a partir de uma solução de HF: HNO3 em diferentes tempos de ataque entre 1 e 10 min. A morfologia superficial em escala nanométrica analisada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) é composta por cristalitos de Si e poros colunares, característicos do ataque em Si tipo p+ (100), altamente dopado. As amostras apresentam uma distribuição de poros não uniforme na área analisada, onde dois tamanhos médios de cristalitos podem ser associados. De fato, as imagens MEV revelam uma estrutura fractal da superfície cada vez mais não homogênea com o aumento do tempo de ataque, onde o tamanho médio de cristalito é crescente, com dois máximos bem definidos nesse intervalo de ataque, evidenciando um comportamento oscilatório dessa morfologia gerado pela intensidade do ataque químico. A resposta de fotoluminêncência (PL), avaliada pela espectroscopia de espalhamento Raman, mostra que a PL cresce em função do tempo de ataque até o tempo de 7 min, sendo que para 8, 9 e 10 min de ataque esse comportamento é invertido. Esse efeito pode ser explicado devido à perda da camada porosa que pode se desprender da superfície para ataques muito intensos. Neste caso é também reiniciada a formação de poros numa segunda camada. A reprodutibilidade do processo também foi avaliada para vários conjuntos de amostras de Si-poroso, obtidas em condições experimentais similares, tanto por MEV como pelas medidas de PL. Os resultados da intensidade relativa Irel (PL/pico Si) para conjuntos distintos de amostras mostraram as mesmas características físicas, resultantes de estruturas similares, onde são observados os mesmos pontos de máximos e mínimos de intensidade em função do tempo de ataque. Os filmes de PbTe foram eletrodepositados a partir de solução alcalina de acetato de chumbo Pb(CH3COO)2, ácido etilenodia minotetracético (EDTA) e dióxido de telúrio TeO2, utilizando processo galvanostático, com densidade de corrente de 0,14 e 0,20 mA/cm2, ou crescimento pelo processo potenciostático em intervalo de potencial entre 1,0 a 0,8 V x Ag/AgCl. Foram obtidos filmes finos nanoestruturados com morfologia policristalina, tamanho médio de grão de 100 nm e espessura entre 100 e 400 nm, observadas em imagens MEV de topografia superficial e seção de corte transversal, respectivamente. Os difratogramas de raios-x confirmaram a estrutura policristalina tanto nas amostras crescidas sobre Si monocristalino quanto em Si-poroso, obtidas em tempos de ataque entre 1 e 5 min. Podem ser observados os picos de PbTe (200), (220), (222) e (400) sendo que algumas amostras apresentaram também pico de Pb. Isto se deve ao elevado potencial negativo que o PbTe é formado que pode favorecer a deposição do Pb. Portanto, o controle do potencial de deposição afeta diretamente a estequiometria do filme, o que não foi observado para pequenas variações na concentração de precursores. === This work investigates by the first time PbTe films growth on porous silicon substrate by electrodeposition technique. It was studied porous silicon layer obtained from stain etching by using a HF:HNO3 mixtures at different etching times between 1 and 10 min. Surface morphology analyzed by scanning electron microscopy (SEM) has evidenced Si nanocrystallites and columnar porous, which are characteristics of the etched p+ (100) silicon wafers. The samples presented a non uniform porous distribution and two crystallites average size may be associated. In deed, SEM images reveal a surface fractal structure that increases its non homogeneity as the etching time increases. The crystallite average size increases, but two maximum peaks are well defined in this etching range correlated to an oscillatory behavior of such morphology. The photoluminescence (PL) response, measured from Raman scattering spectroscopy, shows a PL intensity increases as a function of the etching time up to a maximum at 7 min. For etching times of 8, 9 and 10 min this behavior is reversed. This effect can be explained due to the possible porous layer damage that can peel off on the surface for strong etching. In this case, the etching process is in progress again by forming a second porous layer. The process reproducibly was also studied for different samples sets, produced in similar experimental procedure, from MEV and PL measurements. The relative intensity Irel (PL/Si peak) for different samples sets have shown the same physical characteristics, resulting from similar structures, where the same maximum and minimum points are observed as a function of the etching time. PbTe films were electrodeposited from aqueous alkaline solutions of Pb(CH3COO)2, disodium salt of ethylendiaminetetraacetic acid (EDTA) and TeO2 by galvanostatic method with current density in the range of 0.14 up to 0.20 mA/cm2, or by potentiostatic growth process in the potencial range between -1.0 and -0.8 V x Ag/AgCl. It was obtained nanostructured thin films with polycrystalline morphology, average grain size of 100 nm and thickness between 100 up to 400 nm, observed from topographic and cross section SEM images, respectively. The x-ray spectra confirm the polycrystalline structure for films grown on monocristalline Si and porous silicon substrates, formed in the etching time between 1 and 5 min. PbTe peaks of (200), (220), (222) e (400) are presented besides the Pb peak. This peak is attributed to the high negative potential for electrodepositing PbTe is also favorable for Pb deposition. Thus, the deposition potential control influences the film stoichiometry, which is not affected by small variations of the film precursors.