@PhDThesis{Paes:2016:EsEsFo,
author = "Paes, Tiago Franca",
title = "Sil{\'{\i}}cio poroso: estudo de estruturas e
fotoluminesc{\^e}ncia para poss{\'{\i}}veis
aplica{\c{c}}{\~o}es em sensores",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2016",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2016-01-15",
keywords = "sil{\'{\i}}cio poroso, fotoluminesc{\^e}ncia, sensores, porous
silicon, photoluminescence, sensors.",
abstract = "O sil{\'{\i}}cio poroso - PSi {\'e} um material que possui
caracter{\'{\i}}sticas estruturais peculiares que favorecem o
seu estudo para o desenvolvimento de diversas
aplica{\c{c}}{\~o}es tecnol{\'o}gicas. A emiss{\~a}o
fotoluminescente em temperatura ambiente {\'e} uma
particularidade do PSi definida pela sua estrutura porosa, sendo
esta a propriedade mais investigada tanto do ponto de vista
te{\'o}rico, quanto experimental. Baseado na import{\^a}ncia
desse material e visando sua aplicabilidade em sensores, este
trabalho apresenta uma an{\'a}lise sistem{\'a}tica das
caracter{\'{\i}}sticas estruturais formadas em amostras de PSi.
Foram utilizados materiais e procedimentos que permitiram a
reprodutibilidade de amostras homog{\^e}neas utilizando
diferentes par{\^a}metros de obten{\c{c}}{\~a}o, pelo processo
de corros{\~a}o eletroqu{\'{\i}}mica em l{\^a}minas de
sil{\'{\i}}cio monocristalino. Tamb{\'e}m foram analisadas
amostras de PSi termicamente oxidadas por um processo controlado,
utilizando um forno de tubo aberto a 800\$^{°}\$C, com fluxo de
ar. O estudo da varia{\c{c}}{\~a}o das propriedades
morfol{\'o}gicas, {\'o}pticas e qu{\'{\i}}micas da camada
porosa antes e ap{\'o}s o processo de oxida{\c{c}}{\~a}o
permitiu comparar e verificar a viabilidade das estruturas
formadas para poss{\'{\i}}veis aplica{\c{c}}{\~o}es em
sensores. Paralelamente ao desenvolvimento das t{\'e}cnicas de
forma{\c{c}}{\~a}o e obten{\c{c}}{\~a}o do PSi, foram montados
e aprimorados sistemas de caracteriza{\c{c}}{\~a}o que permitem
viabilizar e simplificar medidas de propriedades abordadas neste
trabalho. Particularmente, para as medidas de
fotoluminesc{\^e}ncia, foi desenvolvido um sistema capaz de
medir, com alta resolu{\c{c}}{\~a}o, a emiss{\~a}o
fotoluminescente das amostras de PSi em temperatura ambiente.
Tamb{\'e}m foi desenvolvido um sistema de medida da porosidade e
espessura das amostras, com base na t{\'e}cnica de espectroscopia
por infiltra{\c{c}}{\~a}o de l{\'{\i}}quidos, que compara
medidas de reflet{\^a}ncia de diferentes fluidos infiltrados nos
poros do material. Al{\'e}m dessas t{\'e}cnicas, as amostras de
PSi foram caracterizadas, em fun{\c{c}}{\~a}o de sua morfologia
e padr{\~a}o de poros, pelas t{\'e}cnicas de microscopia de
varredura eletr{\^o}nica de alta resolu{\c{c}}{\~a}o e de
for{\c{c}}a at{\^o}mica. O m{\'e}todo gravim{\'e}trico
permitiu estimar, de forma destrutiva, e comparar com outras
t{\'e}cnicas, a porosidade e a espessura das amostras. Para
determinar a modifica{\c{c}}{\~a}o da estrutura
cristalogr{\'a}fica e comparar a porosidade das amostras foi
feita a espectroscopia de difra{\c{c}}{\~a}o de raios-X de alta
resolu{\c{c}}{\~a}o, nas configura{\c{c}}{\~o}es de
\emph{rocking curve} e por incid{\^e}ncia rasante do feixe.
Tamb{\'e}m foram observadas esp{\'e}cies qu{\'{\i}}micas
adsorvidas na superf{\'{\i}}cie dos poros antes e ap{\'o}s a
oxida{\c{c}}{\~a}o t{\'e}rmica a partir da t{\'e}cnica de
espectroscopia de infravermelho. A banda de emiss{\~a}o
fotoluminescente das amostras de PSi tamb{\'e}m foi verificada
pela espectroscopia de espalhamento Raman que, analisando o
deslocamento do pico do sil{\'{\i}}cio cristalino como
refer{\^e}ncia, permitiu estimar os poss{\'{\i}}veis tamanhos
dos cristalitos formados na camada porosa. Considerando a
metodologia desempenhada na forma{\c{c}}{\~a}o e
caracteriza{\c{c}}{\~a}o das amostras de PSi, os resultados
foram positivos para poss{\'{\i}}veis aplica{\c{c}}{\~o}es do
PSi no desenvolvimento de sensores, baseados nas
caracter{\'{\i}}sticas obtidas e no modo de como suas
propriedades variam em determinadas condi{\c{c}}{\~o}es,
ap{\'o}s altera{\c{c}}{\~o}es em sua estrutura. Assim, os
sistemas desenvolvidos para o trabalho se mostraram precisos na
obten{\c{c}}{\~a}o das propriedades do PSi. ABSTRACT: Porous
silicon - PSi is a material with peculiar structural
characteristics that provide study to develop many technological
applications. The photoluminescent emission at room temperature is
a feature of the PSi defined by its porous structure, which is the
most investigated property from both views: theoretical and
experimental. Based on the importance of this material and aiming
its applicability in sensor, this work presents a systematic
analysis of structural features formed in PSi samples. Materials
and procedures were used allowed the reproducibility of
homogeneous samples using electrochemical etch process on
monocrystalline silicon wafers. Thermally oxidized PSi samples by
a controlled process using an open tube furnace at 800 \$^{°}\$C
with airflow were also analyzed. The study of the variation of the
properties as morphological, optical and chemical properties of
the porous layer formed before and after the oxidation process was
able to compare and verify the viability of the formed structures
for potential applications in sensors. Besides the development of
the etch techniques, systems to characterize PSi samples were
mounted and improved to facilitate and simplify measurements of
properties discussed in this work. In particular, for the
photoluminescence measurements, it was developed a system capable
to measure in high resolution, the emission of the PSi samples at
room temperature. In addition, it was developed a system to
measure the porosity and thickness of the samples, based on
spectroscopy of liquid infiltration method, which compares the
reflectance of the layer with different fluid inside the pores of
the material. Others techniques were used to characterized the PSi
samples. The high-resolution scanning electron microscopy and the
atomic force microscopy were able to analyses the morphologies and
pattern of pores. The gravimetric method allows to estimate the
porosity and thickness of the samples, as a destructive method,
and compare with other techniques. The behavior of the
crystallographic structure and the porosity of samples were made
by high-resolution X-ray diffraction spectroscopy techniques over
rocking curve and grazing incidence x-ray reflection
configurations. It was also observed chemical species adsorbed on
the surface of the pores before and after the thermal oxidation
from the infrared spectroscopy method. The photoluminescent
emission band of PSi samples was also verified by Raman scattering
spectroscopy and by analyzing the displacement of the crystalline
silicon peak as a reference, allowed to estimate an approximate
size of crystallites formed in the porous layer. Considering the
methodology performed in the formation and characterization of PSi
samples, the results were positive for possible applications of
PSi on development of sensors, based on the obtained
characteristics and the way of how their properties vary under
certain conditions, after changes its structure. Thus, the systems
developed during this work showed precise for obtain PSi
properties.",
committee = "Beloto, Antonio Fernando (presidente/orientador) and Berni, Luiz
Angelo (orientador) and Ferreira, Neiden{\^e}i Gomes and Baldan,
Maur{\'{\i}}cio Ribeiro and Borges, Cl{\'a}udia Renata and
Vieira, Maxson Souza",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Porous silicon: structural and photoluminescence study for
possible sensors applications",
language = "pt",
pages = "167",
ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3KTKC28",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3KTKC28",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "26 abr. 2024"
}