Fotoluminescência em semicondutores de gap indireto

Abstract

Foram preparadas amostras de nanocristais de silício usando óxido de silício não-estequiométrico depositado por sputtering reativo. Nessas amostras o silício, semicondutor de gap indireto, tem a possibilidade de emissão de luz na recombinação do par elétron-lacuna. A estequiometria do óxido foi variada para obter diferentes concentrações de excesso de silício, de 15% a 40%, assim como o tempo de recozimento para a formação dos nanocristais, 1050 °C a 1100 °C. Nos espectros de fotoluminescência observou-se dois mecanismos responsáveis pela fotoluminescência e a título de obter uma estimativa do tempo de vida dos portadores de cada mecanismo se executou medidas de fotoluminescência a potência variável, num intervalo de 100 μW até 10 mW focalizados em uma área aproximada de 10 (mm)². Um modelo quântico simples de dois níveis para a emissão, assim como a observação que os dois picos eram compostos por gaussianas independentes, permitiu concluir que os dois mecanismos tem tempos de vida substancialmente diferentes, da ordem de 2 a 4 vezes maior um que o outro.

Silicon nanocrystrals embedded in non-stoichiometric silicon oxide samples were prepared by reactive sputtering. Silicon, semiconductor of indirect gap, in these samples has the possibility of emitting light in the electron-hole pair recombination. The oxide stoichiometric was variable to achieve many silicon excess rates, from 15% to 40%, as well as the annealing temperature to obtain the nanocrystals, from 1050 °C to 1100 °C. Observing the photoluminescence spectrum it’s possible to distinguish two different agents that creates photoluminescence and in order to estimate the carriers lifetime of both agents, photoluminescence spectrum was performed in variable power, from 100 μW to 10 mW focused in a approximated 10 (mm)² area. A two level simple quantum model to the emission, as well as the observed fact that the pikes were made of two independent gaussian curves, made possible to conclude that the two pikes has very different lifetimes, from 2 to 4 times larger in comparison one to another.