Diseño De La Nanoestructura De Materiales Semiconductores .
Departamento de Ciencia de los Materialese Ingeniería Metalúrgica y Química InorgánicaDiseño de la nanoestructura de materialessemiconductores autoensamblados deInAs crecidos mediante epitaxia de hacesmolecularesDavid Sales LéridaMemoria presentada para optar al grado de Doctor
Departamento de Ciencia de los Materialese Ingeniería Metalúrgica y Química InorgánicaDiseño de la nanoestructura de materialessemiconductores autoensamblados deInAs crecidos mediante epitaxia de hacesmolecularesDavid Sales LéridaDirigida por los Doctores:Sergio I. Molina RubioRafael García RojaCatedrático de UniversidadÁrea de Conocimiento: Ciencia de losMateriales e Ingeniería MetalúrgicaCatedrático de UniversidadÁrea de Conocimiento: Ciencia de losMateriales e Ingeniería Metalúrgica
Departamento de Ciencia de los Materialese Ingeniería Metalúrgica y Química InorgánicaTRIBUNALPresidente:Prof. Dr. Fernando Briones Fernández-PolaProfesor de InvestigaciónÁrea de Ciencia y Tecnologías FísicasInstituto de Microelectrónica de MadridConsejo Superior de Investigaciones CientíficasVocales:Prof. Dr. Etienne BustarretProfesor de InvestigaciónÁrea de Física de la Materia CondensadaInstitut NéelCNRS Grenoble (Francia)Dr. Juan Martínez PastorProfesor Titular de UniversidadÁrea de Física AplicadaUnidad de Materiales y Dispositivos OptoelectrónicosUniversidad de ValenciaDra. Lucia NasiInvestigadoraIstituto dei Materiali per l' Elettronica ed il MagnetismoCNR, Parma (Italia)Secretario:Dr. Daniel Araújo GayProfesor Titular de UniversidadÁrea de Ciencia de los Materiales e Ingeniería MetalúrgicaDepartamento de Ciencia de los Materiales e IngenieríaMetalúrgica y Química InorgánicaUniversidad de Cádiz
Sergio Ignacio Molina Rubio y Rafael García Roja,ambos Catedráticos de Universidad del Área de Conocimiento deCiencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica de la Universidad deCádiz, en calidad de Directores, AUTORIZAN la presentación a trámitede la Tesis Doctoral del Ing. D. David Sales Lérida, titulada “Diseño dela nanoestructura de materiales semiconductores autoensamblados deInAs crecidos mediante epitaxia de haces moleculares”.Puerto Real, 30 de Enero de 2008Fdo.: Sergio I. Molina RubioFdo.: Rafael García Roja
M. Pilar Villar Castro, Secretaria del Departamento de Ciencia de losMateriales e Ingeniería Metalúrgica y Química Inorgánica de laUniversidad de Cádiz,CERTIFICAQue en reunión del Consejo de Departamento celebrada el día 31 deEnero de 2008 se dio Visto Bueno a la presentación a trámite de laTesis Doctoral presentada por D. David Sales Lérida.Y para que así conste y surta los efectos oportunos, firmo el presentecertificado en Puerto Real a 31 de Enero de 2008.Fdo: M. Pilar Villar Castro
AgradecimientoLa mayoría de las actividades desempeñadas por el ser humanorequieren de la interacción con otras personas, de tal manera que elresultado de esa actividad puede verse enormemente influenciada porestas relaciones. Siento que las relaciones, profesionales y personales,que he tenido con quienes me han rodeado estos últimos 42 meses sehan materializado de alguna forma en estas páginas, añadiendo valora esta Tesis Doctoral.Gracias por permitirme caminar a vuestro lado.i
La presente Tesis Doctoral ha sido realizada en el grupo Ciencia eIngeniería de los Materiales de la Universidad de Cádiz, con registroTEP-120 en el Plan Andaluz de Investigación, Desarrollo e Innovación(PAIDI) de la Junta de Andalucía, y ha sido parcialmente financiadopor:o La Comisión Europea, mediante la Red de Excelencia del VIPrograma Marco Self-Assembled semiconductor Nanostructures fornew Devices in photonics and Electronics (SANDiE), con contrato nºNMP4-CT-2004-500101.o El Ministerio de Educación y Ciencia del Gobierno de España, através de la beca del Programa de Formación del ProfesoradoUniversitario (FPU) con referencia AP-2004-6751, y de losproyectos nacionales NANOSELF I (TIC2002-04096-C03-02) yNANOSELF II (TEC2005-05781-C03-02/MIC) del Plan Nacional deI D i.o La Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa de la Junta deAndalucía, con el proyecto Reglas de Diseño para la Ingeniería nreferencia PAI05-TEP-00383.o La Universidad de Cádiz, por su Plan Propio de Investigación.Se expresa el agradecimiento a las instituciones mencionadas por lafinanciación ofrecida.Este agradecimiento se hace extensivo a:o La División de Microscopía Electrónica del Servicio Central deCiencia y Tecnología de la Universidad de Cádiz y al grupo STEMde Oak Ridge National Laboratory de Estados Unidos, por lasfacilidades tecnológicas prestadas.o El Instituto de Microelectrónica de Madrid del Consejo Superior deInvestigaciones Científicas, al grupo Semiconductor Physics deUniversity of Nottingham (Reino Unido), y a Istituto dei Materiali perl' Elettronica ed il Magnetismo del Consiglio Nazionale delleRicerche (Italia), por el suministro de los materiales investigados ysus estudios preliminares.iii
Lista de AcrónimosAcrónimoDescripciónTraducción (si al3DThree-dimensionalTridimensionalADFAnnular Dark FieldCampo oscuro anularAFMAtomic Force MicroscopyMicroscopía de fuerza atómicaALMBEAtomic layer molecular beamepitaxyEpitaxia de haces molecularesde capa atómicaBFBright FieldCampo brillanteCCCapa ConfinadoraCCDCharge-Coupled DeviceCCICapa Confinadora InferiorCCSCapa Confinadora SuperiorCICircuito IntegradoCNMCentro Nacional deMicroelectrónicaCNRConsiglio Nazionale delleRicercheCSICConsejo Superior deInvestigaciones CientíficasCTEMConventional TEMTEM convencionalDFDark FieldCampo oscuroDWDebye-Waller factorFactor de Debye-WallerEDS oEDXEnergy Dispersive X-rayspectroscopyEspectroscopia de energíadispersiva de rayos XEELSElectron Energy LostSpectroscopyEspectroscopia de pérdida deenergía de electronesEPOEuropean Patent OfficeOficina europea de patentesDispositivo de cargas(eléctricas) interconectadasConsejo nacional (italiano) deinvestigaciónv
FCCFace Cubic CenteredCúbica centrada en las carasFEMFinite element methodMétodo de los elementosfinitosFFTFast Fourier TransformTransformada rápida deFourierFWHMFull Width at Half MaximumAncho de pico a la mitad dealturaHAADFHigh Angle Annular Dark FieldCampo oscuro anular de altoánguloHRTEMHigh Resolution TransmissionElectron MicroscopyMicroscopía electrónica detransmisión de alta resoluciónIMEMIstituto dei Materiali perl’Elettronica ed il MagnetismoInstituto de materiales para laelectrónica y el magnetismoIMMInistituto de Microelectrónicade MadridIUPACInternational Union of Pure andApplied ChemistryUnión internacional de químicapura y aplicadaJPOJapan Patent OfficeOficina de patentes de JapónLASERLight amplification bystimulated emission ofradiationAmplificación de luz medianteemisión estimulada deradiaciónMBEMolecular beam epitaxyEpitaxia de haces molecularesMCMonoCapa atómicaMOCVDMetal-organic chemical vapordepositionDeposición química devapores de organometálicosNSFNational Science FoundationFundación nacional(norteamericana) para laCienciaPIPSPrecision Ion Polishing SystemSistema de adelgazamientoiónico de antum DotPunto cuánticoQWQuantum WellPozo cuánticoQWRQuantum WireHilo cuánticoRHEEDReflection High-EnergyElectron DiffractionDifracción de electrones dealta energía en modo dereflexiónRTRoom TemperatureTemperatura ambientevi
SISpectrum ImagingImagen de espectrosSISistema Internacional demedidaSTEMScanning TransmissionElectron MicroscopyMicroscopía electrónica detransmisión barridaTEMTransmission ElectronMicroscopyMicroscopía electrónica detransmisiónTUBTechnische Universität BerlinUniversidad técnica de BerlínUCAUniversidad de CádizUHVUltraHigh VacuumUltra-alto vacíoUSPTOUnited States Patent andTrademark OfficeOficina estadounidense demarcas y patentesvii
Índice GeneralCAPÍTULO I: Introducción . 1I.1. Perspectiva y ubicación de la tesis . 5I.2. Los materiales semiconductores y el desarrollo de la micro- yopto-electrónica . 8I.2.1. El desarrollo de la micro- y opto-electrónica. . 9El láser de semiconductor . 10Láseres nanoestructurados: la nueva generación. 11Láseres de hilos cuánticos . 12Láseres de puntos cuánticos . 13I.2.2. Propiedades y aplicaciones de los láseressemiconductores . 14I.2.3. El crecimiento epitaxial . 14Crecimiento de nanoestructuras autoensambladas . 15I.3. Necesidad de desarrollo de nuevas técnicas de análisisnanométrico . 16CAPÍTULO II:Parte Experimental: Materiales y Métodos deInvestigación . 17II.1. Introducción . 21II.2. Materiales objeto de la investigación . 21II.2.1. Consideraciones generales . 22II.2.2. Sustratos de Arseniuro de Galio . 22II.2.3. Sustratos de Fosfuro de Indio . 23II.2.4. Capa activa de Arseniuro de Indio . 23II.3. Técnicas experimentales . 24II.3.1. Técnicas de crecimiento epitaxial . 24II.3.1.1 Epitaxia de haces moleculares . 24II.3.1.2 Epitaxia de haces moleculares de capa atómica . 25II.3.2. Técnicas de caracterización de epitaxias basadas en lainteracción electrón-muestra. 25II.3.2.1 Microscopía electrónica de transmisión . 26Microscopía electrónica de transmisión convencional . 27Microscopía electrónica de transmisión de altaresolución. 27II.3.2.2 Microscopía electrónica de transmisión barrida . 28Detector Anular a alto ángulo . 29ix
Correctores de aberración esférica . 29II.3.2.3 Espectroscopia de pérdida de energía de electrones . 30Análisis cuantitativo de la composición . 31Determinación del espesor de muestra: método relativode la relación logarítmica . 34Determinación del espesor de muestra: métodoabsoluto. 36II.3.3. Otras técnicas de caracterización micro- y nano-estructural . 37II.3.3.1 Microscopía de fuerza atómica . 38II.3.3.2 Medidas de fotoluminiscencia . 38II.3.4. Preparación de muestras electrón-transparentes . 39II.3.4.1 Preparación de muestra en sección transversal . 40II.3.4.2 Adelgazamiento mecánico . 40II.3.4.3 Adelgazamiento iónico . 40II.3.4.4 Tratamiento de reducción de hidrocarburos . 42II.3.5. Técnicas de tratamiento de imágenes y espectros EEL . 42II.3.5.1 Modificación de los límites del histograma y de lacurva de brillo/contraste . 43II.3.5.2 Filtrado de imágenes HREM . 44Filtro de Wiener . 44Filtro Paso Bajo . 44Filtro de Bragg . 45II.3.5.3 Determinación de la deformación . 45II.4. Técnicas de simulación . 47II.4.1. Simulación de imágenes STEM de alta resolución . 47II.4.2. Simulación de la deformación y tensión ennanoestructuras mediante el método de los elementosfinitos. . 48II.4.2.1 Introducción y fundamentos teóricos . 48II.4.2.2 Consideraciones prácticas . 50II.5. Equipos experimentales y configuraciones utilizadas . 51II.5.1. Microscopios electrónicos de transmisión . 51JEOL 1200EX . 51JEOL 2011 . 51JEOL 2010F . 51VG-HB501UX . 52VG-HB603U . 52II.5.2. Microscopios de fuerza atómica. 52II.5.3. Equipos de fotoluminiscencia . 52x
CAPÍTULO III: Contribución al Desarrollo de una Metodología deAnálisis Cuantitativo de la Composición a NivelNanométrico . 53III.1. Introducción . 57III.2. Estudio de heteroepitaxias de InAs xP(1-x)/InP calibradas . 58III.2.1. Descripción de las muestras . 58III.2.2. Procedimiento de caracterización TEM . 59III.3. Tratamiento de imágenes y búsqueda de índices comparativos . 60III.4. Simulación de imágenes y comparación con las experimentales . 64Parámetros de celda y factores de Debye-Waller . 64Parámetros de la simulación . 65Resultados de la simulación . 66Comparación de imágenes experimentales y simuladas . 68III.5. Ejemplo de aplicación de la metodología . 69III.6. Estimación del error del método. 69CAPÍTULO IV: Hilos Cuánticos de InAs/InP(001) y su Proceso deFormación . 71IV.1. Introducción . 75IV.1.1. Descripción de las muestras . 76IV.2. Nucleación: escalones como sitios preferenciales . 77IV.3. Evolución de la morfología de los hilos. 81IV.3.1. Medidas estructurales: AFM y STEM . 83IV.3.2. Estudio FEM . 86IV.3.3. Modelo de evolución morfológica para hilos cuánticos . 92IV.4. Evolución de la capa de mojado . 94IV.4.1. Perfiles de composición locales medidos por EELS . 94IV.4.2. Cuantificación de la composición mediante HAADF:evidencia de dinamismo en la capa de mojado. . 98IV.5. Evolución de la composición de los hilos . 100CAPÍTULO V:Puntos Cuánticos de InAs/GaAs y Estudios deParámetros para su Diseño . 103V.1. Introducción . 107V.2. Efecto de la adición de Aluminio en las capas confinadoras . 108V.2.1. Estudio del estado de tensión / deformación de puntoscuánticos . 112V.2.1.1 Determinación del mapa de deformación. 112V.2.1.2 Simulación del mapa de deformación . 114xi
Forma . 114Composición: Efecto de la segregación de In . 114Condiciones de contorno . 116Subdominios y mallado . 116Constantes elásticas . 117V.3. Efecto del grado de deformación de la capa activa . 121V.3.1. Caracterización estructural por STEM y comparación conmedidas AFM. . 123V.3.2. Medidas analíticas de composición de QD . 126V.3.3. Calidad de las heteroestructuras . 126V.4. Efecto del uso de sustratos con altos índices de Miller . 129V.5. Efecto de la interrupción del crecimiento . 132CAPÍTULO VI: Conclusiones . 139VI.1. Contribución al desarrollo de una metodología cuantitativa de lacomposición a nivel nanométrico . 143HAADF-STEM como herramienta de análisis químicocuantitativo . 143El parámetro R relacionado con la composición x . 143Relación lineal entre R y x en imágenes experimentales . 143Relación no lineal entre R y x en imágenes simuladas . 144Los Rs son mucho mayores que los Re . 144El coeficiente de fondo Bi . 144Conclusión final . 144VI.2. Hilos cuánticos de InAs/InP(001) y su proceso de formación . 144Relajación elástica de las terrazas superiores deescalones superficiales . 144Nucleación preferencial de QWRs en terrazassuperiores de escalones superficiales . 144Observación directa de escalones de altura diatómica . 145Cambio morfológico de los QWRs durante sucrecimiento . 145Relajación elástica debido a la aparición denanoestructuras . 145Las facetas (001) de QWRs iniciales como sitiospreferentes de crecimiento adicional . 145Flujo neto de átomos superficiales . 145Segregación del As en la capa confinadora superior . 145Evidencia de dinamismo en la capa de mojado . 146QWRs altamente concentrados en As . 146xii
Distribución asimétrica del As. 146VI.3. Puntos cuánticos de InAs/Ga
Sergio Ignacio Molina Rubio y Rafael García Roja, ambos Catedráticos de Universidad del Área de Conocimiento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica de la Universidad de Cádiz, en calidad de Directores, AUTORIZAN la presentación a trámite
Direcci n de fotograf a: Jorge Panchoaga y Dami n Trochez Dise o y diagramaci n: La Silueta Ediciones Ltda. Dise o de la colecci n: Tragaluz editores SAS Impresi n: Panamericana Formas e Impresos SA Impreso en Colombia Febrero 2015!"# %&'( )*%( Luucx pekuhn uÕjusaa Chitivo, el ni o viajero / docentes de la comunidad nasa de Pueblo Nuevo .
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CURSO DISE O PRESENT A CIONES DE DE. Un escenar io conocido Muc has presentaciones se dan a diario en el mundo con la . gr ficos e inter-minables listas de vi etas hasta con seis ni veles jer rquicos de t tulos y subt tulos. De seguro recuerda no una sino varias de estas presenta-ciones larg as, desconectadas, ilegibles m s all de la .
del marco de los diferentes textos de Dise nos de Experimentos de los cuales tenemos conocimiento. Nuestra motivaci on fundamental lo constituyen los trabajos de Hinkelmann y Kempthorne (1993, 2005), como libros b asicos, estos autores contribuyer
Dynamic Insights for Sales Executives (DISE) Doug Wilson Cis
el dise no de la ocarina ya que aportan la variedad tonal pro-puesta en la Tabla 1. As ı que tuvimos que dise nar un modelo que pueda relacio-nar el area del orifico con la frecuencia que deseamos obte-ner, recordando que la nota depende de la suma de orificios destapados. Primeramente se tom o una ocarina artesanal (Fig. 2) hecha
content, DISE moves students to oral language proficiency. I N S T R U C T I O N C O N T E N T Daily Oral Instruction Speaking and Pronunciation Syntax and How English Works Direct Instruction Language in Context Listening Functional Mastery of Spoken English Vocabulary Ample Practice and Review By lesson 60, students respond about 15 times a .
c. Describe the major events of the American Revolution and explain the factors leading to American victory and British defeat; include the Battles of Lexington and Concord, Saratoga, and Yorktown. d. Describe key individuals in the American Revolution with emphasis on King George III, George Washington, Benjamin Franklin, Thomas Jefferson, Benedict Arnold, Patrick Henry, and John Adams .
