Análisis de óxidos de silicio y Análisis de óxidos de silicio y
estructuras
estructuras multicapa multicapa para para aplicaciones
aplicaciones microelectrónicas microelectrónicas
José A. Moreno Pastor
Dep. Electrònica
Universitat de Barcelona
Guión de la exposición Guión de la exposición
z
Introducción
z
Modelos estructurales del óxido de silicio
z
Cálculo de , a partir de espectros IR
z
Efectos geométricos en los espectros IR
z
Obtención de las probabilidades de enlace en el óxido
z
Determinación de las concentraciones de subóxidos
z
Conclusiones
Introducción Introducción
Óxido de silicio
Uso como dieléctrico en microelectrónica
Geometría de capa Marco teórico
poco definido
Técnicas de análisis FTIR, XPS
Sólido no cristalino vítreo
Técnicas de síntesis
CVD
Parámetros descriptivos estructura
Oxidación térmica
Reacciones:
Si + O2 → SiO2 ; Si + 2H2O → SiO2 + 2H2
Depósito químico en fase vapor (CVD)
– APCVD
T ↓, {SiH4, O2}
– LPCVD
Difusión ↑, {SiH4, O2}
– PECVD
T ↓, {SiH4, N2O}
Síntesis de óxido de silicio
Síntesis de óxido de silicio
Guión de la exposición Guión de la exposición
z
Introducción
Î
Modelos estructurales del óxido de silicio
z
Cálculo de , a partir de espectros IR
z
Efectos geométricos en los espectros IR
z
Obtención de las probabilidades de enlace en el óxido
z
Determinación de las concentraciones de subóxidos
z
Conclusiones
Modelo
Modelo crn crn de de Zachariasen Zachariasen - - Warren Warren para el SiO
para el SiO 2 2
SRO
r . 1.61D N . 109.5E 2m . 144E (Distr. ancha)
Modelo
Modelo crn crn de de Zachariasen Zachariasen - - Warren Warren para el SiO
para el SiO 2 2
SRO
r . 1.61D N . 109.5E 2m . 144E (Distr. ancha)
IRO
Distr. de * aleatoria
No correlación entre parámetros
Modelo
Modelo crn crn de de Zachariasen Zachariasen - - Warren Warren para el SiO
para el SiO 2 2
SRO
r . 1.61D N . 109.5E 2m . 144E (Distr. ancha)
IRO
Distr. de * aleatoria
No correlación entre parámetros
LRO
No orden cristalino ni morfológico
Modelo
Modelo crn crn de de Zachariasen Zachariasen - - Warren Warren para el SiO
para el SiO 2 2
SRO
r . 1.61D N . 109.5E 2m . 144E (Distr. ancha)
IRO
Distr. de * aleatoria
No correlación entre parámetros
LRO
No orden cristalino ni morfológico
GRO
Orden químico No enlaces rotos Homogeneidad
Modelos
Modelos vibracionales vibracionales del SiO del SiO 2 2
Modos de vibración
de la unidad Si
2O
Modos de vibración
de la unidad SiO
4Modelos
Modelos vibracionales vibracionales del SiO del SiO 2 2
Límites bandas (Sen & Thorpe)
Modelos
Modelos vibracionales vibracionales del SiO del SiO 2 2
Límites bandas (Sen & Thorpe)
Espectros de dispersión inelástica de neutrones, Raman e Infrarrojo (Galeener et al.)
Modelos de función dieléctrica Modelos de función dieléctrica
Sólidos cristalinos
N osciladores armónicos, carga q, masa m, amortiguamiento $
∑ − −
∞+
= ω ω γω
ε ω ω
ε i
p 2 2
0
2 )
(
m Nq
0 2 ω =p ε
Modelos de función dieléctrica Modelos de función dieléctrica
Sólidos cristalinos
N osciladores armónicos, carga q, masa m, amortiguamiento $
∑ − −
∞+
= ω ω γω
ε ω ω
ε i
p 2 2
0
2 )
(
m Nq
0 2 ω =p ε
Sólidos amorfos
Distribución gaussiana de osciladores armónicos
,,,,(T) ' ,4 % j
r m
4 0
T2pr g(T)&T0r,*r) T)2&T2&i()rT)T dT) g(T,*) ' 1
a** B exp & T a**
2
Guión de la exposición Guión de la exposición
z
Introducción
z
Modelos estructurales del óxido de silicio
Î
Cálculo de , a partir de espectros IR
z
Efectos geométricos en los espectros IR
z
Obtención de las probabilidades de enlace en el óxido
z
Determinación de las concentraciones de subóxidos
z
Conclusiones
Cálculo de un parámetro físico Cálculo de un parámetro físico
Espectro experimental
4000 3000 2000 1000
-0,5 0,0 0,5 1,0
Absorbancia de T
Frecuencia (cm-1)
Parámetros del espectro (área, posición, etc.)
Características del material Características del material (composición, estrés,
(composición, estrés, etc etc .) .)
Cálculo de un parámetro físico Cálculo de un parámetro físico
Espectro experimental
4000 3000 2000 1000
-0,5 0,0 0,5 1,0
Absorbancia de T
Frecuencia (cm-1)
Parámetros del espectro (área, posición, etc.)
Características del material Características del material (composición, estrés,
(composición, estrés, etc etc .) .)
Cálculo de un parámetro físico Cálculo de un parámetro físico
Espectro experimental
4000 3000 2000 1000
-0,5 0,0 0,5 1,0
Absorbancia de T
Frecuencia (cm-1)
Modelo de cálculo del espectro
Parámetros del espectro (área, posición, etc.)
Características del material Características del material (composición, estrés,
(composición, estrés, etc etc .) .)
Cálculo de un parámetro físico Cálculo de un parámetro físico
Espectro experimental
4000 3000 2000 1000
-0,5 0,0 0,5 1,0
Absorbancia de T
Frecuencia (cm-1)
Modelo de cálculo del espectro
Parámetros del espectro (área, posición, etc.)
Características del material Características del material (composición, estrés,
(composición, estrés, etc etc .) .)
Espectrofotómetro
Espectrofotómetro para FTIR para FTIR
Equipo: BOMEM DA3
Fuente: Globar (SiC)
Divisor de haz: KBr
Detector: MCT
Cálculo de R y T Cálculo de R y T
0=N/: (pol. s)
0=N/, (pol. p) N = n2−n2asinα j
i i j
i j i
η η τ η η
η η ρ η
= +
= + 2
- ,
Matriz de transferencia de superficie:
E%%%% E&&&& S
l&
' 1
JJJJl,l&&&&1
1 DDDDl,l&&&&1 DDDDl,l&&&&1 1
E%%%% E&&&& S
l%
Matriz de transferencia de capa:
E%%%% E&&&& S
l%1%
' MMMMl
&
&
&
&1 0 0 MMMMl
E%%%% E&&&& S
l&
Cálculo de R y T Cálculo de R y T
Pila coherente o capa incoherente:
1
*tij*2
1 &*rji*2
*rij*2 (*tijtji*2&*rijrji*2)
1
*NNNNj*2
1 0
0 *NNNNj*4
Matriz de transferencia multicapa:
Ei Er '
T11 T12 T21 T22
Et 0
Transmitancia T = 1/T11 Reflectancia R = T21/T11
0=N/: (pol. s)
0=N/, (pol. p) N = n2−n2asinα j
i i j
i j i
η η τ η η
η η ρ η
= +
= + 2
- ,
Determinación de
Determinación de , , a partir de R,T a partir de R,T
Procedimientos:
z
Aproximaciones de capa delgada
z
Resolución numérica de las ecuaciones ópticas
z
Ajuste de espectros a modelos de , Objetivo:
Obtención de la función dieléctrica de la capa en estudio partiendo de una o varias medidas de transmitancia o
reflectancia
Aproximaciones de capa delgada Aproximaciones de capa delgada
Formalismo matricial:
tas ' A)Mx
A%BM2x , ras ' C%DM2x A%BM2x
Desarrollo en serie de Taylor:
Tas ' *T0*2[1 & 2Im[T1Nx]*x% (*T1Nx*2&Re[T1T2Nx2])*2x] Re[0000s 0 00 0a] Ras ' *R0*2[1 & 2Im[R1Nx]*x%(*R1Nx*2&Re[R1R2Nx2])*2x]
Aproximaciones a 1
Aproximaciones a 1 er er orden orden
Tas(s) ' 4Nscos2 cos2 %Ns 1 &
2,))x cos2 %Ns *x
Ras(s) ' cos2 &Ns cos2 %Ns
2
1 % 4cos2,))x ,s&1 *x
Tas(p) ' 4Nscos2 cos2%Ns ,s
2 1 & 2
Im[,,,,x]Ns
,s cos2%Im& 1
,,,,x sin22 cos2% Ns
,s
*x
Ras(p) '
cos2 &Ns ,s cos2 %Ns
,s
2
1 % 4cos2
Im[,,,,x] Ns
,s &Im& 1
,,,,x sin22 cos22 &Ns2
,2s
*x
Polarización s Polarización p
Validez de las aproximaciones Validez de las aproximaciones
1400 1200 1000 800 600
67 68 69 70 71
d = 10 nm
Exacta y
Aprox. orden 2 Aprox. orden 1
Transmitancia (%)
Número de onda (cm-1)
Aprox. 1er orden: decenas de nm Error en área < 1%
Aprox. 2o orden: 100 nm Error en área < 4 %
1400 1200 1000 800 600 40
50 60 70 75
d = 100 nm
Aprox. orden 2 Exacta
Aprox. orden 1
Transmitancia (%)
Número de onda (cm-1)
Aproximación para
Aproximación para Im Im ( ( , , ) )
Expresión a 1
erorden:
,)) ' cos2%Ns
2* 1& T T0
1400 1200 1000 800 600
0 2 4 6 8 10
12 Exacta
Aprox. orden 1 Aprox. orden 2
Im(εεεε)
Número de onda (cm-1)
Validez para espesores de decenas de nm.
(Error 2% en área)
Obtención de ,´´ para una
capa de SiO
2de 100 D
Inversión de las ecuaciones ópticas Inversión de las ecuaciones ópticas
Procedimiento general
•Medida de R, T, …
•Resolución del sistema {R, T, …} = f(n,k)
•Relaciones de Kramers-
Krönig
Inversión de las ecuaciones ópticas Inversión de las ecuaciones ópticas
Procedimiento general
•Medida de R, T, …
•Resolución del sistema {R, T, …} = f(n,k)
•Relaciones de Kramers- Krönig
Inconvenientes
•Multivaluación de las soluciones
•Existencia de soluciones perdidas
•Errores no uniformes
Derivadas de la inversión de las ec. ópticas
Análisis de los procedimientos de Análisis de los procedimientos de
inversión de las ecuaciones ópticas inversión de las ecuaciones ópticas
600 800 1000 1200 1400
-5 0 5 10
15 100 nm
500 nm
dn/dT / 1000
Número de onda (cm-1)
600 800 1000 1200 1400
-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0
100 nm 500 nm
dk/dT / 1000
Número de onda (cm-1)
Derivadas de la inversión de las ec. ópticas
Análisis de los procedimientos de Análisis de los procedimientos de
inversión de las ecuaciones ópticas inversión de las ecuaciones ópticas
600 800 1000 1200 1400
-5 0 5 10
15 100 nm
500 nm
dn/dT / 1000
Número de onda (cm-1)
600 800 1000 1200 1400
-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0
100 nm 500 nm
dk/dT / 1000
Número de onda (cm-1)
600 800 1000 1200 1400
-20 -10 0 10 20 30 40 50
100 nm 500 nm
dn/dR / 1000
Número de onda (cm-1)
600 800 1000 1200 1400
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
100 nm 500 nm
dk/dR / 1000
Número de onda (cm-1)
Ajuste de espectros de IR Ajuste de espectros de IR
Características
•Alta automatización de los cálculos
•Incorporación de modelos físicos de ,
•Requiere una única medida experimental Procedimiento
Minimización del error relativo cuadrático medio del ajuste con respecto a la medida experimental:
P2 ' 1 Nj
N k'1
Tk(exp)&Tk(aju) Tk(exp)
2
Algoritmos de
Algoritmos de minimización minimización
z
Descenso simplex (Nelder & Mead)
z
Conjunto de direcciones (Powel)
z
Gradientes conjugados (Polak-Ribiere)
z
Métrica variable (Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)
Algoritmos de
Algoritmos de minimización minimización
z
Descenso simplex (Nelder & Mead)
z
Conjunto de direcciones (Powel)
z
Gradientes conjugados (Polak-Ribiere)
z
Métrica variable (Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)
Aproximaciones iterativas a la matriz inversa del Hessiano.
Actualización del punto mínimo:
Complejo de implementar.
Buena convergencia.
Si la función es cuadrática, converge en N iteraciones.
)
( 1
11
1 i i i i
i x H f f
x+ − = −+ ∇ + −∇
Respuesta dieléctrica del SiO Respuesta dieléctrica del SiO 2 2
Resultados del ajuste de la transmitancia en incidencia normal
de una capa de SiO
2térmico de 250 nm. de espesor
Aplicabilidad de los procedimientos Aplicabilidad de los procedimientos
de cálculo de de cálculo de ε ε
z
Aproximaciones de capa delgada Para capas de decenas de nm
z
Inversión de las ecuaciones ópticas
Fuera de las bandas intensas de absorción
z
Ajuste de espectros
Procedimiento de aplicación general, gran
precisión y versatilidad
Herramienta de análisis CAPAS
Herramienta de análisis CAPAS
Herramienta de análisis CAPAS
Herramienta de análisis CAPAS
Utilidad de la herramienta CAPAS Utilidad de la herramienta CAPAS
z
Estudio de las mejores condiciones de medida:
ángulo de incidencia, polarización
z
Análisis de capas enterradas: ejemplo SIMOX
z
Discriminación de efectos intrínsecos y extrínsecos del material sobre los espectros
z
Obtención de propiedades intrínsecas del material:
composición, estrés, etc
z
Estudio de materiales constituidos por dos fases:
medios efectivos de Bruggeman y Maxwell-Garnett
Guión de la exposición Guión de la exposición
z
Introducción
z
Modelos estructurales del óxido de silicio
z
Cálculo de , a partir de espectros IR
Î
Efectos geométricos en los espectros IR
z
Obtención de las probabilidades de enlace en el óxido
z
Determinación de las concentraciones de subóxidos
z
Conclusiones
Efectos del espesor de la capa Efectos del espesor de la capa
Posición Altura Anchura Área
Capa 1000D x 10 1080 1.415 72 121.6
Capa 10000D 1092 1.459 84 163.4
1400 1200 1000 800
-0,2 0,0 0,5 1,0 1,5
10000 Å
1000 Å
Absorbancia
Número de onda (cm-1)
•Los parámetros de los espectros no escalan correctamente con el espesor
•Los perfiles de los espectros son claramente diferentes
Espectros teóricos de capas de
SiO
2de 1000 y 10000 Å
Efectos combinados del espesor de Efectos combinados del espesor de
la capa y la intensidad de la banda la capa y la intensidad de la banda
0 200 400 600 800 1000
995 1000 1005 1010 1015 1020
Ω2 (cm-2) 100 1000 10000 30000 50000
Posición del pico (cm-1 )
Espesor (nm)
0 200 400 600 800 1000
60 65 70 75 80 85 90 95
Ω2 (cm-2) 100 1000 10000 30000 50000
Anchura a media altura (cm-1 )
Espesor (nm)
Parámetros espectros simulados con pico único centrado en 1000 cm-1
Efectos combinados del espesor de Efectos combinados del espesor de
la capa y la intensidad de la banda la capa y la intensidad de la banda
0 200 400 600 800 1000
-100 20 40 60 80 100 120 140 160
100 1000 10000 30000 50000 Ω2 (cm-2)
Área del pico
Espesor (nm)
0 200 400 600 800 1000
-0,10,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
Ω2 (cm-2) 100 1000 10000 30000 50000
Altura del pico
Espesor (nm)
Parámetros espectros simulados con pico único centrado en 1000 cm-1
Substracción de la línea de base Substracción de la línea de base
4000 3000 2000 1000
0,15 0,20 0,25 0,30
Absorbancia
Número de onda (cm-1)
Espectro simulado para pico de absorción único (6p=100 cm-1)
1400 1200 1000 800 0,00
0,02 0,04
Absorbancia
Número de onda (cm-1)
0 2 4
n
Resultado de la substracción de la línea de base sinusoidal
La concentración de enlaces es proporcional al área de la banda del coeficiente de absorción " = 4B6k
Procedimientos de cálculo de Procedimientos de cálculo de
concentraciones de enlaces concentraciones de enlaces
Procedimientos de cálculo de "
z
Beer-Lambert (BL)
z
Brodsky-Cardona-Cuomo (BC)
Procedimientos de cálculo de Procedimientos de cálculo de
concentraciones de enlaces concentraciones de enlaces
Procedimientos de cálculo de "
z
Beer-Lambert (BL)
z
Brodsky-Cardona-Cuomo (BC)
0 lnTT d
−1 α=
Procedimientos de cálculo de "
b ( )
Procedimientos de cálculo de Procedimientos de cálculo de
concentraciones de enlaces concentraciones de enlaces
Procedimientos de cálculo de "
z
Beer-Lambert (BL)
z
Brodsky-Cardona-Cuomo (BC)
Despreciando las reflexiones en la
superficie capa-substrato: T ' 4 T02M
(1%T0)2&(1&T0)2M2
Φ
= ln d - 1
α 0
lnTT d
−1 α=
Procedimientos de cálculo de "
b ( )
•BL y BC aportan resultados similares
•Área proporcional a intensidad
•Factor de proporcionalidad depende del espesor
•La posición de la banda no afecta
significativamente 0 2000 4000 6000 8000 10000
0 200 400 600 800 1000
BL 100 nm BL 2500 nm BC 100 nm BC 2500 nm DEF
Área pico αααα (1000 cm-2 )
Intensidad integ. de oscilador (cm-2)
Comparación de BL y BC Comparación de BL y BC para bandas de impurezas para bandas de impurezas
Bandas calculadas con
parámetros similares al
Si-H en óxido de silicio
Comparación de BL y BC Comparación de BL y BC para bandas de impurezas para bandas de impurezas
Bandas calculadas con parámetros similares al Si-H en óxido de silicio
0 1000 2000 3000 4000 5000 100
120 140 160 180
BL
3-2 Área de αααα (10 cm) BC
Espesor (nm)
Dos zonas diferenciadas:
•Régimen lineal a espesores pequeños (menores que 1 :m)
•Régimen estacionario a espesores grandes (mayores que 1 :m)
Factor de corrección de áreas Factor de corrección de áreas
Regla de suma
∫
= α κ κ
π 2 p2 n d
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7
κp/κ0
0.05 0.10 0.35 0.60 0.80
(ππππ2 κκκκ p2 )/(Área de n αααα)
n κκκκ0 d
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,8
0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7
Bandas débiles Bandas intensas
Factor corrector para areas
n κκκκ0 d
Procedimientos
Cálculo de 6
pmediante ajuste de un espectro experimental
Cálculo de ,(6)
Cálculo de "(6) mediante la fórmula de Beer-Lambert y nuestro factor corrector C
Cálculo de las concentraciones Cálculo de las concentraciones
N de enlaces N de enlaces
Ecuaciones a aplicar:
κ κ α κ
κ ε κ
κ d C n d
f
NL2 0 = 2.0325·1016 2p = 1.294·1016
∫
Im( ( )) = 2.0594·1015∫
( )E nlace f0
Si-O 0.077 Si-H 0.023 Si-O H 0.153
Guión de la exposición Guión de la exposición
z
Introducción
z
Modelos estructurales del óxido de silicio
z
Cálculo de , a partir de espectros IR
z
Efectos geométricos en los espectros IR
Î
Obtención de las probabilidades de enlace en el óxido
z
Determinación de las concentraciones de subóxidos
z
Conclusiones
Óxidos de silicio analizados Óxidos de silicio analizados
z
UN: APCVD T=400
oC
z
PL: PECVD T=380
oC
z
PE: PECVD T=300
oC
z
LTO: LPCVD T=430
oC
Todos los óxidos analizados han sido
zRecocido en N2 a diversas temperaturas
zRecocido en O2 a diversas temperaturas
zMuestras no recocidas
Absorción infrarroja Absorción infrarroja
en óxido de silicio en óxido de silicio
4000 3000 2000 1000
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
Tra nsmitan cia
Número de onda (cm
-1)
O-H stretching Si-H stretching Si-O stretching Si-O bendingSi-H bending
Parámetros bandas
Concentraciones de enlaces
Probabilidades
de enlace
Composición de los óxidos PE Composición de los óxidos PE
0 50 100 150 200
250 Óx. PE, P=30W
300oC
[Si-H] (1020 cm-3 ) 950oC
1150oC 0
2 4 6
[O-H] (1020 cm-3 ) 200 400 600 800 1000
[Si-O] (1020 cm-3 )
)Si-O ↑ con R )Si-O ↑ con T
)Si-H, Si-OH estacionarios para R altas
)Contenido de H independiente de R tras el recocido
)P no afecta sensiblemente al
contenido de H
Modelo
Modelo termodinámico termodinámico basado basado en enlaces (MTBE) en
en enlaces (MTBE) en SiO SiO x x H H z z
Objetivo: Interpretar las probabilidades de enlace de las diversas especies que componen el óxido.
Modelo
Modelo termodinámico termodinámico basado basado en enlaces (MTBE) en
en enlaces (MTBE) en SiO SiO x x H H z z
Objetivo: Interpretar las probabilidades de enlace de las diversas especies que componen el óxido.
nSi = 1 - (2y1x+z)/4 nO = y1x/2
nH = (z-(1-y1)x)/4 nOH = (1-y1)x/4
y1 = fracción de O que no enlaza con H
Modelo
Modelo termodinámico termodinámico basado basado en enlaces (MTBE) en
en enlaces (MTBE) en SiO SiO x x H H z z
Objetivo: Interpretar las probabilidades de enlace de las diversas especies que componen el óxido.
nSi = 1 - (2y1x+z)/4 nO = y1x/2
nH = (z-(1-y1)x)/4 nOH = (1-y1)x/4
y1 = fracción de O que no enlaza con H
Procedimiento: Minimización de la función de Gibbs del material
respecto del parámetro y1. Resultado:
)E energía de la reacción:
Si-Si + O-H → Si-O + Si-H
∆−
=
= k T
K E n
n n n
n B OH
Si H
O exp
2 2
Modelo
Modelo termodinámico termodinámico basado basado en enlaces (MTBE) en
en enlaces (MTBE) en SiO SiO x x H H z z
Objetivo: Interpretar las probabilidades de enlace de las diversas especies que componen el óxido.
nSi = 1 - (2y1x+z)/4 nO = y1x/2
nH = (z-(1-y1)x)/4 nOH = (1-y1)x/4
y1 = fracción de O que no enlaza con H
Procedimiento: Minimización de la función de Gibbs del material
respecto del parámetro y1. Resultado:
)E energía de la reacción:
Si-Si + O-H → Si-O + Si-H
∆−
=
= k T
K E n
n n n
n B OH
Si H
O exp
2 2
Si Si
Si
Si Si
Si O
O H
H
Resultados del MTBE Resultados del MTBE
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
z = 0.1 kn=1 kn=10 kn=0.1 Lím. sup.
Lím. inf.
y 1 (%)
x = [O]/[Si]
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0,0
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
x = 1.8 kn= 1 kn=10 kn=0.1 Lím. sup.
Lím. inf.
y 1 (%)
z = [H]/[Si]
kn=1 enlace aleatorio | kn>1 Reac. favorecida hacia la derecha
Fracción de oxígeno enlazado sólo a silicio
Valores experimentales de
Valores experimentales de ) ) E E
0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 -1,6
-1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0
UN
Energ. reac. enlaces (eV)
x (O/Si)
PL
PED PEA
PEB LTO
))E negativo: Si-O y Si-H favorecidos
))E depende del contenido de O:
)Proximidad a la línea:
estabilidad termodinámica
)LTO comportamiento aleatorio.
)PE no recocidos: cercanos al equilibrio termodinámico
−
−
−
=
∆ 0.125 0.014exp 0.457x E
)E obtenidos de las probabilidades de enlace mediante la
ecuación de equilibrio de la reacción de intercambio de H
Probabilidades de enlace Probabilidades de enlace
del O y del H del O y del H
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 0
20 40 60 80 100
pHSi pOSi
Probab. de enlace (%)
z (H/Si)
)O se enlaza con Si )Para z ↓, la prob. de
enlace del H con Si aumenta con z
)Para z>0.2, todo el H se
enlaza con Si
Guión de la exposición Guión de la exposición
z
Introducción
z
Modelos estructurales del óxido de silicio
z
Cálculo de , a partir de espectros IR
z
Efectos geométricos en los espectros IR
z
Obtención de las probabilidades de enlace en el óxido
Î
Determinación de las concentraciones de subóxidos
z
Conclusiones
Modelo de material
•crn de Zachariasen-Warren.
•Tetraedros con 0, 1, 2, 3 y 4 oxígenos
•Homogeneidad?
Presencia de
Presencia de subóxidos subóxidos en el en el óxido de silicio
óxido de silicio subestequiométrico subestequiométrico
Oxígeno
Silicio
Modelo de enlace aleatorio Modelo de enlace aleatorio
binomial
binomial (RBM (RBM binomial binomial ) )
•Material SiO
x•Probabilidad de que un
cierto enlace de Si se sature con O: P
Si-O= x/2
•Probabilidad de tetraedros con i oxígenos:
•No explica evoluciones térmicas
i i
i
x x
P i
−
−
=
4
1 2 2 4
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
P0 P1 P2 P3 P4
Probabidades P i (%)
x = [O]/[Si]
Modelo
Modelo termodinámico termodinámico basado basado en tetraedros (MTBT)
en tetraedros (MTBT)
Objetivo: Interpretar las probabilidades ni de aparición de los diversos tipos de tetraedros que componen el óxido.
Procedimiento: Minimización de la función de Gibbs del material.
Resultado:
)E energía de la reacción de intercambio de oxígenos entre tetraedros:
2 Ti → Ti+1 + Ti-1
∆−
=
=
=
= k T
K E n
n n n
n n n
n n
n exp B 3
4 2 2
3 1 1
2 0
( )
[ ]
∑
∑
=
=
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
=
+ ∆ +
+
− +
−
− +
=
4 0
4 0
2
) ln(
6 2 2
7 8
2
i
i i B Si
i
i Si
Si Si Si
Si Si
Si Si O
Si Si O
Si O Si Si Si
O Si O Si Si
n n N k
S
n E i
E E
x E
E E
E E
N E E
Condiciones:
x n
i n
i
i i
i
2 1
4
0 4
0
=
=
∑
∑
=
=