Er2O3 (de Maat–Gersdorf et al, 1995). A implanta¸c˜ao de filmes de s´ılica (SiO2) com
´erbio revelou a luminescˆencia caracter´ıstica do ´erbio `a temperatura ambiente, mesmo na ausˆencia de recozimento da amostra (Polman et al, 1990). Ainda neste ´ultimo material, Marcus e Polman (1991) mostraram que os i˜oes de Er3+ tˆem 6 ´atomos de oxig´enio na sua vizinhan¸ca mais pr´oxima.
I(T) I(0) =
"
1 + X3
i=1
Ciexp µ
−Ei
kT
¶#−1
(5.1) em que cada processo de desexcita¸c˜ao n˜ao radiativa ´e caracterizado por uma dada energia de activa¸c˜ao, Ei, e I(0) representa a intensidade extrapolada para 0 K. O ajuste aos pontos experimentais ´e apresentado na figura 5.5 considerando C1 = 5, E1 = 26 meV,C2 = 8, E2 = 45 meV,C3 = 2 e E3 = 6 meV.
1/T (K-1)
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
-2 0 2 4
Ln(I(0)/I(T)-1)
E1=26 meV
E2=45 meV
E3=6 meV
Figura 5.5: Varia¸c˜ao de Ln(I(0)/I(T)−1) em fun¸c˜ao do inverso da temperatura para Si:Er. As rectas tra¸cadas correspondem `a equa¸c˜ao 5.1 para cada processo de desexcita¸c˜ao n˜ao radiativa. As energias de activa¸c˜ao de cada um destes processos s˜ao indicadas na figura.
Na figura 5.6 apresenta–se a varia¸c˜ao da intensidade na temperatura da transi¸c˜ao mais intensa observada para Si:Er,O.
A luminescˆencia come¸ca por apresentar um pequeno aumento at´e ∼ 20 K o que constitui um comportamento caracter´ıstico dos centros profundos que tˆem de competir pela captura de excit˜oes. A extin¸c˜ao da luminescˆencia ocorre para temperaturas de
∼ 65 K o que para al´em de representar um comportamento bastante diferente do observado para Si:Er est´a tamb´em mais pr´oximo dos centros de natureza excit´onica.
O mecanismo de desexcita¸c˜ao ´e bastante mais simples do que o observado para Si:Er, sendo observado um ´unico processo de desexcita¸c˜ao n˜ao radiativa. Na figura 5.7 ´e efectuado o ajuste da equa¸c˜ao 5.1 aos pontos experimentais. A energia de activa¸c˜ao t´ermica resultante ´e de 12.7 meV e o parˆametroC = 137.
0 25 50 75 Temperatura (K)
0 30 60 90
Intensidade (u. a.)
Figura 5.6: Varia¸c˜ao com a temperatura da intensidade da transi¸c˜ao mais intensa para Si:Er,O.
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
1/T (K -1) -5
-2 1 4
Ln(I(0)/I(T)-1)
E=12.7 meV
Figura 5.7: Varia¸c˜ao deLn(I(0)/I(T)−1) em fun¸c˜ao do inverso da temperatura para a transi¸c˜ao mais intensa observada em Si:Er,O. A recta tra¸cada resulta do ajuste de um processo de desexcita¸c˜ao n˜ao radiativa com energia de activa¸c˜ao t´ermica de 12.7 meV.
Para Si:Er,O a mais baixa temperatura de extin¸c˜ao da luminescˆencia, a desex-cita¸c˜ao de acordo com um mecanismo simples e o valor da energia de activa¸c˜ao t´ermica obtido, mostram que esta luminescˆencia est´a mais pr´oxima dos centros de natureza excit´onica observados no sil´ıcio do que a luminescˆencia observada em Si:Er.
A compara¸c˜ao da varia¸c˜ao na temperatura para os dois espectros de luminescˆencia
relacionados com o ´erbio mostra que a codopagem com oxig´enio reduz a tempera-tura m´axima de observa¸c˜ao da luminescˆencia relacionada com ´erbio. Este facto cons-titui uma contrariedade para poss´ıveis aplica¸c˜oes desta luminescˆencia na industria electr´onica. A vantagem que constitui o aumento da intensidade da luminescˆencia para baixas temperaturas n˜ao se traduz num aumento da temperatura a que ocorre a extin¸c˜ao da luminescˆencia como seria desej´avel.
A energia de activa¸c˜ao obtida para Si:Er,O est´a pr´oxima do valor obtido, quase em simultˆaneo, por Jantsch et al (1995b) (∼ 10 meV) para os centros relacionados com o oxig´enio. A diminui¸c˜ao da temperatura `a qual ocorre a extin¸c˜ao da luminescˆencia em Si:Er,O, relativamente `a mesma temperatura em Si:Er, foi igualmente observada (Jantsch et al, 1995a).
Os resultados anteriores diferem dos obtidos noutros estudos (Michel et al, 1991;
Polmanet al, 1993a; Efeogluet al, 1993; Coffaet al, 1994; Palmet al, 1996; Prioloet al, 1995, 1998). Polmanet al(1993a); Coffaet al(1994) verificaram que, tanto para Si:Er como para Si:Er,O, a varia¸c˜ao da intensidade na temperatura apresentava duas regi˜oes distintas: uma para baixas temperaturas na qual a energia de activa¸c˜ao ´e ∼ 20 meV e outra para temperaturas mais altas caracterizada por uma energia de activa¸c˜ao de
∼ 150 meV. Estas energias est˜ao pr´oximas das obtidas por Michel et al (1991). Para temperaturas superiores a∼100 K a energia anterior de∼150 meV ´e bastante superior
`as duas energias obtidas no presente estudo para Si:Er. No caso de Si:Er,O o desacordo
´e maior uma vez que no presente estudo foi observada a extin¸c˜ao da luminescˆencia para
∼ 65 K enquanto v´arios autores (Polman et al, 1993a; Coffa et al, 1994; Palm et al, 1996; Priolo et al, 1998) observaram que o processo respons´avel pela extin¸c˜ao para temperaturas elevadas ´e claramente menos eficiente do que para Si:Er obtendo assim uma intensidade de luminescˆencia para altas temperaturas superior `a obtida para Si:Er.
Estudos recentes (Priolo et al, 1995, 1998; Palm et al, 1996; Taguchi e Takahei, 1998;
Chen et al, 1999) mostraram que a diminui¸c˜ao da intensidade com a temperatura tem origem em processos n˜ao radiativos de Auger (para temperaturas inferiores a∼100 K) e envolvendo a participa¸c˜ao de fon˜oes (para temperaturas superiores a ∼ 100 K). O estudo da luminescˆencia em espectroscopia resolvida no tempo, revelou a existˆencia de dois decaimentos com tempos de vida de ∼ 100µs e ∼ 900µs independentemente da codopagem ou n˜ao com oxig´enio (Coffa et al, 1994; Palm et al, 1996; Priolo et al, 1998). O aumento da temperatura, potˆencia de excita¸c˜ao ou concentra¸c˜ao de impurezas residuais (P ou B) conduz a um incremento do peso relativo da componente
com menor tempo de vida.
A discrepˆancia para Si:Er,O, entre os resultados anteriores e os obtidos no presente estudo, pode ser justificada pela observa¸c˜ao de centros diferentes nos dois conjuntos de resultados. A resolu¸c˜ao da luminescˆencia observada por Polman et al (1993a); Coffa et al (1994); Priolo et al (1995) n˜ao permite a identifica¸c˜ao de qualquer transi¸c˜ao particular mas simplesmente de uma banda larga na gama de comprimentos de onda onde se situa a emiss˜ao relacionada com o ´erbio. A resolu¸c˜ao no presente estudo ´e claramente superior (figura 5.3). No estudo de Palm et al (1996) a luminescˆencia ´e dominada pelo centro c´ubico apesar da codopagem com oxig´enio. Com base na figura 5.3 verifica–se que nos estudos referidos anteriormente a incorpora¸c˜ao de oxig´enio n˜ao foi eficaz uma vez que n˜ao foi observado por aqueles autores a diminui¸c˜ao da banda larga e o aparecimento de transi¸c˜oes distintas das do centro c´ubico.
Efeoglu et al (1993) estudaram igualmente a varia¸c˜ao na temperatura da intensi-dade da luminescˆencia para amostras crescidas por MBE dopadas com ´erbio e oxig´enio.
O espectro de luminescˆencia observado era dominado por uma transi¸c˜ao a 1.5375µm contendo algumas transi¸c˜oes de menor intensidade para maiores comprimentos de onda. Este espectro n˜ao corresponde a nenhum dos dois centros principais observados em sil´ıcio (figura 5.3) e foi interpretado com base num i˜aoEr3+ numa posi¸c˜ao de sime-tria inferior a c´ubica. A extin¸c˜ao desta luminescˆencia foi registada para∼110−140 K e o decaimento foi observado segundo trˆes regimes diferentes caracterizados por ener-gias de activa¸c˜ao t´ermica de 5, 20 e 130 meV. Tamb´em para este trabalho (Efeogluet al, 1993), a diferen¸ca de comportamento relativamente aos resultados apresentados no presente estudo podem ser justificadas pela observa¸c˜ao de diferentes centros nos dois estudos e tamb´em deficientes condi¸c˜oes de fabrico.