Optimização do processo de deposição por laser pulsado de nanopartículas de Si/Ge : estudo da pluma de plasma por espectroscopia óptica de emissão

Abstract

Dispositivos de memória flash que utilizam nanopartículas de silício/germânio para o armazenamento de carga têm vindo a receber especial atenção nos últimos anos devido ao seu excelente desempenho, elevada capacidade de memória e miniaturização. A técnica de deposição por laser pulsado é especialmente adequada para o crescimento de filmes finos de elevada qualidade e para a produção de partículas de tamanho nanométrico para estes dispositivos de memória flash. Integrar estes materiais nos dispositivos requer a formação de nanopartículas e camadas de óxido com estequiometria, dimensões e homogeneidade controladas. Neste contexto, a emissão óptica do plasma é uma técnica conveniente para monitorizar in situ e em tempo real a evolução da composição da pluma de plasma induzida e a cinética das espécies. Neste trabalho é apresentado um sistema de espectroscopia óptica de emissão para estudar as plumas induzidas durante a ablação por laser pulsado de alvos de silício e de germânio. Foi possível estudar a evolução da composição da pluma em função da distância, pressão do gás e da energia do pulso de laser. Os resultados mostram a presença de átomos de Si/Ge excitados e iões monopositivos de Si/Ge. A partir da informação espectroscópica, determinou-se a temperatura e densidade electrónica na pluma observando-se uma diminuição de ambas com a distância ao alvo.

Flash memory devices that use Si/Ge nanoparticles for charge storage began to receive considerable attention in recent years due to their excellent performance, high capacity of memory and miniaturization. Pulsed laser deposition techniques are especially suitable to grow the high quality multicomponent thin films and nanometer size particles for these flash memory devices. In order to integrate these materials into devices, formation of nanoparticles and oxide layers with controlled stoichiometry, dimensions and homogeneity are required. In this context, plasma optical emission is a convenient technique to monitor in situ and in real time the evolution of the induced plasma plume composition and species kinetics. This work presents a system of optical emission spectroscopy to study the induced plumes during pulsed laser ablation of silicon and germanium targets. It was possible to study the evolution of plume composition as a function of distance, gas pressure and laser energy. The results show the presence of excited Si/Ge atoms and positive ions. From the spectroscopic information, electron temperature and density were determined and a decrease in both quantities, with the distance to the target, was observed.