Elaboración y caracterización de películas delgadas de óxido de aluminio: propiedades ópticas, estructurales y eléctricas

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo se realizó la fabricación y caracterización óptica, estructural y eléctrica de películas delgadas de óxido de aluminio depositadas por medio de la técnica de rocío pirolítico ultrasónico, operado por vez primera por medio de pulsaciones. Las películas fueron depositadas sobre sustratos de silicio de alta y baja resistividad en un rango de temperatura de 400 a 550 0C, usando una solución de acetilacetonato de aluminio como fuente de aluminio y N-N Dimetilformamida. También se empleó un segundo aerosol conformado por una solución 1:1 de H2O:NH4OH. Los resultados muestran que las propiedades de las películas dependen fuertemente del número de pulsos usados, y también de la temperatura del substrato. El espesor de las películas con las mejores cualidades oscila en el orden de 20 a 30 nm y al mismo tiempo presentan índices de refracción de  1.6 y aún mayores; también se obtuvieron rugosidad RMS del orden de 7.5 Å. La espectroscopia infrarroja revela la presencia de SiO2 en la interfaz entre el silicio y el óxido de aluminio, esta capa de dióxido de silicio juega un rol importante debido a que es posible reducir la densidad de estados de interfaz al mismo tiempo es posible aumentar la constante dieléctrica efectiva del óxido. También fue posible obtener constantes dieléctricas altas de 8 y densidades de estados de interfaz de 1010 eV-1cm-2. Las películas depositadas a una temperatura de 550 0C con tres pulsos son capaces de soportar campos eléctricos de  4MV/cm.

ABSTRACT: The optical, structural and electrical characteristics of aluminum oxide thin films deposited by pulsed ultrasonic sprayed pyrolysis are reported. The films are deposited on c-Si at temperatures from 400 to 550 ºC using a chemical solution of aluminum acetylacetonate, as source of aluminum, and N,N-Dimethylformamide, as solvent. A H2O-NH4OH mist is supplied simultaneously during deposition to improve the films’ properties. The results showed that the properties of the as deposited films depended strongly on the number of pulses used and on the substrate temperature. The thickness of the films is under 300 Å and the best films’ properties showed an index of refraction close to 1.6 and a root mean square surface roughness of about 7.5 Å in average. Infrared spectroscopy shows that SiO2 is observed at the interface with silicon of the Al2O3 films and seemed to play, as expected, a dramatic role in the electrical characteristics of the interface. Films with a dielectric constant higher than 8 and an interface trap density at midgap in the 1010 eV-1cm-2 range are obtained. Films deposited with three pulses and at 550 ºC are able to stand an electric field up to 4 MV/cm.