Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Banca: Ivo Alexandre Hümmelgen / Banca: Valmor Roberto Mastelaro / Banca: Carlos Frederico de Oliveira Graeff / Banca: José Humberto Dias da Silva / Abstract: This work comprises the study of oxide semiconductors (Sb-doped SnO2 and TiO2) and insulating materials (ZrO2) obtained by sol-gel, and the investigation of their properties, aiming to evaluate these materials as alternative for application in electronic devices, such as Metal-Insulator-Metal (MIM) capacitors, Thin Film Transistors (TFT), and Memristors. The SnO2 thin films were obtained by two solutions with different aging times. The ZrO2 thin films were also obtained by two solutions, synthesized from two distinct methods, non-alkoxide and polymeric. The thin film deposition occurred mainly by dip- and spin-coating techniques, and the characterizations were performed through the techniques of XRD, AFM, SEM, Confocal Microscopy, EDX, RBS, TG/DSC, UV-Vis Spectroscopy, cyclic voltammetry and Impedance spectroscopy, in order to better understand the relations between the morphological and structural properties of these films and their electrical properties. The properties of Sb:SnO2 and ZrO2 thin films were analyzed in TFT and MIM devices, respectively. Alternatively TiO2 was coupled with Sb:SnO2 and applied to Memristors due to the electrical properties of this semiconductor junction. The analysis and results of the different devices investigated in this work are discussed considering their several characteristics, and it is also suggested options for possible enhancements for these devices become comparable to existent state-of-the-art devices. / Resumo: Este trabalho compreende o estudo de óxidos semicondutores (Sb:SnO2 e TiO2) e isolantes (ZrO2) obtidos via sol-gel, e a investigação de suas propriedades, de modo a avaliar estes materiais como alternativa para aplicação em dispositivos eletrônicos, tais como Capacitor Metal-Isolante-Metal (MIM), transistores de filmes finos (TFT) e memristores. Os filmes finos de SnO2 foram obtidos através de duas soluções com diferentes tempos de envelhecimento. Os filmes finos de ZrO2 também foram obtidos a partir de duas soluções, produzidas por dois métodos distintos, não-alcoóxido e polimérico. A deposição dos filmes finos foi realizada por dip- e spin-coating, e as caracterizações foram realizadas através das técnicas de DRX, AFM, MEV, Microscopia Confocal, EDX, RBS, TG/DSC, Espectroscopia no espectro UV-Vis, Voltametria Cíclica e Espectroscopia de Impedância, afim de melhor compreender as relações entre propriedades morfológicas e estruturais dos filmes e suas propriedades elétricas. As características de filmes finos de Sb:SnO2 e ZrO2 foram analisadas em dispositivos TFT e MIM, respectivamente. Alternativamente, TiO2 foi acoplado ao Sb:SnO2 e juntos foram aplicados em memristores devido às propriedades elétricas da junção destes semicondutores. Os resultados das análises dos diferentes tipos de dispositivos eletrônicos investigados neste trabalho são discutidos considerando suas diversas características, e são também propostas opções de possíveis melhorias para tais dispositivos torn... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Banca: Luiz Carlos da Silva Filho / Banca: Emerson Aparecido Floriano / Resumo: Este trabalho traz o estudo das propriedades óticas, elétricas e morfológicas do material TiO2 de forma individual e acoplado com SnO2 dopado com 4at%Sb, formando uma heteroestrutura. Tanto TiO2 quanto a heteroestrutura foram trabalhados na forma de filmes finos depositados pelo método sol-gel-dip-coating, e, no caso do TiO2 também foi relevante sua análise em forma de pós prensados (pastilhas). No que diz respeito ao SnO2:4%Sb, este trabalho traz uma revisão literária de suas principais propriedades, buscando apresentar um panorama geral, pois com isto pode-se entender melhor os fenômenos que ocorrem na heteroestrutura. Os resultados das pastilhas de TiO2 indicam uma transição parcial de fase anatase/rutilo para tratamentos térmicos entre 500ºC e 1000ºC, confirmadas pela fotoluminescência, que apresentou bandas relacionadas a fase anatase ou rutilo, dependendo do processamento utilizado. Filmes de TiO2 mostraram boa foto sensibilidade, com a corrente elétrica respondendo imediatamente à excitação independente da energia, além de um rápido decaimento com relação ao valor excitado. Fora isto, medidas de decaimento da corrente foto induzida, realizadas em atmosfera de O2, indicaram que o decaimento se torna ainda mais rápido na presença do gás, estando associado ao aprisionamento de portadores de carga pelas moléculas adsorvidas na amostra, além da recombinação dos pares elétron-buraco. Com relação à heteroestrutura, quando a condução ocorre preferencialmente no TiO2, a amostra... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents a study of the optical, electrical and morphological characterization of TiO2 thin films, deposited individually or coupled with SnO2 doped with 4at%Sb, forming a heterostructure. Both sort of samples, TiO2 and the heterostructure were studied in thin film form, deposited by sol-gel-dip-coating, and, in the case of TiO2, it was relevant the analysis of samples also in the form of pellets form (pressed powders). With regards to SnO2:4%Sb, this work brings a literary revision of its principal properties, trying to present a general overview, for the better understanding of the phenomena that occur in the heterostructure. The results of TiO2 pellets indicates a partial anatase/rutile phase transition to thermal annealing between 500 and 1000ºC, confirmed by the photoluminescence that presented bands related to anatase or rutile, depending the utilized processing. TiO2 films showed fair photo-sensibility, with immediate response on the electric current to light excitation, independent on the utilized energy, along with fast decay in relation to the excited value. Moreover, photo-induced current decay measurements, performed in O2 atmosphere, indicated that the decay becomes faster in gas presence, being associated to charge carriers trapping by the adsorbed molecules on sample, besides the electron-hole recombination. Concerning the heterostructure, when the conduction occurs preferentially in TiO2 layer, the sample shows very similar results to the TiO2 films,... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Diogo Paschoalini Volanti / Banca: Márcio José Tiera / Banca: Caue Ribeiro de Oliveira / Resumo: No presente trabalho avaliou-se o efeito do óxido de grafeno reduzido (RGO) e paládio (Pd) no dióxido de estanho (SnO2) para detecção de compostos orgânicos voláteis (VOCs) na presença de umidade, similar às condições ambientais e da respiração humana. Dessa forma, dois conjuntos de amostra diferentes foram preparadas pelo método solvotérmico assistido por micro-ondas em tempos curtos de síntese, sendo o primeiro constituído pelo SnO2 com morfologia de flores e heteroestrutura Pd-SnO2, e o segundo consistindo em nanopartículas (NPs) ocas de SnO2 e nanocompósito RGO-SnO2. Os materiais sintetizados foram caracterizados por difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV-FEG), microscopia eletrônica de transmissão (MET), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS), espectroscopia Raman, análise de área superficial específica (BET), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TG) e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). Dessa forma, para a heteroestrutura Pd-SnO2, a dispersão de NPs de Pd metálico se deu de forma homogênea na superfície do SnO2. No caso do nanocompósito RGO-SnO2, as NPs ocas de SnO2 se formaram na superfície das folhas de RGO, garantindo a interconectividade entre os dois materiais. As propriedades como sensor de VOCs dos materiais foram estudadas - avaliando parâmetros de seletividade e sensibilidade - em atmosfera seca e com umidade relativa e... / Abstract: In the current work, the effect of reduced graphene oxide (RGO) and palladium (Pd) on tin dioxide (SnO2) were evaluated for the detection of volatile organic compounds (VOCs) in humidity presence, similar to environmental and human exhaled breath conditions. Thus, two different groups of samples were prepared by microwave-assisted solvothermal method in a short reaction time, where the first group of samples corresponded to SnO2 with flower-like morphology and Pd-SnO2 heterostructure. The second one consisted of hollow SnO2 nanoparticles (NPs) and RGO-SnO2 nanocomposite. The materials were characterized by Xray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM-FEG), transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Raman spectroscopy, analysis of specific surface area (BET), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TG), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Therefore, for the Pd-SnO2 heterostructure, the dispersion of metallic Pd NPs occurred homogeneously on SnO2 surface. In the case of RGO-SnO2 nanocomposite, the hollow SnO2 NPs grew on the RGO sheets, ensuring a great interconnectivity between both materials. The VOCs sensing properties were studied - evaluating parameters such as selectivity and sensibility - under dry atmosphere and with relative humidity between 24 and 98%. When the structures of flower-like SnO2 and Pd-SnO2 heterostructure were compared, the positive effect of Pd NPs on the sensing performance was noticed, in which the optimal operating temperature decreased in comparison with pure SnO2, and the negative effect of humidity was mitigated. For the hollow SnO2 NPs and RGO-SnO2 nanocomposite, the RGO-SnO2 sensor signal was superior to that of pure SnO2 NPs under dry and humid atmosphere, as well as it exhibited a lower decrease in the signal under wet conditions due to the RGO ... / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-08-30Bitstream added on 2014-06-13T19:06:02Z : No. of bitstreams: 1 floriano_ea_dr_bauru.pdf: 1682344 bytes, checksum: a9dc55dd1f9da48c4cd793193ef74aea (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta uma abordagem teórico-experimental na investigação de filmes finos de dióxido de estanho (SnO2) não dopado, de SnO2 dopado com antimônio (Sb), de dióxido de titânio (TiO2) e também de heteroestrutura Tio2/SnO2, produzidos pelo processo sol-gel-dip-coating. O conhecimento dos mecanismos de transporte elétrico de SnO2:Sb é fundamental para o desenvolvimento de dispositivos opto-eletrônicos. Neste sentido, a contribuição deste trabalho está principalmente no estudo das propriedades elétricas de SnO2:Sb, no qual foi analisado a captura de elétrons fotoexcitados por centros de Sb e/ou vacâncias de oxigênios termicamente ativados. Os resultados, surpreendentemente, mostraram que a taxa de variação da condutividade diminui com o aumento temperatura, independente da energia da fonte de excitação (acima ou abaixo da energia do bandgap). Este comportamento está provavelmente relacionado à mobilidade eletrônica, que é dominado pelo espalhamento de portadores de carga na região do contorno de grão. Quanto à heterojunção TiO2/SnO2, o conhecimento do tipo de estrutura cristalina dos semicondutores óxidos é fundamental para sua utilização em determinadas aplicações tecnológicas. A avaliação das propriedades estruturais de filmes finos de TiO2 apresentada nesta tese mostrou que o substrato de quartzo, utilizado para deposição dos filmes, exerce influência na temperatura de transição de fase anatásio-rutilo. De modo geral, apresentamos aqui uma avaliação das propriedades ópticas, estruturais, elétricas e eletrônicas de filmes finos de SnO2 e de SnO2:SB e também das propriedades ópticas, estruturais e eletrônicas de TiO2 e heterojunção TiO2/SnO2. As propriedades eletrônicas foram obtidas a partir de simulações computacionais de SnO2 SnO2:Sb e TiO2 desenvolvidas com o programa CRYSTAL06, baseadas na Teoria do Funcional da Densidade / This work presents a theoretical-experimental approach in the investigation of undoped and Sb-doped SnO2 thin flims, TiO2 thin films and also the heterostructure TiO2/SnO2 deposited through the sol-gel-dip-coating technique. The knowledge of the electrical transport mechanisms in SnO2:Sb is fundamental towards the devolping of optoelectronic devices. Then, our contribution concerns the analysis of the electronic structure and, mainly, the investigation of the electrical properties of SnO2:Sb, where the electron capture by thermally activated Sb centers and/or oxygen vacancies was proposed. Results, surpisingly, show that the conductivity variation rate increases with temperature, independent on excitation source energy (above or below the gandgap energy). This behavior is probaly related to the electronic mobility, which is dominated by the charge carrier scattering at boundary layer. Concerning the heterojunction TiO2/SnO2, the determination of the crystalline structure type of oxide semiconductors if fundamental for application in specific technologies. The evalution of structural properties of TiO2 films show that the quartz substrate, used for film deposition, influences the transition temperature of the anatase-rutile phases. In summary, we present an evalution of optical, structural, electrical and electronic properties of SnO2 and SnO2:Sb as well as optical, structured, and electronic properties of TiO2/SnO2. Electronic properties were obtained from computacional simulations of SnO2, SnO2:Sb, TiO2 and TiO2/SnO2, developed with the program CRYSTAL06, through the Density Functional Theory

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Coorientador: Julio Ricardo Sambrano / Banca: Margarida Juri Saeki / Banca: Tomaz Catunda / Banca: Valeria Moraes Longo / Resumo: Este trabalho apresenta uma abordagem teórico-experimental na investigação de filmes finos de dióxido de estanho (SnO2) não dopado, de SnO2 dopado com antimônio (Sb), de dióxido de titânio (TiO2) e também de heteroestrutura Tio2/SnO2, produzidos pelo processo sol-gel-dip-coating. O conhecimento dos mecanismos de transporte elétrico de SnO2:Sb é fundamental para o desenvolvimento de dispositivos opto-eletrônicos. Neste sentido, a contribuição deste trabalho está principalmente no estudo das propriedades elétricas de SnO2:Sb, no qual foi analisado a captura de elétrons fotoexcitados por centros de Sb e/ou vacâncias de oxigênios termicamente ativados. Os resultados, surpreendentemente, mostraram que a taxa de variação da condutividade diminui com o aumento temperatura, independente da energia da fonte de excitação (acima ou abaixo da energia do bandgap). Este comportamento está provavelmente relacionado à mobilidade eletrônica, que é dominado pelo espalhamento de portadores de carga na região do contorno de grão. Quanto à heterojunção TiO2/SnO2, o conhecimento do tipo de estrutura cristalina dos semicondutores óxidos é fundamental para sua utilização em determinadas aplicações tecnológicas. A avaliação das propriedades estruturais de filmes finos de TiO2 apresentada nesta tese mostrou que o substrato de quartzo, utilizado para deposição dos filmes, exerce influência na temperatura de transição de fase anatásio-rutilo. De modo geral, apresentamos aqui uma avaliação das propriedades ópticas, estruturais, elétricas e eletrônicas de filmes finos de SnO2 e de SnO2:SB e também das propriedades ópticas, estruturais e eletrônicas de TiO2 e heterojunção TiO2/SnO2. As propriedades eletrônicas foram obtidas a partir de simulações computacionais de SnO2 SnO2:Sb e TiO2 desenvolvidas com o programa CRYSTAL06, baseadas na Teoria do Funcional da Densidade / Abstract: This work presents a theoretical-experimental approach in the investigation of undoped and Sb-doped SnO2 thin flims, TiO2 thin films and also the heterostructure TiO2/SnO2 deposited through the sol-gel-dip-coating technique. The knowledge of the electrical transport mechanisms in SnO2:Sb is fundamental towards the devolping of optoelectronic devices. Then, our contribution concerns the analysis of the electronic structure and, mainly, the investigation of the electrical properties of SnO2:Sb, where the electron capture by thermally activated Sb centers and/or oxygen vacancies was proposed. Results, surpisingly, show that the conductivity variation rate increases with temperature, independent on excitation source energy (above or below the gandgap energy). This behavior is probaly related to the electronic mobility, which is dominated by the charge carrier scattering at boundary layer. Concerning the heterojunction TiO2/SnO2, the determination of the crystalline structure type of oxide semiconductors if fundamental for application in specific technologies. The evalution of structural properties of TiO2 films show that the quartz substrate, used for film deposition, influences the transition temperature of the anatase-rutile phases. In summary, we present an evalution of optical, structural, electrical and electronic properties of SnO2 and SnO2:Sb as well as optical, structured, and electronic properties of TiO2/SnO2. Electronic properties were obtained from computacional simulations of SnO2, SnO2:Sb, TiO2 and TiO2/SnO2, developed with the program CRYSTAL06, through the Density Functional Theory / Doutor