Los compuestos de silicio nanoestructurado consisten fundamentalmente en una matriz amorfa con nanocúmulos de silicio embebidos en su interior. La variación en sus propiedades está definida principalmente por el tamaño de los nanocúmulos de silicio embebidos en la matriz, su densidad y su cristalinidad. Además, dependiendo de la matriz en donde se encuentren embebidos los nanocúmulos de silicio se puede variar la magnitud de la brecha prohibida del material de tal forma que se pueda utilizar como un material absorbente (si la matriz es silicio amorfo) o como un material emisor (si es una matriz dieléctrica como nitruro de silicio) de luz visible. Así, los compuestos de silicio nanoestructurado se convierten en un material prometedor para los dispositivos electrónicos y fotónicos (sensores de luz, emisores de luz, celdas solares, transistores en películas delgadas TFT, etc.) ya que presentan algunas ventajas comparado con los materiales utilizados convencionalmente en esas aplicaciones debido a su mejor estabilidad, baja densidad de defectos y mejores características de transporte. La técnica de PECVD permite el control de la densidad y tamaño de los nanocúmulos de silicio (así como de la matriz en donde se encuentran embebidos) en función de las necesidades específicas de las diferentes aplicaciones. En los Laboratorios de Materiales y Dispositivos en Películas Delgadas del Departamento de Materia Condensada y Criogenia del Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM, se ha trabajado recientemente en la obtención y estudio de compuestos de silicio nanoestructurado obtenidos por la técnica de depósito químico en fase vapor asistido por plasma (PECVD) a partir de la descomposición en un plasma de, en este caso particular, los haluros de silicio (SiH4, SiF4, SiH2Cl2, SiCl4), y compuestos que contienen oxigeno o nitrógeno en sus diferentes fases. Gracias al uso de precursores clorados se han podido generar nanocristales de silicio embebidos en películas delgadas de nitruro de silicio sin necesidad de tratamiento térmico posterior al depósito. Esto ha permitido la obtención de fotoluminiscencia intensa en el rango visible a temperatura ambiente. El objetivo general de este proyecto es preparar y caracterizar las propiedades ópticas de películas delgadas de compuestos de silicio nanoestructurado con diferente absorción y/o emisión de luz visible para su aplicación en dispositivos fotónicos. Este proyecto aportará el conocimiento de los mecanismos físicos y químicos de formación y crecimiento de los nanocúmulos de silicio para lograr reproducibilidad y fiabilidad en los procesos de crecimiento de materiales nanoestructurados y así, poder pasar a una nueva etapa de fabricación de dispositivos basados en ellos. Se obtendrán materiales entonables en sus propiedades ópticas de absorción o emisión de luz visible mediante una misma técnica de depósito (PECVD), a través de la variación de parámetros experimentales controlables (como las tasas de flujo másico de los gases precursores, potencia de RF, presión de la cámara, etc.). Dado que este proyecto se encuentra en la frontera del conocimiento en una temática de mucha actualidad como son las Nanociencias y las Nanotecnologías se pretenden publicar al menos 2 artículos por año en revistas indexadas de prestigio internacional. Asimismo, se presentará al menos 1 trabajo al año en un evento internacional de reconocido prestigio en el área. Cabe recalcar que se implementarán las siguientes técnicas de análisis de propiedades ópticas de materiales que actualmente no se pueden realizar en el Instituto de Investigaciones en Materiales: Espectroscopía de Fotoluminiscencia en función de la potencia de excitación, estudio de Ganancia Óptica por medio del método de Longitud de Tira Variable (VSL) y Fotoluminiscencia resuelta en el tiempo. Esto aportará nuevas técnicas de caracterización al Instituto de Investigaciones en Materiales y contribuirá a la generación de infraestructura en el Laboratorio de Materiales y Dispositivos en Películas Delgadas. Se realizarán estancias de servicio social y se desarrollarán 2 tesis de licenciatura y 1 de maestría dentro del contexto de este proyecto contribuyendo así a la formación de recursos humanos. Asimismo, los conocimientos derivados de este proyecto permitirán la actualización de conceptos físicos, químicos y del área de materiales electrónicos, en general, que se incluirán en los cursos impartidos a nivel licenciatura y/o posgrado. De esta manera se contribuye a la actualización y calidad de los planes de estudio en las áreas involucradas.

Primero que nada, es importante remarcar que este proyecto se encuentra en la frontera del conocimiento en una temática de mucha actualidad como son las Nanociencias y las Nanotecnologías. De hecho, la publicación en Applied Physics Letters [8], fue premiada en este contexto y publicada en una edición especial de la revista Virtual Journal of Nanoscale Science and Technology donde se publicaron artículos vinculados con investigaciones en la frontera de la ciencia. Continuando con este trabajo y en el marco de este proyecto se pretenden publicar al menos 2 artículos por año en revistas indexadas de prestigio internacional. Asimismo, se presentará al menos 1 trabajo al año en un evento internacional de reconocido prestigio en el área. Este proyecto aportará el conocimiento de los mecanismos físicos y químicos de formación y crecimiento de los nanocúmulos de silicio. Mediante este estudio, se evaluarán las condiciones para lograr reproducibilidad y fiabilidad en los procesos de crecimiento de materiales nanoestructurados y así, poder pasar a una nueva etapa de fabricación de dispositivos basados en ellos. Se obtendrán materiales entonables en sus propiedades ópticas de absorción o emisión de luz visible mediante una misma técnica de depósito (PECVD), a través de la variación de parámetros experimentales controlables (como las tasas de flujo másico de los gases precursores, potencia de RF, presión de la cámara, etc.). Se implementarán las siguientes técnicas de análisis de propiedades ópticas de materiales que actualmente no se pueden realizar en el Instituto de Investigaciones en Materiales: Espectroscopía de Fotoluminiscencia en función de la potencia de excitación, estudio de Ganancia Óptica por medio del método de Longitud de Tira Variable (VSL) y Fotoluminiscencia resuelta en el tiempo. Esto aportará nuevas técnicas de caracterización al Instituto de Investigaciones en Materiales y contribuirá a la generación de infraestructura en el Laboratorio de Materiales y Dispositivos en Películas Delgadas. Gracias a la implementación de las técnicas antes mencionadas se estudiarán otras propiedades ópticas de los compuestos de silicio nanoestructurados como los mecanismos de recombinación radiativa en el material y la posible ganancia óptica del mismo. Esto es muy importante para su aplicación en dispositivos fotónicos pues permitiría mejorar sustancialmente la eficiencia de los mismos. En todos los casos el entendimiento y descripción de las propiedades de interés estudiadas, con base en los resultados experimentales obtenidos y en la aplicación de modelos teóricos, son una contribución importante del proyecto. En este sentido, se realizarán estancias de servicio social, y tesis de licenciatura y/o maestría dentro del contexto de este proyecto contribuyendo así a la formación de recursos humanos. Asimismo, los conocimientos derivados de este proyecto permitirán la actualización de conceptos físicos, químicos y del área de materiales electrónicos, en general, que se incluirán en los cursos impartidos a nivel licenciatura y/o posgrado. De esta manera se contribuye a la actualización y calidad de los planes de estudio en las áreas involucradas.