Muitos trabalhos científicos têm sido publicados relatando os diferentes métodos de preparação e as propriedades de corpos cerâmicos e filmes finos de niobato de bismuto (BiNbO4 - BN). Provido de características como alta permissividade dielétrica e excelentes propriedades ferroelétricas, esse composto tem despertado o interesse da comunidade científica. No entanto, uma literatura restrita e conflitante é encontrada sobre esse composto na forma de monocristais. A ocorrência de transições de fase estrutural mostrou-se a maior dificuldade na preparação desses compostos como monocristais. A potencial aplicação como material de dispositivos eletrônicos, devido suas propriedades ferroelétricas, assim como o desafio da preparação de materiais que apresentam transição estrutural de fase, serviram de motivação para a realização desse estudo. O objetivo desse trabalho foi a realização do estudo da síntese e do crescimento de cristais de BiNbO4. Para isso foram utilizadas as técnicas de Czochralski (CZ), Laser Heated Pedestal Growth (LHPG) e fluxo. As dificuldades encontradas quando utilizada cada uma das técnicas, assim como suas variações, foram discutidas. A transição estrutural de fase (\'alfa\'-BiNbO4 - \'beta\'-BiNbO4) mostrou-se uma barreira na preparação desse tipo de material com qualidade óptica. O comportamento da permissividade dielétrica (\'épsilon\') e fator de perda (tg\'teta\') em função da temperatura e freqüência foram determinados através de estudos de espectroscopia de impedância. / Many scientific works have been published reporting different procedures to the preparation and properties of ceramic bodies and thin films of bismuth niobate (BiNbO4 - BN). Characterized by high dielectric permittivity and excellent ferroelectric properties, this compound has attracted the interest of the scientific community. However, a restricted and conflict literature is found about this compound in the single crystal form. The appearance of structure phase transitions was demonstrated in the most difficulty for the preparation of this compounds as single crystals. The potential applications as electronic device material, due its ferroelectrics properties, as well as the challenge to preparation materials which indicate structural transition were used as motivations to the development of this work. The main purposes of this work were to make synthesis and the crystal growth of BiNbO4. For this propose, techniques as Czochralski (CZ), Laser Heated Pedestal Growth (LHPG) and self-flux were used. The difficulties found when used each one of the techniques and their variations are discussed. The structural phase transition (\'alfa\'-BiNbO4 - \'beta\'-BiNbO4) was the principal barrier in the preparation of this material with optical quality. The behavior of dielectric permittivity (\'épsilon\' ) and lost factor (tg\' teta\') by the temperature and frequency were determined through studies of Impedance Spectroscopy

Muitos trabalhos científicos têm sido publicados relatando os diferentes métodos de preparação e as propriedades de corpos cerâmicos e filmes finos de niobato de bismuto (BiNbO4 - BN). Provido de características como alta permissividade dielétrica e excelentes propriedades ferroelétricas, esse composto tem despertado o interesse da comunidade científica. No entanto, uma literatura restrita e conflitante é encontrada sobre esse composto na forma de monocristais. A ocorrência de transições de fase estrutural mostrou-se a maior dificuldade na preparação desses compostos como monocristais. A potencial aplicação como material de dispositivos eletrônicos, devido suas propriedades ferroelétricas, assim como o desafio da preparação de materiais que apresentam transição estrutural de fase, serviram de motivação para a realização desse estudo. O objetivo desse trabalho foi a realização do estudo da síntese e do crescimento de cristais de BiNbO4. Para isso foram utilizadas as técnicas de Czochralski (CZ), Laser Heated Pedestal Growth (LHPG) e fluxo. As dificuldades encontradas quando utilizada cada uma das técnicas, assim como suas variações, foram discutidas. A transição estrutural de fase (\'alfa\'-BiNbO4 - \'beta\'-BiNbO4) mostrou-se uma barreira na preparação desse tipo de material com qualidade óptica. O comportamento da permissividade dielétrica (\'épsilon\') e fator de perda (tg\'teta\') em função da temperatura e freqüência foram determinados através de estudos de espectroscopia de impedância. / Many scientific works have been published reporting different procedures to the preparation and properties of ceramic bodies and thin films of bismuth niobate (BiNbO4 - BN). Characterized by high dielectric permittivity and excellent ferroelectric properties, this compound has attracted the interest of the scientific community. However, a restricted and conflict literature is found about this compound in the single crystal form. The appearance of structure phase transitions was demonstrated in the most difficulty for the preparation of this compounds as single crystals. The potential applications as electronic device material, due its ferroelectrics properties, as well as the challenge to preparation materials which indicate structural transition were used as motivations to the development of this work. The main purposes of this work were to make synthesis and the crystal growth of BiNbO4. For this propose, techniques as Czochralski (CZ), Laser Heated Pedestal Growth (LHPG) and self-flux were used. The difficulties found when used each one of the techniques and their variations are discussed. The structural phase transition (\'alfa\'-BiNbO4 - \'beta\'-BiNbO4) was the principal barrier in the preparation of this material with optical quality. The behavior of dielectric permittivity (\'épsilon\' ) and lost factor (tg\' teta\') by the temperature and frequency were determined through studies of Impedance Spectroscopy

Neste trabalho descreve-se o estudo do estabelecimento de uma técnica para o crescimento e preparo de cristais de HgI2, com o intuito de utilizá-los como detectores semicondutores de radiação que operam a temperatura ambiente. Três métodos de crescimento de cristais foram estudados no desenvolvimento deste trabalho: (1) Transporte Físico de Vapor (Physical Vapor Transport PVT), (2) Solução Saturada de HgI2 empregando dois solventes distintos; Dimetil Sulfóxido (DMSO) (a) e acetona (b) e (3) método de Bridgman. A fim de avaliar os cristais de HgI2 desenvolvidos pelos três métodos, medidas sistemáticas foram realizadas para determinar a estrutura, o plano de orientação, a estequiometria, a morfologia da superfície e as impurezas do cristal. A influência destas propriedades físico-químicas sobre os cristais desenvolvidos foi avaliada em termos de desempenho como detector de radiação. Os difratogramas indicaram que os cristais estão orientados preferencialmente planos (001) e (101) com estrutura tetragonal para todos os cristais desenvolvidos. No entanto, a morfologia com menor nível de deformação foi observada para o cristal obtido pela técnica de PVT. Uma uniformidade na camada de superfície do cristal de PVT foi observada, enquanto na superfície do cristal de DMSO podem ser nitidamente encontradas incrustações de elementos distintos ao cristal. A melhor resposta de radiação foi encontrada para os cristais crescidos pela PVT. Significativa melhora no desempenho do detector de radiação de HgI2 foi encontrada, purificando o cristal por meio de dois crescimentos sucessivos, pela técnica de PVT. / In this work, the establishment of a technique for HgI growth and preparation of crystals, for use as room temperature radiation semiconductor detectors is described. Three methods of crystal growth were studied while developing this work: (1) Physical Vapor Transport (PVT); (2) Saturated Solution of HgI2, using two different solvents; (a) dimethyl sulfoxide (DMSO) and (b) acetone, and (3) the Bridgman method. In order to evaluate the obtained crystals by the three methods, systematic measurements were carried out for determining the stoichiometry, structure, orientation, surface morphology and impurity of the crystal. The influence of these physical chemical properties on the crystals development was studied, evaluating their performance as radiation detectors. The X-ray diffractograms indicated that the crystals were, preferentially, oriented in the (001) e (101) directions with tetragonal structure for all crystals. Nevertheless, morphology with a smaller deformation level was observed for the crystal obtained by the PVT technique, comparing to other methods. Uniformity on the surface layer of the PVT crystal was detected, while clear incrustations of elements distinct from the crystal could be viewed on the DMSO crystal surface. The best results as to radiation response were found for the crystal grown by physical vapor transport. Significant improvement in the HgIz2 radiation detector performance was achieved for purer crystals, growing the crystal twice by PVT technique.

Neste trabalho descreve-se o estudo do estabelecimento de uma técnica para o crescimento e preparo de cristais de HgI2, com o intuito de utilizá-los como detectores semicondutores de radiação que operam a temperatura ambiente. Três métodos de crescimento de cristais foram estudados no desenvolvimento deste trabalho: (1) Transporte Físico de Vapor (Physical Vapor Transport PVT), (2) Solução Saturada de HgI2 empregando dois solventes distintos; Dimetil Sulfóxido (DMSO) (a) e acetona (b) e (3) método de Bridgman. A fim de avaliar os cristais de HgI2 desenvolvidos pelos três métodos, medidas sistemáticas foram realizadas para determinar a estrutura, o plano de orientação, a estequiometria, a morfologia da superfície e as impurezas do cristal. A influência destas propriedades físico-químicas sobre os cristais desenvolvidos foi avaliada em termos de desempenho como detector de radiação. Os difratogramas indicaram que os cristais estão orientados preferencialmente planos (001) e (101) com estrutura tetragonal para todos os cristais desenvolvidos. No entanto, a morfologia com menor nível de deformação foi observada para o cristal obtido pela técnica de PVT. Uma uniformidade na camada de superfície do cristal de PVT foi observada, enquanto na superfície do cristal de DMSO podem ser nitidamente encontradas incrustações de elementos distintos ao cristal. A melhor resposta de radiação foi encontrada para os cristais crescidos pela PVT. Significativa melhora no desempenho do detector de radiação de HgI2 foi encontrada, purificando o cristal por meio de dois crescimentos sucessivos, pela técnica de PVT. / In this work, the establishment of a technique for HgI growth and preparation of crystals, for use as room temperature radiation semiconductor detectors is described. Three methods of crystal growth were studied while developing this work: (1) Physical Vapor Transport (PVT); (2) Saturated Solution of HgI2, using two different solvents; (a) dimethyl sulfoxide (DMSO) and (b) acetone, and (3) the Bridgman method. In order to evaluate the obtained crystals by the three methods, systematic measurements were carried out for determining the stoichiometry, structure, orientation, surface morphology and impurity of the crystal. The influence of these physical chemical properties on the crystals development was studied, evaluating their performance as radiation detectors. The X-ray diffractograms indicated that the crystals were, preferentially, oriented in the (001) e (101) directions with tetragonal structure for all crystals. Nevertheless, morphology with a smaller deformation level was observed for the crystal obtained by the PVT technique, comparing to other methods. Uniformity on the surface layer of the PVT crystal was detected, while clear incrustations of elements distinct from the crystal could be viewed on the DMSO crystal surface. The best results as to radiation response were found for the crystal grown by physical vapor transport. Significant improvement in the HgIz2 radiation detector performance was achieved for purer crystals, growing the crystal twice by PVT technique.

Durant ce travail de thèse, nous avons étudié l’effet d’un champ électrique intense (>3 kV.cm-1) sur des matériaux à structures pérovskites, le ferroélastique CaTiO3 et le ferroélectrique BaTiO3. Un tel champ agit comme une force extérieure dans la sélection, l’orientation et la distribution des domaines. Son application durant la croissance modifie la nucléation, le coefficient de partage des espèces et la possible modification du diagramme de phase du matériau considéré. En effet les ions dans un champ électrique voient leur énergie changer ce qui implique un nouvel équilibre thermodynamique. La première partie est dédiée à la croissance cristalline de CaTiO3 lorsque plusieurs paramètres de croissance sont modifiés (vitesse de croissance vG et potentiel électrique V). En faisant varier ces paramètres, nous montrons que nous pouvons contrôler la morphologie du cristal et ainsi altérer l’orientation cristalline des domaines. Des résultats similaires sont retrouvés avec BaTiO3.Plusieurs techniques expérimentales ont été employées dans le but d’étudier la microstructure des composés notamment la microscopie électronique miroir (MEM) et la microscopie électronique à faible énergie (LEEM) afin de caractériser les domaines et parois de domaines à la surface du titanate de calcium. La polarité de ces parois ayant été récemment prouvée, nous avons étudié et comparé le potentiel de surface entre les échantillons qui ont été élaborés sous et sans champ électrique. / In this work, we investigate electric field effect (>3 kV.cm-1) on perovskite compound, CaTiO3 (ferroelastic) and BaTiO3 (ferroelectric). This electric field acts like an external force in selection, orientation and distribution of piezoelectric/ferroelastic domains. The electric field can act on nucleation, the partition coefficient of species and the possible modification phases diagrams of a material during its growth. Indeed ions within an electric field see their energy changing which implies a new thermodynamic equilibrium.In the first part, we discuss about crystal growth of CaTiO3 with different growth parameters (velocity of cristal growth vG, electric potential V). By varying this parameters, we can control crystal shape and can alter the crystalline orientation of domains. Same results are found with BaTiO3.In a second step, we used Mirror Electron Micrsocopy (MEM) and Low Energy Electron Microscopy (LEEM) to caracterize domains walls at the surface of calcium titanate. Polarity of domains walls have been prooved recently, and so we have investigated surface potential between samples grown under or without electric field.