[pt] A combinação de alta densidade, locais seletivos de nucleação e controle da distribuição de tamanho de nanoestruturas semicondutoras tem acelerado o desenvolvimento de dispositivos ópticos e eletrônicos. Para construir estruturas satisfazendo essas necessidades, várias combinações de técnicas deposição de pontos quânticos e nanolitografia foram desenvolvidas. A nanolitografia por AFM foi aplicada em diversos materiais abrindo uma possibilidade para fabricar dispositivos opto-eletrônicos.Nesta tese de Doutorado, apresentamos um estudo sistemático de crescimento de nanoestruturas de InAs em buracos produzidos na superfície (100) de substratos de InP por nanoindentação com o AFM. Para isto, a ponta precisa exercer uma força no InP que produz deformações plásticas na superfície. A pressão aplicada entre a extremidade da ponta de AFM e a superfície da amostra pode ser variada de modo controlado através do ajuste de alguns parâmetros operacionais do microscópio tais como setpoint, raio da ponta e constante de mola do cantilever. A habilidade para controlar a forma do padrão indentado assim como a natureza dos defeitos cristalinos permite controlar o crescimento seletivo de InAs por epitaxia em fase de vapor de metais orgânicos. Também é apresentada a fabricação de nanoestruturas de InAs/InP alinhadas em uma dimensão. A nanoindentação é produzida pelo arraste da ponta do AFM sob força constante ao longo das direções <100> e <110> do InP. Observamos que o número e o tamanho das nanoestruturas nucleadas são dependentes da distância entre as linhas litografadas. Esses resultados sugerem que o mecanismo de crescimento das nanoestruturas de InAs não é governado por degraus atômicos gerados durante a indentação. Os dados sugerem que, a densidade de defeitos induzidos mecanicamente, tais como discordâncias e fraturas, é o responsável pelo número de nanoestruturas nucleadas. / [en] The combination of high density, site selective nucleation, and size distribution control of semiconductor nanostructures has become a challenge in the development of effective optical and electronic devices. In order to build structures satisfying these requirements, various combinations of quantum dot deposition and nanolithography techniques have been developed. The AFM nanolithography technique has been applied on several materials opening a possibility to fabricate opto-electronic devices. In this Phd Thesis, we present a systematic study of growth of InAs nanostructures on pits produced on (100) InP by nanoindentation with the AFM. For that purpose, the AFM tip needs to exert a force on the InP that produces plastic deformation on the surface. The applied pressure between the very end of the AFM tip and the sample surface may be varied in a controlled way by adjusting some of the microscope operational parameters like set point, tip radius and cantilever normal bending constant. The ability to control the shape of the indentation pattern as well as the nature of the crystalline defects allows control of the selective growth of InAs by metal organic vapor phase epitaxy. We also report the fabrication of one-dimensional arrays of InAs/InP nanostructures. The nanoindentation is produced by dragging the AFM tip under constant force of the substrate, along the <100> and <110> InP crystallographic directions. We have observed that the number and the size of nucleated nanostructures are dependent on the distance between the lithographed lines. These results suggest that the growth mechanism of the InAs nanostructures on the pits produced by AFM on InP is not governed by the number of atomic steps generated during the scratching. Instead, the data suggests that, the density of mechanically induced defects, like dislocations and cracks, are responsible for the number of nucleated nanostructures.

[pt] Neste trabalho foi estudada a deformação mecânica em semicondutores III-V resultante da nanolitografia por microscopia de força atômica (AFM). O AFM, equipado com uma ponta de diamante de raio de curvatura de 80 nm, foi usado para riscar a superfície do InP com forças da ordem de dezenas de mN ao longo de direções cristalográficas específicas. O padrão litografado na superfície foi caracterizado com o uso do AFM, enquanto uma análise da microestrutura do material foi feita com o uso da microscopia eletrônica de transmissão (MET). Foi realizado um estudo da deformação mecânica ao riscarmos o InP (100) com o uso do AFM utilizando forças normais variando de 7 uN a 120 uN e em direções cristalográficas das famílias <110> e <100>. Foi visto por MET, que é mais fácil produzir deformação plástica para riscos feitos na direção <110> do que na direção <100>, o que associamos à diferença na orientação dos vetores de Burgers ativados para os planos de escorregamento do InP para riscos ao longo das diferentes direções. Foi realizado também um estudo da influência da distância entre dois riscos consecutivos, feitos com o uso do AFM com força normal de 30 uN, no endurecimento por deformação plástica. Um significante endurecimento foi observado para distâncias entre riscos menores que 80 nm indicando que ocorre travamento entre discordâncias geradas por sucessivos riscos a distâncias menores que 80 nm. / [en] In this work, the mechanical deformation of III-V semiconductors resulting from atomic force microscopy (AFM) nanolithography was studied. The AFM, equipped with a diamond tip with 80nm radius, was used to scratch the InP surface with forces in the order of tens of mN along specific crystallographic directions. The pattern lithographed at the surface was characterized by AFM, while the material microstructure analyzes was performed by transmission electron microscopy (TEM). We studied the mechanical deformation of InP (100) produced by the AFM with forces in the range of 7uN to 120 uN along directions from the <110> and <100> families. It was observed by TEM that, it is easier to produce plastic deformation for scratches along the <110> than along the <100> directions, which was associated to the different orientations of the Burgers vectors activated for the InP slip planes for the scratches along the different directions. The influence of the distance between two scratches, performed with a normal force of 30 uN on the materials hardening process was performed as well. Significant hardening was observed at distances between scratches of 80nm or less suggesting that locking due to dislocation interaction is occurring at parallel scratches at distances smaller than 80nm.

[pt] Neste trabalho foi implementado um sistema capaz de realizar medições do efeito de magnetoresistência em dispositivos baseados em semicondutores orgânicos. Este efeito foi recentemente descoberto em dispositivos construídos utilizando filmes finos de materiais orgânicos não magnéticos de baixo peso molecular e poliméricos. O sistema implementado é capaz de medir pequenas variações na corrente do dispositivo (da ordem de nanoampère), à temperatura ambiente, utilizando a técnica de modulação do campo magnético. Nesta técnica dois campos magnéticos, um contínuo e um alternado, são aplicados na região onde se encontra o dispositivo. A variação da corrente sofrida pelo dispositivo devida à aplicação do campo contínuo é medida utilizando um amplificador Lockin que está em fase com a frequência de oscilação do campo magnético alternado. Após a implementação do sistema, no trabalho foi investigada a influência de alguns parâmetros do mesmo sobre a medição da magnetoresistência nos dispositivos orgânicos produzidos. Foi realizado também um estudo preliminar da magnetoresistência em função de diferentes compostos orgânicos. Este estudo foi divido em duas etapas: na primeira, o composto Alq3 foi utilizado como camada transportadora de elétrons e camada emissora e foram utilizados diferentes materiais orgânicos como camada transportadora de buracos. Na segunda etapa o polímero PEDOT foi utilizado como camada transportadora de buracos e foram utilizados dois complexos orgânicos de terras-raras como camadas emissoras e transportadoras de elétrons. Por fim, o sistema permitiu realizar um estudo preliminar do efeito da degradação sobre o valor da magnetoresistência nos dispositivos orgânicos. / [en] In this work a system capable to measure the magnetoresistance (MR) effect on organic based devices was mounted and characterized. The MR effect was recently discovered on devices performed by using thin films of non-magnetic organic materials (a number of polymers and small molecules). The mounted system is able to measure small variations in the device current (up to nanoampere), at room temperature, using the magnetic field modulation technique (MFMT). In the MFMT two different magnetic fields, one DC and another AC, are applied on the region where the device is placed. The current variation of the device, due to the DC magnetic field applied, is detected by a Lock-in amplifier in phase with the AC magnetic field. In addition to the installation of the system, this work allows to study the behaviour of MR effect from the performed devices, as a function of some parameters of the system. Moreover, a preliminary investigation of the MR effect as a function of different organic compounds was also carried out. This study was divided in two parts: in the first, the organic material Alq3 was used as electron transporting and emission layer and four different organic materials were used as hole transporting layer in the devices. In the second part, the PEDOT polymer was used as hole transporting layer whereas two different rare-earth compounds were used as electron transporting and emission layer to produce the devices. Finally, an investigation of the MR dependence as a function of the degradation of the produced devices was achieved.

[pt] É reconhecido o potencial de usar carbono como um dopante tipo p em InAlAs devido a obtenção de elevados níveis de dopagem [1,2]. Entretanto, níveis elevados de dopagem só são alcançados em baixas temperaturas de crescimento (Tg inferiores a 600°C). Nessas temperaturas, as camadas crescidas apresentam qualidade ótica inferior quando comparadas com camadas crescidas em temperaturas mais altas, o que é prejudicial para dispositivos de optoeletrônica. Neste trabalho, é apresentada uma investigação sistemática das propriedades de transporte e óticas em camadas de InAlAs dopadas com carbono para diferentes temperaturas de crescimento. É observado que quanto mais baixa for a Tg maior será a incorporação de carbono e maior a atividade elétrica. Este resultado indica que o carbono é incorporado de diversas maneiras, bem como um aceitador raso. O carbono também pode ser incorporado como um doador raso, pois é um dopante anfotérico. Entretanto, este fato, não é suficiente para explicar os resultados de transporte. A diferença entre a concentração Hall e a concentração CV indica a incorporação de doadores profundos. Provavelmente, o carbono participa na formação desses doadores profundos, uma vez que a concentração de doador profundo varia linearmente com a densidade atômica de carbono, determinada pela técnica SIMS. Por outro lado, centros não radiativos são mais facilmente incorporados em baixas Tg e a eficiência da fotoluminescência é reduzida. Essa degradação da fotoluminescência é independente da concentração de carbono, consequentemente, pode-se concluir que essa redução na eficiência da fotoluminescência não está associada à presença de doadores profundos. Com a finalidade de obter um incremento na atividade elétrica do carbono e melhoria na qualidade ótica das camadas, as amostras foram submetidas a tratamentos térmicos. Os tratamentos térmicos aumentaram a concentração de buracos mas não influenciaram na densidade de doadores profundos ou na qualidade ótica das camadas. Para a utilização de InAlAs dopado com carbono em dispositivos, deve-se obter simultaneamente uma boa qualidade ótica e elevada atividade elétrica das camadas.Então, deve-se identificar o doador profundo, que está associado ao carbono, com o objetivo de reduzí-lo ou eliminá-lo e consequentemente, obter um incremento na atividade elétrica das camadas. Desta forma as camadas podem ser crescidas a temperaturas mais altas adequadas para uma emissão de fotoluminescência eficiente. Cálculos teóricos são apresentados de modo a ajudar essa identificação. Outra possibilidade é usar diferentes fontes de arsina em que as moléculas se dissociem em temperaturas mais baixas. / [en] The potential of using carbon as a p-type dopant for InAlAs has already been recognized due to the achievable high hole concentration [1,2]. However, high doping levels are reached only for low growth teperatures (Tg below 600°C). These temperatures produce layers with poor optical quality as compared to those grown at higher temperatures, which can be detrimental for optoeletronic device. In this work we present crystal, transport and optical properties of such layers grown at different temperatures. We find that the lower Tg, the more efficient the carbon incorporation and its electrical activity are. This result indicates that carbon is incorporated in forms different from a shallow acceptor, as well. Carbon can also be incorporated as a shallow donor since it is an amphoteric dopant. However, this alone does not explain the transport results. The difference between the net free charge density determined from capacitance measurements indicates that a deep donor is also incorporated. Carbon most likely participates in the deep donor formation since the inferred deep donor concentration varies linearly with the carbon atomic density measured by SIMS. On the other hand, non- radiative deep levels are more efficiently incorporated as Tg is reduced degrading the photoluminescence characteristics. Such degration is independent of the carbon doping. Therefore, one concludes that the decrease in the photoluminescence efficiency cannot be related to the presence of the deep donor mentioned in the previous paragraph. To further probe the carbon electrical activity and its effect on the optical properties of the layers, the samples have been subjected to a heat-treatment. Annealing the samples increases the hole concentration, but neither affects the deep donor density nor improves the layers optical quality. In order to use carbon doped InAlAs in devices which simultaneously require good optical quality and high electrical activity of the layers, one should identify the deep donor involving carbon in order to try to reduce its concentration or even eliminate it, consequently improving the electrical activity of the layers. In such a way the layers can be grown at higher temperatures, adequate for an efficient photoluminescence emission. Theoretical calculations are being carried out to help with such identification. Another possibility is to use other arsine sources which crack at lower temperatures.

[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).