Ciencia de Materiales
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Ionoluminescencia de ZnO en experimento RBS


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Medidas de RBS sobre dispositivos de GaN


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Plasma del sistema de pulverización catódica

Superficies micro- y nano-estructuradas y modificación de superficies utilizando haces de iones.

Los haces de iones de MeV pueden modificar la superficie y propiedades de los materiales. La modificación de las propiedades de la superficie es interesante a fin de obtener nuevas funciones para aplicaciones específicas. Propiedades de la superficie y características tales como la adsorción, la adhesión, hidrofilia, carga, reactividad, rugosidad, biocompatibilidad e incluso propiedades magnéticas pueden, por tanto, ser modificadas, ya sea en grandes superficies macroscópicas o siguiendo patrones predeterminados de nano-o micro-tamaño.

En el CMAM usamos varios haces de iones especialmente He y Si en el rango de energías de MeV/amu para modificar las propiedades superficiales de silicio cristalino (c-Si). Los haces de Si de 20 MeV con fluencias tan bajas como 1.013 iones/cm2 son suficientes para aumentar la conductividad eléctrica del tipo p c-Si con una resistencia inicial de 0.05 a 0.1 ohm.cm, inhibiendo la formación de silicio poroso (PSi) en la región irradiada [1]. Para tales fluencias de naturaleza cristalina de c-Si persisten, al memos, medidas detectadas por canalización, además éste incremento de resistividad puede ser asignado a defectos puntuales inducidos por el proceso de irradiación. La irradiación a través de máscaras de micro-y nano-tamaño permite crecimiento PSi en patrones predeterminados.

La modificación de la superficie de los semiconductores, como es el silicio, y aleaciones especiales, como TiNO, con haces de iones se investigan en el CMAM en colaboración con el Departamento de Física Aplicada de la Universidad Autónoma de Madrid (DFA-UAM) y el Centro de Biología Molecuar de la Universidad Autónoma de Madrid y Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CBM-UAM-CSIC) en busca de aplicaciones en la diferenciación de las células madre Mesenquimales de Humanos (HMSC).

La irradiación de materiales conductores como el Grafito pirolítico altamente orientada (HOPG), puede inducir propiedades magnéticas. Los experimentos se llevan a cabo en el CMAM irradiando HOPG con haces de H, C, o N en el rango de energía de MeV. La irradiación induce efectos paramagnéticos de tipo Curie como, ferromagnetismo y estados paramagnéticos anómalos [2].

[1] V. Torres-Costa M. Manso-Silván, E. Punzón-Quijorna, R.J. Martín-Palma, D. Martín y Marero, A. Climent-Font, submitted to Nucl. Instr. and Meth. B
[2] M.A. Ramos, J. Barzola-Quiquia, P. Esquinazy, A. Muñoz-Martín, A. Climent-Font, and M. García-Hernández. Phys Rev B 81, 214404.

Ciencia de semiconductores en el CMAM

Las técnicas de haces de iones se han utilizado durante mucho tiempo en la ciencia de semiconductores debido a sus interesantes aplicaciones, tanto para la modificación (dopaje, limpieza, formación de patrones…) como para el análisis (composición, estructura, impurezas, interacaras…) de estos materiales. En particular, el carácter no destructivo de las técnicas IBA, junto con la capacidad de realizar perfiles elementales en profundidad, hacen estas herramientas ideales para una avanzada caracterización de capas semiconductoras, que requieren normalmente láminas delgadas epitaxiales de alta pureza.

El estudio de materiales semiconductores ha sido un tema importante desde el inicio del CMAM y se han analizado hasta la actualidad un extenso número de sistemas IV, III-V y II-VI: Si, Ge, GaN, GaAs, InAs, ZnO, CdTe, TiO2, etc. En los últimos años, el CMAM ha estado especialmente involucrado en proyectos para el desarrollo de semiconductores de gap ancho, en colaboración con el ISOM de la Universidad Politécnica de Madrid.

El CMAM ofrece diversas técnicas de caracterización de capas semiconductoras, como RBS, ERDA, NRA y PIXE. Estos métodos se han utilizado con éxito en la determinación de la composición con resolución en profundidad [1], la detección de impurezas ligeras y pesadas [2], y la extracción de perfiles para elementos específicos [3]. Además, cuando se combinan con la canalización iónica, estos métodos puede dar información estructural acerca de la calidad cristalina [1], la tensión [4], la presencia de defectos [3] y la posición en sitios de red de los átomos.

La línea Standard del CMAM está bien preparada para este tipo de análisis, ya que cuenta con detectores de RBS y ERD, y adicionalmente con detectores de rayos gamma y rayos X. La línea de ERDA-TOF ofrece, además, una elevada sensibilidad para la detección de elementos ligeros, que es un tema crítico en estos materiales [1]. Junto con las ténicas IBA, el CMAM cuenta también con un sistema de pulverización catódica para el crecimiento de láminas delgadas y recubrimientos, que se ha utilizado para estudiar diversos materiales semiconductores tales como Si, SiGe, o TiO2.

[1] S. Fernández-Garrido, A. Redondo-Cubero, R. Gago, F. Bertram, J. Christen, E. Luna, A. Trampert, J. Pereiro, E. Muñoz and E. Calleja, J. Appl. Phys. 104, 083510 (2008).
[2] F. González-Posada Flores, A. Redondo-Cubero, R. Gago, A. Bengoechea, A. Jiménez, D. Grambole, A.F. Braña and E. Muñoz, J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 055406 (2009).
[3] A. Redondo-Cubero, K. Lorenz, R. Gago,  N. Franco, M.-A. di Forte Poisson, E. Alves and E. Muñoz, J. Phys. D: Appl. Phys. 43, 055406 (2010).
[4] A. Redondo-Cubero, K. Lorenz, R. Gago, N. Franco, S. Fernández-Garrido, P. J. M. Smulders, E. Muñoz, E. Calleja, I. M. Watson and E. Alves, Appl. Phys. Lett. 95, 051921 (2009).