[pt] As tecnologias envolvendo detectores de infravermelho são consideradas de emprego dual, ou seja, podem ser empregadas tanto no meio civil quanto no militar. No meio civil, tais detectores podem ser utilizados como meio auxiliar na formulação de diagnósticos médicos, em inspeções de rotina nas indústrias, no controle de pragas da agricultura etc.. E no meio militar os equipamentos envolvendo detectores de infravermelho (visão noturna) são comumente empregados em situações táticas, com o objetivo de se obter uma situação de vantagem sobre o inimigo. Esta dissertação teve por objetivo avaliar de forma sistemática o desempenho de detectores de infravermelho baseados na heteroestrutura de poços quânticos múltiplos de InGaAs/InAlAs ao se variar a densidade do elemento dopante (silício) no poço. Em um reator do tipo MOVPE foi realizado o crescimento epitaxial das heteroestruturas que foram caracterizadas de acordo com as técnicas de difração de raios X, efeito Hall, fotoluminescência e absorção. Em seguida, elas foram processadas, tomando forma de dispositivo. A partir da caracterização do dispositivo final, com base nas principais figuras de mérito de um fotodetector (corrente de escuro, fotocorrente, responsividade e detectividade), foi possível obter conclusões importantes a respeito da influência da dopagem em poços quânticos no desempenho de fotodetectores do tipo QWIPs (Quantum Well Infrared Photodetectors). / [en] Infrared detectors are considered of dual employment technologies, ie they can be employed both in the civilian and military environment. With respect to the civilian environment, such detectors can be used, among other applications, as an auxiliary device in the formulation of medical diagnoses, on the routine inspection in industries, in pests control in agriculture and so on. Military applications involving infrared detectors (night vision) are commonly tactical situations, when they are employed in order to get an advantage over the enemy. The main motivation of the present work is the systematical evaluation of the performance of infrared detectors based on the multiple quantum wells heterostructure of InGaAs /InAlAs, varying the density of the doping element (silicon) into the well. The epitaxial growth of the heterostructures was performed in a MOVPE reactor. Afterwards, they were characterized in accordance with X-ray diffraction, Hall effect, photoluminescence and absorption techniques. Finally, they were processed, achieving a devices form. Based on the characterization of the final device, that took into consideration the key figures of merit of a photodetector (dark current, photocurrent, responsivity and detectivity), it was possible to obtain important conclusions about the quantum well doping effects on the QWIPs (Quantum Well Infrared Photodetectors) performance.

[pt] Pontos quânticos (PQs) auto-organizáveis de InAs sobre InP, InGaAs, InGaAlAs utilizando-se substratos de InP foram crescidos pela deposição química de metal-orgânicos (MOCVD) e foram investigadas para fotodetectores. Para PQs de InAs crescidos sobre diferentes substratos de InP, têm-se que a presença de discordâncias é responsável pelo aumento na densidade planar dos PQs. O espectro de fotoluminescência (FL) das estruturas de InP/InxGa1-xAs/InAs/InP, com diferentes composições da camada ternária. Medidas com microscopia de força atômica (AFM) mostraram que os PQs mais altos são obtidos quando os mesmos são crescidos sobre uma camada de InxGa1-xAs com um descasamento de 1000ppm, e a altura decresce com o descasamento a partir deste valor. O espectro de FL dos PQs mostrou uma banda assimétrica, a qual envolve transições entre os níveis de energia dos PQs e pode ser decomposta em dois picos. Pico de energia mais alta desta banda foi observado para a amostra com PQs crescidos sobre uma camada de InxGa1-xAs casada e o pico foi deslocado para energias mais baixas para amostras tensionadas. Estruturas diferentes de PQ de InAs crescidas sobre uma camada de InGaAlAs casada com InP foram investigadas. Picos de fotocorrente extremamente estreitos foram observados, demonstrando um excelente potencial para sintonização estreita de comprimentos de onda. Foram desenvolvidas estruturas para detectar radiação superior à 10μm. Medidas de absorção mostrando uma dependência com a polarização mostraram eu as estruturas tem um confinamento total e são apropriadas para detecção sintonizável de radiação por incidência normal. / [en] Self-assembled InAs quantum dots (QD) over an InP, InGaAs, InGaAlAs on InP substrates were grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) and were investigated for quantum dot infrared photodetectors. For InAs QD over an InP buffer on different InP substrates. The results indicate that the presence of dislocations were responsible for the increase in the QD density. Photoluminescence (PL) spectra of InP/InxGa1-xAs/InAs/InP dot-in-a-well structures, with different compositions of the ternary layer. Measurements with atomic force microscopy showed that the largest QD height is obtained when the InAs QDs are grown on the InxGa1-xAs layer with a mismatch of 1000ppm, and the height decreases as the mismatch departs from this value. PL spectra of the QDs showed an asymmetric band, which involves transitions between dot energy levels and can be deconvoluted into two peaks. The highest energy PL peak of this band was observed for the sample with the QDs grown on top of the lattice-matched InxGa1-xAs and it shifted to lower energies for strained samples as the degree of mismatch increased. Different InAs quantum dot structures grown on InGaAlAs lattice matched to InP. Extremely narrow photocurrent peaks were observed, demonstrating great potential for fine wavelenght selection. Structures which can detect radiation beyond 10ìm were developed. Polarization dependence measurements showed that the structures have a zero- dimensional character and are suitable for detection of normal incidence light.

[pt] No ano de 2014, o Brasil ocupou o quinto lugar no ranking mundial de produção de leite. No entanto, a produtividade média foi baixa, comparada aos outros grandes produtores. A avaliação da qualidade do leite é importante para melhorar a produtividade, pois ela auxilia na identificação de fatores que prejudicam a produção. As quantidades de proteína e gordura no leite são utilizadas como critérios de qualidade e, geralmente, medidas por equipamentos baseados em técnicas de espectroscopia no infravermelho. Esses equipamentos possuem alto custo e são adequados somente para uso em laboratório. Este trabalho tem como objetivo avaliar o uso de fotodetectores baseados em nanoestruturas na quantificação da proteína do leite, visando um dispositivo portátil e de baixo custo. Para isso, técnicas de espectroscopia no infravermelho foram utilizadas no estudo do leite, da sua proteína e de algumas adulterações. A resposta dos fotodetectores (corrente) também foi analisada através da espectroscopia no infravermelho. Finalmente, uma simulação experimental do dispositivo completo foi feita e os resultados comparados com os estudos de espectroscopia. Com base nessas comparações, constatou-se a viabilidade de se utilizar os fotodetectores baseados em nanoestruturas na quantificação da proteína do leite. / [en] In 2014, Brazil occupied the fifth position in the world ranking of milk production. However, the average productivity was small compared to the other major producers. Quality evaluation is important for improving milk productivity, as it helps to identify factors that hinder production. The quantities of protein and fat in milk are used as quality standards, and they are usually measured with instruments based on infrared spectroscopy techniques. These devices are expensive and they are only suitable for laboratory use. This study intends to evaluate the application of photodetectors based on nanostructures in the quantification of milk protein, aiming at the production of a portable and inexpensive device. In order to accomplish this, infrared spectroscopy techniques were used in the study of milk, protein and milk adulteration. The photodetectors response (current) was also analyzed by infrared spectroscopy. Later, an experimental simulation of the final device was done and the results were compared with the spectroscopy studies. Given these relations, it was found that photodetectors based on nanostructures can be used in the quantification of milk protein.

[pt] Este trabalho teve como objetivo desenvolver e validar uma metodologia analítica para a determinação da concentração de ZDDP em óleos lubrificantes por espectrofotometria na região do infravermelho. Optou-se por expressar a concentração de ZDDP baseada no teor de fósforo, devido à necessidade de comparação com técnicas analíticas que determinam o total deste elemento. O método desenvolvido foi capaz de determinar o teor de fósforo por espectrofotometria na região do infravermelho na faixa de 0,0770 a 0,1500 % m/m, o que representa em torno de 0,96 a 1,87 % m/m em termos dos aditivos ZDDP estudados. As leituras foram realizadas com dez varreduras em absorbância, na faixa de número de onda 1100 - 900 cm(-1), resolução 0,5 cm(-1), em célula de selenito de zinco (ZnSe) com caminho óptico 0,10 mm. As curvas analíticas foram construídas utilizando-se regressão linear pelo método dos mínimos quadrados. Amostras reais foram analisadas e os resultados obtidos comparados com os obtidos pela técnica de ICP-OES. A validação foi realizada avaliando-se os seguintes parâmetros: faixa de trabalho, faixa linear de trabalho e linearidade, sensibilidade, especificidade e seletividade, exatidão e tendência (bias), precisão, robustez e incerteza de medição. Com base nos resultados obtidos foi possível utilizar a metodologia no controle de qualidade de produtos cuja formulação seja composta de ZDDP. A análise estatística demonstrou que não existe diferença significativa entre as técnicas estudadas (ICP-OES e IR), considerando-se as faixas e os produtos em questão. Foi aplicado o teste t- Student para comparar o valor certificado da concentração de fósforo de um MRC (NIST 1848) com os valores obtidos utilizando o método proposto. A análise estatística dos resultados apontou que não existe diferença significativa entre o valor da concentração de fósforo certificada e o valor encontrado. / [en] This study aimed to develop and validate an analytical method for determining the concentration of ZDDP in lubricating oils by infrared spectrometry. We chose to express the concentration of ZDDP based on phosphorus content, due to the need for comparison with analytical techniques that determine the total of this element. The method was able to determine the level of phosphorus by spectrometry in the infrared range from 0.0770 to 0.1500% m/m, this represents around 0.96 to 1.87% m/m of the ZDDP additives studied. Date was obtained with ten scans in absorbance in the range of wave number 1100 - 900 cm-1, resolution 0.5 cm-1, using zinc selenite cell (ZnSe) with 0.10 mm optical path. The analytical curves were constructed using a linear regression by the method of least squares. Real samples were analyzed and the results were compared with those obtained by the technique of ICP-OES. Validation was carried out evaluating the following parameters: specificity and selectivity, working range, linear working range and linearity, sensitivity, accuracy and tendency (bias), accuracy, robustness and uncertainty of measurement. Based on the results were possible to use the methodology in quality control of products whose formulation is composed of ZDDP. Statistical analysis showed that no significant difference between the techniques studied (ICP-OES and IR), considering the range and the products in question. We applied the Student t-test to compare the certified value of the concentration of phosphorus of a MRC with the values obtained using the proposed method. Statistical analysis of results showed that no significant difference between the value of the concentration of phosphorus and the certified value found.

[pt] Os semicondutores III-V são amplamente investigados para a fabricação de fotodetectores de infravermelho baseados em pontos quânticos (QWIPs); no entanto, o comprimento de onda de operação é limitada pelo bandoffset dos materiais que permitem transições de infravermelho de comprimento de onda maior que 3,1 um. Para comprimentos de onda mais curto do que 1,7 um transições banda a banda são facilmente empregadas. Assim, em QWIPs III-V, o intervalo entre 1,7 e 3,1 um não pode ser alcançado tanto por transições banda-banda ou por transições intrabanda. Nesta tese uma estrutura de superrede especialmente desenhada é proposta a fim de detectar a radiação dentro desta faixa proibida. A estrutura proposta consiste numa superrede com um poço quântico central mais amplo, o qual gera uma modulação no contínuo criando minibandas e minigaps para energias acima da parte inferior da banda de condução do poço quântico, incluindo no contínuo. Com esta abordagem, a limitação de ter estados ligados apenas com energias abaixo a barreira não se mantém e é possível detectar energias mais elevadas do que o limite imposto pelo bandoffset dos materiais. Simulações teóricas para a estrutura foram realizados e medidas de absorção, corrente de escuro, e fotocorrente foram realizadas mostrando picos em 2,1 um, em estreita concordância com o valor teoricamente esperado. / [en] III-V semiconductors are extensively investigated for fabrication of quantum well infrared photodetectors (QWIPs); however the operation wavelength is limited by the bandoffset of the materials allowing infrared transitions for wavelength larger than 3.1 um. For wavelength shorter than 1.7 um band to band transitions are easily employed. Thus, in III-V QWIPs, the range between 1.7 and 3.1 um cannot be reached either by band-to-band or by intraband transitions. In this thesis a specially designed superlattice structure is proposed in order to detect radiation within this forbidden range. The structure proposed consists of a superlattice with a wider central quantum well, which generates a modulation in the continuum creating minibands and minigaps for energies above the bottom of the conduction band of the quantum well, including in the continuum. With this approach the limitation of having bound states only with energies below the barrier no longer holds and it is possible to detect energies higher than the limit imposed by the bandoffset of the materials. Theoretical simulations for the structure were performed and absorption, dark current, and photocurrent measurements were carried out showing peaks at 2.1 um, in close agreement with the theoretically expected value.

[pt] Fotodetectores de infravermelho possuem uma vasta gama de aplicações diretas em diversos setores, desde militar (e.g. visão noturna, orientação de mísseis) até lazer (aparelhos eletrônicos). Especificamente, os fotodetectores baseados em semicondutores III-V são dispositivos que podem ser construídos para selecionar e medir radiação em faixas específicas do espectro eletromagnético. Dentre as figuras de mérito dos fotodetectores um dos grandes desafios está na redução da corrente de escuro. Neste trabalho visamos produzir um dispositivo de InGaAs com geometria planar, que de acordo com a literatura tem como característica apresentar uma baixa corrente de escuro, nesse caso, há necessidade de difusão de um dopante. Estão reportadas neste trabalho todas as etapas, desde o crescimento das amostras até a caracterização do dispositivo final. Com o auxílio de um reator de MOVPE, foram feitas as calibrações das camadas que fazem parte do dispositivo final, bem como as calibrações do processo de difusão do dopante (Zn). Todas as camadas da amostra foram otimizadas individualmente, assim como a profundidade de difusão desejada (1 µm e nível de dopagem de 2x1018 cm−3). Diversas técnicas de processamento e caracterização foram utilizadas ao longo do trabalho para obter o melhor dispositivo possível. Podemos destacar os resultados de fotocorrente e de corrente de escuro, no qual as medidas foram realizadas com variação da temperatura de 77 até 300 K. Foi possível observar no resultado de espectro de fotocorrente um pico em 0,75 eV referente ao InGaAs a 300 K. Este resultado está de acordo com os de diodos de InGaAs feitos usando o método convencional de dopagem do Zn. / [en] Infrared photodetectors have a wide range of direct applications in various sectors, from military (e.g. night vision, missile guidance) to leisure (electronic devices). Specifically, III-V semiconductor-based photodetectors are devices that can be built to select and measure specific ranges of the electromagnetic spectrum. Among the photodetector figures of merit, one of the great challenges is reducing the dark current. In this work we aim to produce an InGaAs device with planar geometry, which according to the literature has the characteristic of presenting a low dark current. This geometry requires a dopant diffusion. This work reports all the steps, from sample growth to final device characterization. With the aid of an MOVPE reactor, the calibrations of the layers that are part of the final device were made, as well as the calibrations of the dopant diffusion process (Zn). All sample layers were individually optimized, as well as, the desired diffusion depth (1 µm and doping level of 2x1018 cm−3). Several processing and characterization techniques were used throughout the work to obtain the best possible device. We can highlight the photocurrent and dark current results, in which the measurements were performed with a temperature variation from 77 up to 300 K. It was possible to observe from the photocurrent spectrum result a peak at 0,75 eV relative to the InGaAs at 300 K. This result is in agreement with those of InGaAs diodes made using the conventional Zn doping method.

[pt] Nas Forças Armadas do Brasil existe uma forte demanda pelo desenvolvimento de detectores de infravermelho nacionais para uso em diversas aplicações sujeitas a rígidas restrições de importação, como sistemas de imageamento infravermelho para visão noturna, guiamento de mísseis, sistemas de mira, etc. O objetivo deste trabalho foi desenvolver fotodetectores para o infravermelho distante em 10µm, baseados em estruturas semicondutoras de poços quânticos múltiplos de GaAs/AlGaAs utilizando transições intrabanda. Os materiais foram crescidos pela técnica de epitaxia de fase vapor de metalorgânicos (MOVPE). A calibração dos parâmetros de crescimento foi realizada por meio de medidas de difração de raios x, efeito Hall, e fotoluminescência. Devido à regra de seleção de que não é possível haver absorção intrabanda da luz sob incidência normal, foram aplicadas duas técnicas de acoplamento: geometria de guia de onda com incidência a 45º pela borda, e utilização de grades de difração metalizadas. Os detectores produzidos foram caracterizados quanto à corrente de escuro e quanto aos espectros de absorção óptica e de fotocorrente, ambos obtidos por espectroscopia FTIR. Ao final dos trabalhos, foi obtido um fotodetector de GaAs/AlGaAs do qual foi possível medir a fotocorrente através dos contatos elétricos do dispositivo, com pico em 9µm. Os resultados obtidos são promissores no sentido de que apontam para a possibilidade de se produzir detectores de infravermelho nacionais para diversas aplicações (defesa, medicina, astronomia, telecomunicações, etc). / [en] In the Brazilian Army there is a strong demand for the development of national infrared detectors for use in many applications subjected to severe trade restrictions, like infrared imaging systems for night vision, missile guidance, sight systems, etc. The aim of this work was to develop far- infrared photodetectors for 10µm, based on semiconductor structures of GaAs/AlGaAs multi-quantum wells using intraband transitions. The materials were grown by metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE). The calibration of the growing parameters was done by x ray diffraction, Hall effect, and photoluminescence measurements. Since intraband transition of light is not possible to normal incidence, due to selection rules, two coupling techniques were applied: waveguide geometry with 45o incidence on the edge, and metalized diffraction gratings. The produced detectors were characterized in terms of dark current, optical absorption and spectral response. Infrared measurements were made using FTIR spectroscopy. A GaAs/AlGaAs photodetector was obtained. The photocurrent through the electrical contacts of the device showed a peak at 9µm. The results are promising in the sense of revealing the possibility of producing national infrared photodetectors for many applications (defense, medicine, astronomy, telecommunications, etc).

[pt] O funcionamento de detectores fotocondutivos se baseia na geração de corrente elétrica por fotoexcitação de portadores de carga. Neste trabalho, estudamos os diversos processos que contribuem para a geração de corrente em fotodetectores intrabanda (BC) e construímos um método de investigação para revelar, dentre as diferentes possibilidades, os processos que resultam na emissão eletrônica em um dispositivo concreto. Uma vez estabelecida uma metodologia, passamos ao estudo de um caso particular: um fotodetector baseado em pontos e poços quânticos acoplados, com picos de absorção no infravermelho médio. Através da comparação de espectros de absorção e fotocorrente, medidos por espectroscopia de transformada de Fourier, e de simulações computacionais para o cálculo das forças de oscilador, indicamos as transições óticas e os processos de transporte eletrônico envolvidos na fotocondutividade do dispositivo. / [en] The operation of photoconductive detectors is based on the generation of current through photoexcitation of charge carriers. In this work, we study the various processes that contribute to the generation of current in intraband (CB) photodetectors and build a method of investigation to reveal, among the different possibilities, the processes that actually result in electron emission in a particular device. After establishing a methodology, we apply it to a case study, more specifically, a dot-in-a-well (DWELL) photodetector with absorption peaks in the mid-infrared. By comparing absorption and photocurrent FTIR spectra as well as oscillator strength calculations performed by a computer simulation of the structure, we have approached the optical transitions and electron transport processes involved in the device s photoconductivity.

[pt] Dispositivos opto-eletrônicos são elementos semicondutores que convertem radiações eletromagnéticas em corrente elétrica, e vice e versa. Os fotodetectores são dispositivos desse tipo, os quais possuem grande relevância na atualidade, devido a suas diversas aplicações. As pesquisas atuais se concentram no estudo de fotodetectores à base de poços quânticos para operar no infravermelho médio (2-20 m), mais especificamente em super-redes. No presente trabalho foi desenvolvido um fotodetector de duas cores baseado em super-redes assimétricas. O fotodetector construído possui uma rede com duas sessões. A primeira sessão tem cinco poços quânticos e cinco barreiras com 2 nm e 3.5 nm de espessura, respectivamente. A segunda sessão possui cinco poços quânticos e cinco barreiras de 2 nm e 7 nm de espessura, respectivamente. Entre as seções existe um poço quântico de 2.5 nm. O material que forma os poços quânticos é de InGaAs e o material das barreiras é de AlInAs. Esse dispositivo foi capaz de operar como um fotodetector de duas cores operando no modo fotovoltaico detectando radiações de 309 meV e 415 meV. O dispositivo foi capaz de operar em altas temperaturas. A temperatura máxima de operação foi de 245 K. Além disso, ao se aplicar tensões no dispositivo, é possível selecionar a radiação a ser detectada pelo fotodetector. Sendo elas 309 meV ou 415 meV. / [en] Opto-electronic devices are semiconductor elements that convert electromagnetic radiation in electric current. Photodetectors are devices of this type, which are the main relevant ones today due to their diverse applications. Current research focuses on the study of photodetectors based on quantum wells for operation in the medium infrared (2-20 m), more specifically with superlattices. In the present work a photodetector of two cores based on asymmetric superlattice was developed. The built-in photodetector had a superlattice with two sessions The first session had five quantum wells and five barriers with 2 nm and 3.5 nm of thickness, respectively. The second session had five quantum wells and five barriers of 2 nm and 7 nm thick, respectively. Between the sessions there is a 2.5 nm quantum well. The material that formed the quantum wells was InGaAs and the material of the barriers was AlInAs. This device was able to operate as a dual color photodetector operating in the photovoltaic mode detecting radiation of 309 meV and 415 meV. The device was able to operate at high temperatures. The maximum operating temperature was 245 K. In addition, when applying voltages to the device, it is possible to select the detection energy of the photodetector :309 meV or 415 meV.

[pt] Detectores de infravermelho possuem larga gama de aplicações em diversos setores, desde militares (visão noturna, mísseis) até civis (aparelhos eletrônicos). Nesta dissertação estivemos interessados nas absorções intrabanda de heteroestruturas multiepitaxiais com intuito de absorver infravermelho em 4,1 micra onde se localiza a primeira janela de transmissão atmosférica. Baseamos nossas heteroestruturas de poços quânticos em semicondutores da família III-V. Discorremos quanto a produção do dispositivo de forma detalhada, juntamente com todos os processos de calibração de cada etapa. O crescimento se dá pela técnica de MOVPE que possui alta precisão em termos da espessura e composição da camada depositada. Em seguida discutimos sobre o processamento da amostra crescida para expor os contatos elétricos. E finalizamos descrevendo o processo de integração do dispositivo sobre um suporte para leitura do sinal. Finalizada a etapa de produção, fizemos um estudo quanto às características da amostra tanto qualitativamente quanto quantitativamente. Este estudo objetivou a obtenção de duas informações: comparação direta entre as geometrias de acoplamento luminoso; e medição da eficiência dos detectores produzidos. Ao fim do trabalho obtivemos um fotodetector produzido desde seu crescimento até sua montagem final. Assim como os resultados da eficiência dos mesmos que já indicaram melhorias possíveis para trabalhos futuros. Visando a formação de um mercado de produção em larga escala de fotodetectores, este trabalho identificou áreas com carência de técnicas disponíveis e que necessitam de investimento. / [en] Infrared detectors have a wide range of applications in various industries, from military (night vision, missile) to civil (electronics). In this dissertation we were interested in the intraband absorption of multiepitaxial heterostructures with aim at absorption of 4.1 microns infrared where there s located the first atmospheric transmission window. We based our quantum well heterostructures in semiconductor from the III-V family. We discourse about the production of the device in detail, along with all the calibration procedures for each step. The growth is done by MOVPE technique that has high accuracy in terms of thickness and composition of the deposited layer. We then discuss about the processing of the grown sample to expose the electrical contacts. And finally we describe the process of integration of the device over a base for reading the signal. Completed the production stage, we studied the characteristics of the sample both qualitatively and quantitatively. This study aimed to obtain two pieces of information: a direct comparison between the methods for light coupling, and measuring the efficiency of the detectors produced. At the end of the work we obtained a photodetector produced from its growth till its final assembly. Also we obtained the results of the efficiency of the sample that already indicated possible improvements for future works. If the aim is at the formation of a large-scale production of photodetectors, this study identified areas with a shortage of available techniques and in need of investment.