Estruturas semicondutoras com dopagem planar são sistemas de considerável interesse tanto para a a pesquisa básica como para a aplicação em dispositivos. Neste trabalho caracterizamos estruturas semicondutoras com dopagem planar tipo n ou p, utilizando técnicas de espectroscopia ótica tais como fotoluminescencência (PL) e fotoluminescência-excitação (PLE). As amostras foram crescidas com a técnica de Epitaxia por Feixe Molecular (BEM, Molecular Beam Epitaxy) no Laboratório de Novos Materiais Semicondutores (LNMS) do IFUSP, com exceção das amostras com dopagem planar tipo p que foram crescidas nos laboratórios do Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais. Investigamos as propriedades eletrônicas de super-redes de GaAs com dopagem planar de silício, em função da concentração dos átomos dopantes, mantendo-se fixa a distância entre os planos de dopagem. Através da comparação de nossos resultados experimentais com os de cálculos autoconsistentes da estrutura eletrônica das super-redes, identificamos a origem de todas as emissões observadas nos espectros de PL. As emissões principais (denominada bandas B) foram identificadas como oriundas do processo de recombinação radiativa dos portadores do gás bidimensional de elétrons (2DEG) com buracos fotogerados na banda de valência. Outras emissões (denominadas bandas A) foram associadas com o processo de recombinação dos elétrons do 2DEG com impurezas de Carbono. Analisamos também amostras de poços quânticos de InGaAs/GaAs com dopagem planar de Silício. Nestes sistemas, devido à presença de impurezas (que atuam como centros de espalhamento) e variações na composição da liga de InGaAs (que dão origem à localização de buracos), transições com e /ou sem conservação de quase-momento envolvendo estados de buraco estendidos e/ou localizados constituem os possíveis processos de recombinação radiativa entre os elétrons do 2DEG e os buracos fotogerados. Neste trabalho, investigamos os processos de recombinação dos elétrons do 2DEG com os buracos gerados por excitação ótica comparando a forma de linha dos espectros experimentais e teóricos de PL. Estruturas semicondutoras de GaAs contendos um único plano de átomos de Berílio (dopagem tipo p ) também foram analisadas neste trabalho. Os resultados de nossas investigações evidenciam a existência de um potencial fotoinduzido, que confina os elétrons fotogerados. O processo de formação deste potencial é discutido neste trabalho. / Delta-doped semiconductor structures are systems of considerable interest for basic research and device applications. In this work, we performed the characterization of n or p-type semiconductor structures, using spectroscopic tecniques as photoluminescence (PL), photoluminescence-excitation (PLE) and selective photoluminescence (SPL). The samples were grown by Molecular Beam Epitaxy (BEM) at LNMS (Laboratório de Novos Materias Semicondutores) of IFUSP anda t Physical Department of UFMG. The electronic structure of Silicon delta-doped GaAs super-lattices with different donor concentrations in the delta-doped layer and a fixed distance between adjacent Si-doped layers was investigated. Though the comparison o four experimental results with the superlattices electronic structure calculated self-consistently we identified the origino f all observed in PL spectra structures. The principal emissions (denominated as bands B) are due to recombination of two-dimensional electron gás (due to delta doping) with photocreated holes in Valence band. Other spectral features (denominated as bands A) were associated with recombination of two dimensional electron gás and Carbon impurity. We analyzed PL spectra of InGaAs/GaAs quantum well samples with Silicon delta doping. In this systems recombination of electrons from two-dimensional gas with photocreated holes through the transitions with or without quase-momentum conservation were observed in PL spectra. Comparing experimental and theoretical lineshape, we are able to determine optical transitions in which holes in localize dor extended states took part. Localization of holes in Valence band is due to fluctuations in dopant distribution in the delta-doped layer. Moreover, GaAs with Beryllium delta doping (p-type) were analyzed in this work . Results o four investigation shown the existence of a photoinduced potential, which confine photocreated electrons in strutures of this type. Formation processo f this potential is discussed in this work.

O presente trabalho aborda a síntese e caracterização de complexos benzenotricarboxilatos de íons Eu3+, Gd3+ e Tb3+, com o intuito de investigar suas características químicas e estruturais e correlacioná-las com as propriedades fotoluminescentes. Os complexos benzenotricarboxilato [TR(BTC)(H2O)n] foram sintetizados em solução aquosa, e apresentaram-se na forma de pós brancos, não-higroscópicos e insolúveis em solventes polares ou apolares. Os complexos com o ligante EMA se mostraram isomórficos e com grau de hidratação igual a dois. Os complexos com o ligante TLA também apresentaram isomorfismo, mas com estrutura cristalina diferente da dos complexos com os outros ligantes. Os complexos [Eu(TMA)(H2O)6] e [Gd(TMA)(H2O)6] apresentaram a mesma estrutura cristalina; entretanto, o complexo [Tb(TMA)] se mostrou anidro, o que foi confirmado pela termoanálise. Os espectros de absorção na região do invravermelho dos complexos evidenciaram que os ligantes BTC3- se coordenam aos íons TR3+ através dos grupos carboxilato desprotonados. Os espectros de fosforescência dos complexos [Gd(BTC)(H2O)n] exibem uma banda larga característica da emissão de cor azul dos ligantes BTC3- (c.a. 450 nm); as medidas das energias dos estados tripleto T1 dos ligantes mostraram que as energias dos estados variam de 25100 a 25700 cm-1, energia que é superior às dos níveis emissores 5D0 e 5D4 dos íons Eu3+ e Tb3+, respectivamente. A eficiente transferência de energia ligante-TR3+ (TR3+ = Eu3+ e Tb3+) nos complexos é comprovada pelos seus espectros de excitação (a banda de excitação do ligante apresenta alta intensidade, com máximo em c.a. 295 nm) e de emissão (não apresentam a banda de fosforescência do ligante, mas sim as transições características dos íons TR3+). Os espectros de emissão dos complexos [Tb(BTC)(H2O)n] evidenciaram a intensa luminescência de cor verde destes complexos, especialmente do complexo anidro [Tb(TMA)], que apresenta a grande vantagem de não sofrer supressão de luminescência causada pelos níveis vibracionais intermediários da água. Os espectros de luminescência dos complexos [Eu(BTC)(H2O)n] apresentam bandas desdobradas em picos finos bem definidos, o que significa que os íons Eu3+ nos complexos se encontram em sítios de simetria bem definida, corroborando o caráter cristalino indicados pelos difratogramas de raios X. Dentre os complexos [TR(BTC)(H2O)n], os maiores tempos de vida dos estados emissores correspondem aos estados T1 dos ligantes BTC3- nos complexos com o íon Gd3+ (entre 7,386 e 12,025 ms), seguidos pelo nível 5D4 do íon Tb3+ (entre 0,712 e 1,265) e por fim pelo nível 5D0 do íon Eu3+ (entre 0,253 e 0,630). Os complexos [Eu(BTC)(H2O)n] ainda apresentaram valores de eficiência quântica entre 12 e 24% Este valor decresce com o aumento do número de moléculas de água do sistema, evidenciando o seu caráter supressor de luminescência. Os complexos [TR(BTC)(H2O)n] mostram-se promissores para serem aplicados como marcadores ópticos, camadas emissoras em dispositivos eletroluminescentes e no desenvolvimento de fluoroimunoensaios, devido: i) ao caráter monocromático das emissões dos complexos com Eu3+ e Tb3+; ii) à elevada intensidade luminescente dos complexos [Tb(BTC)(H2O)n]; e iii) às emissões nas três cores primárias apresentadas por estes complexos, dentre os quais os complexos de Eu3+ e Tb3+ se mostraram bons Dispositivos Moleculares Conversores de Luz (DMCLs) / This work reports the synthesis and characterization of Eu3+, Gd3+ and Tb3+ benzenetricarboxylate complexes and the correlation of their structural and chemical characteristics with their photoluminescent properties. The benzenetricarboxylate complexes [TR(BTC)(H2O)n] were prepared in aqueous solution, and were obtained in the form of white, insoluble and non-hygroscopic powders. The [TR(EMA)(H2O)2] complexes presents isomorphism among them as as the [TR(TLA)(H2O)4] complexes. The thermoanalysis curves showed that the [Eu(TMA)(H2O)6] and [Gd(TMA)(H2O)6] complexes have the same crystalline structure. However, the [Tb(TMA)] complex is anhydrous. The IR spectra of the [TR(BTC)(H2O)n] complexes confirm that the BTC3- ligands are coordinated to the TR3+ ions through the carboxylate groups. The phosphorescence spectra of [Gd(BTC)(H2O)n] complexes exhibit a broad and characteristic emission band of the BTC3- ligands (c.a. 450 nm); the mensure of the ligands T1 states indicated that the T1 state energies varies between 25100 and 25700 cm-1, which is highest than 5D0 and 5D4 states of Eu3+ and Tb3+ ions, respectively. The efficiency of the ligand-TR3+ energy transfer in the [Eu(BTC)(H2O)n] and [Tb(BTC)(H2O)n] complexes is confirmed by their spectra of excitation (high intensity of the ligand excitation band, c.a. 295 nm) and emission (they have no ligand phosphorescence band, but the characteristics emission bands of TR3+ ions). The emission spectra of the [Tb(BTC)(H2O)n] complexes exhibit their highly intense green luminescence, specially to the anhydrous [Tb(TMA)] complex, that present the advantage of not undergoing the luminescence suppression effect caused by coupling with the intermediary vibrational levels of the water molecules. The luminescence spectra of [Eu(BTC)(H2O)n] complexes presents non-degenerated emission bands in thin and well defined peaks, indicating that the Eu3+ ions are in chemical environment with well defined symmetry, confirming the crystalline character indicated by the X-rays diffractograms. The longest emission lifetimes (between 7,386 and 12,025 ms) of the [TR(BTC)(H2O)n] complexes were found with the Gd3+ complexes, followed by the Tb3+ complexes (0,712 to 1,265 ms), and the Eu3+ complexes (0,253 to 0,630 ms). The [Eu(BTC)(H2O)n] complexes presented quantum efficiencies between 12 and 24%. This value decreases with the growth of the hydration degree of the complex. The [TR(BTC)(H2O)n] complexes are promising candidates for applications such as optical markers, emission layers in electroluminescent devices and in the developing of fluoroimmunoassays due to: i) the monochromatic character of the Eu3+ and Tb3+ complexes emissions; ii) the high luminescence intensities of the [Tb(BTC)(H2O)n] complexes; and iii) the emissions in the three primary colors presented by this complexes. Moreover, the Eu3+ and Tb3+ complexes are efficient light conversion molecular devices (LCMDs)

Neste trabalho, investigamos o comportamento da emissão de fotoluminescência (PL) e a evolução estrutural de diferentes sistemas de nanopartículas em função dos parâmetros utilizados em sua obtenção. O mecanismo básico de emissão de PL desses sistemas torna possível enquadrálos em dois grupos básicos. No primeiro caso (Ge implantado em SiO2 e Si implantado em Si3N4), a origem da PL emitida é devido à presença de centros de defeitos radiativos localizados majoritariamente na interface das nanopartículas com a matriz. No segundo (Tb e Eu implantados em SiO2), a PL tem sua origem em transições eletrônicas de níveis atômicos dos íons de Terras Raras implantados. Para o sistema de nanopartículas de Ge imersas em SiO2, íons de Ge foram implantados com uma energia de 120 keV em um filme de SiO2 de 320 nm de espessura, mantido a uma temperatura constante entre RT e 350 ℃. A fluência implantada foi de 0,3 a 2,2 x 1016 Ge/cm². Posteriormente, as amostras foram submetidas a um tratamento térmico a 900 ℃ em uma atmosfera de N2 por 15 a 120 min, para a formação das nanopartículas bem como a passivação dos defeitos presentes no óxido, produzidos durante a implantação. Como consequência, duas bandas de PL foram observadas, uma centrada em 310 nm e a outra, com uma intensidade de PL muito superior à primeira, em 390 nm. Dentre as diferentes combinações de fluência e temperatura de implantação e tempo de recozimento, foi observado que a maior intensidade de PL obtida foi das amostras implantadas a 350 ℃ com 1,2 x 1016 Ge/cm² e recozidas por 2 h. Nessas condições, a intensidade de PL obtida foi cerca de 4,5 vezes superior a resultados publicados anteriormente. Medidas de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) revelaram que, nessas condições, foram formadas nanopartículas com um tamanho médio menor que as obtidas através da implantação a temperatura ambiente RT. Medidas de espectroscopia por retroespalhamento de Rutherford (RBS) evidenciam que os átomos de Ge implantados não difundem significativamente para as interfaces, apesar do recozimento a alta temperatura ao qual as amostras foram submetidas, no entanto, é observado um pequeno estreitamento no perfil de concentração, devido à nucleação das nanopartículas durante o recozimento. Com relação ao sistema de Si em Si3N4, íons de Si foram implantados em um filme de Si3N4 de 340 nm de espessura, com uma energia de 170 keV, com os substratos mantidos a uma temperatura constante entre RT e 400 ℃. A fluência implantada variou de 0,5 a 2,0 x 1017 Si/cm². Posteriormente, as amostras foram submetidas a tratamentos térmicos em uma faixa de temperaturas de 350 a 900 ℃, em diferentes atmosferas (N2, Argônio e forming gas) e por tempos que variaram de 15 a 120 min. A intensidade máxima de PL foi obtida para amostras implantadas com 1 x 1017 Si/cm² a 200 ℃ e recozidas a 475 ℃ por tempos de 30 a 120 min. Os resultados das medidas de TEM indicam a presença de nanopartículas de Si amorfo em toda a extensão do filme. No que diz respeito ao sistema de Terras Raras (Tb e Eu) implantados em SiO2, os íons foram introduzidos na matriz pela implantação realizada a uma energia de 100 keV e uma fluência de 3 x 1015 íons/cm², mantendo a temperatura do substrato entre RT e 350 ℃. Mesmo em amostras como implantadas (sem recozimento) foi observada uma intensa emissão de PL. Medidas de TEM revelaram a formação de nanopartículas para as amostras implantadas a quente. Posteriormente, as amostras foram tratadas termicamente por 1 h em atmosferas de N2, O2 e argônio em uma faixa de temperaturas de 500 a 800 ℃. Medidas de PL mostram que a temperatura de recozimento ideal é 500 ℃ para ambos os tipos de íons implantados. Para o Tb, a melhor temperatura de implantação foi 200 ℃, e a atmosfera de recozimento não influiu nos resultados observados. Para o Eu, a temperatura de implantação não teve papel significativo na PL após os recozimentos. Todavia, a atmosfera de recozimento teve um papel chave. Amostras implantadas em N2 apresentaram uma larga banda de emissão de PL (de 370 a 840 nm). Para amostras recozidas em O2, uma larga banda de emissão na região do azul-verde foi observada, junto com linhas de emissão na região do vermelho. Medidas de PL a baixas temperaturas revelaram a influência da temperatura da amostra na intensidade da PL. / In the present work, we have studied the photoluminescence (PL) emission and the structural properties of two kinds of systems. In the first one (Ge implanted in SiO2 and Si implanted in Si3N4), the PL has its origin in radiative states localized mainly on the interface between the nanoparticles and the matrix. In the second one (Tb and Eu implanted into SiO2), the PL has its origin in the electronic transitions of the atomic energy levels of the implanted rare-earth ions. For the Ge in SiO2 system, Ge was implanted in a 320 nm SiO2 film with an energy of 120 keV and at temperatures ranging from RT up to 600 ℃. The implanted fluence was varied from 0.3 up to 2.2 x 1016 Ge/cm². In order to create the nanostructures, a 900 ℃ anneal was performed with times ranging from 15 to 120 min. As a consequence, two PL bands were observed, one at 305 nm and the second one with a much higher yield at 385 nm. From the different combinations of implanted fluence, implantation temperature and annealing time, we have observed that the most intense PL yield was obtained when the implantation temperature was of 350 ℃, the implanted fluence of 1.2 x 1016 Ge/cm² and the annealing time of 2 h. Under these conditions, the obtained PL yield was 4.5 times larger than the ones obtained at RT implantation. Transmission electron microscopy (TEM) observations indicate that under these conditions, smaller nanocrystals were obtained in comparison with the ones implanted at RT. The RBS results show that the Ge atoms do not diffuse significantly, despite the high temperature of annealing that the sample was submitted. However, a narrowing of the Ge distribution was observed as a result of the clustering process. Concerning the Si in Si3N4 system, the Si excess was introduced in a 340 nm thick Si3N4 matrix by a 170 keV implantation, performed at different temperatures, with fluences of 0.5 to 2 x 1017 Si/cm². The annealing temperature was varied between 350 and 900 ℃ in order to form the Si precipitates. PL measurements show the existence of two superimposed bands centered around 760 and 900 nm. The maximum PL yield was obtained at the following conditions: fluence of 1 x 1017 Si/cm², implantation temperature of 200 ℃, annealing temperature of 475 ℃. TEM observations show the formation of amorphous Si nanoclusters and their evolution with the annealing temperature. Concerning rare-earth ions (Tb and Eu) implanted in SiO2, the ions were introduced in the matrix by a 100 keV implantation performed at different temperatures, with a fluence of 3 x 1015 ions/cm². The as-implanted samples already present a strong PL emission, even before the thermal treatments. Also, nanoparticles were formed during the hot implantation process without further annealing, as revealed by TEM measurements. The annealing was performed for 1 h in atmospheres of N2, O2 or Ar, with temperatures that varied between 500 and 800 ℃. PL measurements show that the optimal annealing temperature is 500 ℃ for both types of ions. For Tb, the optimal implantation temperature was 200 ℃, and the annealing atmosphere did not influenced on the final results. For Eu, the implantation temperature did not play a significant influence in the PL after the thermal annealing. However, the annealing atmosphere played a key role. Samples annealed in N2 presented a broad PL band, ranging from 370 up to 840 nm. For samples annealed in O2, a broad PL band in the blue-green region was observed, together with emission lines in the red region of the spectra. Low temperature PL measurements show the influence of the sample temperature on the PL intensity.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / SILVEIRA JUNIOR, Raimundo Nonato. Propriedades fotoluminescentes da fase Sr3Al2O6 dopada com íons de Cr3+. 2008. 45f. Dissertação (Mestrado em Física) Instituto de Física Armando Dias Tavares, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, 2008. Amostras foram preparadas pelo método de difusão a partir dos reagentes químicos SrCO3, Al2O3 e Cr2O3 em proporções estequiométricas. Medidas por difração de raios X mostraram que as amostras possuem 3 fases: Sr3Al2O6, Sr4Al2O7 e uma residual não identificada. Neste trabalho apresentamos medidas de fotoluminescência, excitação da fotoluminescência e absorção fotoacústica, a temperatura ambiente e a 4 K, da amostra Sr3Al2O6 dopada com 1% de íons de Cr3+ em substituição dos íons de Al3+. Os espectros de emissão apresentam três bandas largas com seus baricentros em torno de 760 nm, 841 nm e 675 nm. Estas três bandas de emissão observadas são oriundas de três centros diferentes de íons trivalentes de cromo, cada um deles associados a uma fase presente na amostra e todas as bandas correspondem a transição eletrônica 4T2(4F) → 4A2(4F). Além disso, observa-se a linha de zero-fônon 2E(2G) → 4A2(4F) situada em 745 nm para o caso de íons de Cr3+ na fase do Sr3Al2O6. A partir dos espectros de excitação e absorção fotoacústica, podemos determinar os parâmetros de campo cristalino (Dq) e Racah (B e C) para as três fases presentes na amostra. A razão Dq/B para os íons de Cr3+ na fase Sr3Al2O6, indica que a ação do campo cristalino em torno dos íons de Cr3+ é relativamente forte, como previsto na literatura para matrizes óxidas. Em todos os casos, os resultados mostram que os íons de Cr3+ ocupam sítios octaédricos nas três fases. / The mixtures were prepared by the conventional solid-state reaction with high purity SrCO3, Al2O3 and Cr2O3 powders. Measurements by X-ray diffraction show that the samples have three different phases: Sr3Al2O6, Sr4Al2O7 and a unknown residual one. In this work it is presented for the first time, the optical investigation of the Sr3Al2O6 doped with 1% of Cr3+ ions. This investigation is crowed out by emission, photoluminescence excitation and photoacoustic absorption spectroscopy at 4 K and room temperature. The emission spectra have three overlapped broad bands with their barycenters around 760 nm, 841 nm and 675 nm. These three bands are originated from three different emission centers of trivalent chromium ions, each one associated with a distinguished phase in this sample. Moreover, all bands are assigned to the phonon-arrested 4T2(4F) → 4A2(4F) electronic transition. In addition, for the case of Cr3+ ions in Sr3Al2O6 there is a R-line located at 745 nm and attributed to the 2E(2G) → 4A2(4F) zero-phonon transition. From the excitation and photoacoustic absorption spectra, we can determine the crystal-field (Dq) and Racah (B and C) parameters for the three existing phases in the sample. The ratio Dq/B for Cr3+ ions in the Sr3Al2O6 indicates that the action of the crystal-field on to Cr3+ ions is relatively strong.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Amostras policristalinas de Sr(Ga1-xCrx)2O4 com x = 0,01 foram estequiometricamente preparadas pela mistura dos materiais em pó SrCO3, Ga2O3 e Cr2O3. A estrutura cristalina da amostra dopada foi analisada pelas medidas de difração de raios-X. O padrão de difração revelou uma única fase relacionada a fase monoclínica do SrGa2O4. Os dados foram ajustados usando o Método de Rietveld para refinamento de estruturas e os parâmetros da rede foram determinados. A luminescência do íon de Cr3+ na rede do SrGa2O4 foi investigada pelas espectroscopias de excitação e emissão a temperatura ambiente, através das quais verificamos que os íons de Cr3+ estão localizados em dois sítios diferentes. Os espectros de emissão apresentam bandas largas associadas à transição eletrônica 4T2(4F) → 4A2(4F) para ambos os sítios. Estes resultados são analisados pela teoria de campo cristalino e o parâmetro de campo cristalino Dq e os parâmetros de Racah B e C são determinados pelas posições das bandas de excitação. A partir destes parâmetros determinamos um campo cristalino forte para ambos os sítios. Além disto, foram realizadas medidas de espectroscopia fotoacústica que confirmaram as transições identificadas e estimadas nos espectros de excitação. / Polycrystalline samples of Sr(Ga1-xCrx)2O4, with x = 0.01, were stoichiometrically prepared by mixing powder materials SrCO3, Ga2O3 and Cr2O3. The crystalline structure of the doped sample was analyzed by X-ray diffraction measurements. The diffraction patterns showed a single phase, which corresponds to the SrGa2O4 monoclinic phase. The data were fitted by using the Rietveld Method for structural refinements and the lattice parameters were determined. The luminescence of Cr3+ ions in the lattice of SrGa2O4 was investigated by excitation and emission spectroscopies at room temperature and the results show that the emission of Cr3+ ions comes from two different sites. In the emission spectra, we can observe that they present broadbands associated with the electronic transition 4T2(4F) → 4A2(4F) for both sites. These results are analyzed by crystal field theory and the crystal-field parameter Dq and the Racah parameters B and C are determined by the excitation band positions. From these parameters we determined a strong crystal field for both sites. Moreover, photoacoustic spectroscopy measurements were performed and they confirmed the transitions identified and estimated in the excitation spectra.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3924.pdf: 7419866 bytes, checksum: f261961e660d143baa3b2de0edca2b9f (MD5) Previous issue date: 2011-10-14 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work, we have investigated Ga1-xMnxAs/GaAs/AlAs quantum wells (QWs) with low Mn concentration (x < 0.1%) grown by Molecular Beam Epitaxy at substrate temperatures of 400 and 450°C. We have investigated the time-resolved and polarized resolved photoluminescence as a function of laser power excitation, temperature and magnetic field for samples of 4nm and 6nm QW width. The emission spectra of the 4nm QW show two emission bands. The lower band energy presented a distinct behavior with a relatively long decay-time that may be associated to a spatial- and momentum-indirect recombination involving an electron from the AlAs layer and a hole at the GaMnAs QW. The higher energy band was associated to the direct transition in the GaMnAs QW. On the other hand, a wider, is also observed at high Mn concentration for the both QW widths. This band is due to donor-bound exciton emission from shallow donors, Mn interstitial, in the QWs. Our results show that circular polarization degree is very sensitive to the Mn concentration and QW width. In addition, we have also investigated the transport and optical properties of p-i-n AlAs/GaAs/AlAs double barrier resonant tunneling diodes (RTD) with a Ga0,95Mn0,05As top-layer contact and an InGaAs QW in the n-doped GaAs contact side. A reference sample with similar design, except that the magnetic layer was replaced by a C-doped GaAs was also investigated. The spin polarization in this samples was investigated by measuring the I(V) characteristic curves and circular-polarized electroluminescence (EL) and photoluminescence (PL) spectra as a function of the applied voltage and a magnetic field parallel to the tunneling current. We have observed clear evidence of hole resonances in the I(V) characteristic curves for both samples at 2K. The EL and PL intensities from both the GaAs and InGaAs QWs show a clear correlation with the resonances in the I(V) characteristics curves for both samples. The circular polarization degree from the GaAs and the InGaAs QWs attain large values and are more sensitive to the bias voltage in the Mn-doped sample. We have observed a polarization degree up to ~-80% for the GaAs QW emission from the magnetic RTD under 15T and 2K. Under light excitation, holes are photocreated in the non-magnetic side and injected along the structure, which strongly affects the degree of circular polarization of the carriers. / Neste trabalho, realizamos um estudo sistemático em poços quânticos de Ga1- xMnxAs/GaAs/AlAs (QWs) com baixa concentração de manganês (x < 0,1%) crescidos por epitaxia de feixe molecular em altas temperaturas de crescimento do substrato 400 e 450°C. Estudamos as medidas de fotoluminescência resolvida no tempo e fotoluminescência resolvida em polarização em função da potência de excitação do laser, da temperatura e do campo magnético em poços quânticos com larguras de 4nm e 6nm e com diferentes concentrações de Mn. Os espectros de emissão dos poços quânticos de 4nm apresentaram duas bandas de emissão. A banda de emissão de menor energia apresentou um tempo de decaimento relativamente longo que foi associado à recombinação indireta envolvendo elétrons confinados na banda X no AlAs com buracos confinados na banda &#61511; no Ga1-xMnxAs enquanto que a banda de maior energia foi atribuída à transição direta no poço quântico de Ga1-xMnxAs. Por outro lado, para concentrações elevadas de Mn observamos a presença de uma nova banda de emissão mais larga para todos os poços quânticos. Esta banda foi associada à emissão de éxcitons ligados a doadores devido à presença de Mn intersticial no poço quântico. Nossos resultados mostram que o grau de polarização circular é bastante sensível à concentração do manganês e à largura do poço quântico. Paralelamente, investigamos as propriedades de transporte e óticas de diodos de tunelamento ressonante de dupla barreira (DTR) do tipo p-i-n AlAs/GaAs/AlAs com contato superior tipo-n constituído por uma camada magnética de Ga0,95Mn0,05As e um poço quântico de InGaAs entre o contato inferior tipo-n e poço quântico de GaAs. Estudamos também uma amostra referência crescida de modo similar sendo que a camada magnética foi substituída por uma camada de GaAs dopado com carbono. A polarização de spin nestas amostras foi investigada medindo as curvas características I(V), os espectros de eletroluminescência (EL) e fotoluminescência (PL) resolvida em polarização em função da voltagem aplicada e campo magnético aplicado paralelamente à corrente de tunelamento. Observamos nas curvas características I(V) de ambas as amostras evidências de picos ressonantes de buracos. As intensidades de EL e PL dos poços quânticos de GaAs e de InGaAs para ambas as amostras mostram uma clara correlação com as ressonâncias da curva característica I(V). Nossos resultados mostram que o grau de polarização dos poços quânticos de GaAs e InGaAs nas amostras contendo GaMnAs atinge valores superiores e são mais sensíveis à voltagem do que a amostra referência. Em particular, observamos um grau da polarização de até ~-80% para a emissão do poço quântico de GaAs no caso do DTR magnético em 15T e 2K. Na presença de luz, buracos fotocriados na região do contato não magnético são injetados ao longo da estrutura reduzindo consideravelmente o grau de polarização dos portadores no poço quântico.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3100.pdf: 15486082 bytes, checksum: 5571e424d9aa0ed6b176f29ef78c25dc (MD5) Previous issue date: 2010-05-07 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work, we have studied spin polarization of carriers in a resonant tunneling diode GaAs/AlGaAs with InAs quantum dots in the center of the quantum well. We have observed that the photoluminescence of quantum dots depends on applied voltage and light intensity. Our results were explained by the capture of minority carriers (holes) to quantum dot energy levels in the resonant conditions. We have also studied the polarized resolved photoluminescence under magnetic field applied parallel to the tunnel current. We have observed that the degree of circular polarization is voltage-dependent under low voltage and laser intensity condition. We have also observed that the degree of polarization of quantum dots tends to zero for high applied voltages. Our results show that the circular polarization depends on the injection and capture of holes by quantum dots. Finally, we observed that the circular polarization from quantum dots can be voltage and light-controlled and could be interesting for the developing of new spintronics devices. / Neste trabalho realizamos um estudo detalhado de efeitos de spin em um diodo de tunelamento ressonante GaAs/AlGaAs do tipo n com pontos quânticos de InAs no poço quântico. Os estudos foram realizados a partir de medidas elétricas e ópticas na presença e ausência de campo magnético. Os resultados obtidos na ausência de campo magnético são semelhantes aos resultados publicados na literatura para mesma amostra estudada. Em particular, obtivemos uma boa correlação entre a intensidade de luminescência dos quantum dots e a curva característica corrente - tensão (I(V)) do diodo. Os dados obtidos foram associados aos processos de tunelamento, relaxação e captura de portadores nos níveis de energia dos dots. As medidas realizadas na presença de campo magnético foram feitas da configuração de campo magnético paralelo à corrente elétrica no dispositivo. Tal disposição leva à quebra na degenerescência dos níveis em spin dos dots, e resulta em recombinação de portadores com regras de seleção bem definidas com luz circularmente polarizada. Observamos que tanto a emissão circularmente polarizada à esquerda como à direita são dependentes da tensão aplicada no diodo, principalmente na região de baixas voltagens. À medida que a tensão aumenta, a intensidade de polarização tende a zero. Os resultados obtidos são originais e devem auxiliar na compreensão de fenômenos de spin desses sistemas. Esse trabalho poderá também ter interesse no desenvolvimento de possíveis dispositivos de spintronica contendo pontos quânticos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3888.pdf: 18962527 bytes, checksum: f175880c3d28fb0f29001b9881fedf3e (MD5) Previous issue date: 2011-03-15 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work, we have studied the spin polarization of carriers in n-type resonant tunneling diodes (RTDs) of GaAs/AlGaAs which incorporates a single layer of InAs selfassembled quantum dots in the center of the GaAs quantum well (QW) grown on (3 1 1)B oriented GaAs substrates.We have performed electrical and optical measurements in the presence and absence of magnetic _eld. The spin-dependent carrier transport in the structure was investigated by measuring the left- and right-circularly polarized photoluminescence (PL) from InAs dots (QD) and contact layers as a function of the applied voltage, laser intensity and magnetic _eld up to 15 T. Under laser excitation, photogenerated holes tunnel through the QW and can be captured by the QDs and eventually recombine radiatively. Due to this fast carrier capture process, the QD photoluminescence will be very sensitive to the resonant tunneling condition and consequently to the applied bias voltage. We have observed a clear correlation between the current voltage characteristics curve (I(V)) and QD PL intensity for both circular _+ and _&#56256;&#56320; polarizations even though the spin-splitting of the QD PL emission is negligible and does not show any appreciable variation with the applied voltage. We have also observed that the QD circular polarization degree is always negative and that its value depends on both the applied bias voltage and the light excitation intensity. Our experimental results are explained by the tunneling of minority carriers into the QW, carrier capture into the InAs QDs, carrier accumulation in the QW region, and partial thermalization of minority carriers. The observed control of spin polarization of carriers by light and bias voltage may be explored to design new devices for spintronic applications. / Neste trabalho realizamos um estudo detalhado de efeitos de spin em um diodo tunelamento ressonante (RTD) de GaAs/AlGaAs crescidos em um substrato GaAs (311)B. Em particular estudamos RTDs do tipo n contendo pontos quânticos (QD) de InAs no poço quântico (QW). Os estudos foram realizados a partir de medidas elétricas e ópticas na presença e na ausência de campo magnético. Realizamos medidas de fotoluminescência (PL) resolvida em polarização do contato GaAs e pontos quânticos de InAs em função de intensidade de laser , voltagem e campo magnético de até 15T . Na presença de luz e voltagem aplicada , buracos são fotogerados no contato, tunelam para o QW e são capturados por QDs. Portadores capturados pelos QDs recombinam e dão origem ao sinal de fotoluminência. Devido ao tempo curto desse processo de captura de portadores, a PL do QD será muito sensível à condição de tunelamento ressonante. Os resultados experimentais mostram uma clara correlação entre a curva característica de corrente-tensão (I(V)) e intensidade de PL do QD para ambas polarizações _+ e _&#56256;&#56320;. Observamos que o grau de polarização circular do QD é sempre negativo e que seu valor depende fortemente da voltagem aplicada e da intensidade da luz de excitação. Os resultados experimentais são explicados pelo tunelamento e captura de portadores minoritários pelo QD de InAs, acúmulo de cargas na região de QW e termalização parcial dos portadores minoritários. O controle da polarização de spin de portadores por luz e voltagem pode ser um efeito interessante para o desenvolvimento de novos dispositivos para aplicação em spintrônica.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3386.pdf: 7975175 bytes, checksum: 569defaa13852080fc5ba602a971eb47 (MD5) Previous issue date: 2009-08-07 / Financiadora de Estudos e Projetos / This work have as aim, the synthesis of ceramic powders of Ba(ZrxTi1¡x)O3 (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1) by the polymeric precursor method and investigate the degree of structural order-disorder of these systems by different characterization techniques, such as: thermogravimetric analysis (TA), differential thermal analysis (DTA), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, infrared vibrational spectroscopy, X-ray absorption near edge structure (XANES), extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy, ultraviolet visible (UV-vis) absorption spectroscopy and photoluminescence (PL) measurements. The techniques of TA and DTA indicated a large mass loss of the precursors and that the increase in concentration of Zr in the lattice of the systems raises the crystallization temperature. The XRD patterns and Raman spectra showed that the powders of BaTiO3 have tetragonal structure and other systems have cubic structure. The infrared spectra showed a shift toward regions of higher wave number, with the substitution of Ti by Zr in the lattice. XANES spectra evidenced the presence of local clusters [TiO5]/[TiO6] and [ZrO5]/[ZrO6]. Moreover, there is a reduction in the displacement of Ti atom is outside of the center of the octahedron due to the increasing concentration of Zr in BaTiO3 lattice. With the EXAFS spectrum of BaZrO3 was possible to determine the approximate coordination number for the Zr clusters. The results obtained by EPR technique indicate that in the BaZrO3 with structural defects are possible the presence of species with electrons of unpaired spins. The absorption spectra in the UV-vis showed the presence of intermediate electronic levels between the valence band and conduction band in the powders with structural order-disorder, while the crystalline powders do not have the presence of these levels. Through the analysis of PL emission spectra was possible to verify the presence of order-disorder structural at medium range is fundamental for these systems have this property. Also, it was noted that the replacement of Ti by Zr in BaTiO3 lattice promotes a considerable increase in the PL intensity and different maximum emission in the visible (red, orange, yellow, green and blue). Moreover, models based on symmetry breaking among the Ti and/or Zr clusters are presented to explain the PL wide band and dual wide band for the ceramic powders. All the wide band models are proposed based on the presence of defects or symmetry breaking into lattice of these materials that promotes favorable conditions for the PL emission at room temperature before the excitation process. / Este trabalho tem como objetivo, a síntese de pós cerâmicos de Ba(ZrxTi1¡x)O3 com (x = 0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1) pelo método dos precursores poliméricos e investigar o grau de ordem-desordem estrutural destes sistemas por diferentes técnicas de caracterização, tais como: análise termogravimétrica (AT), análise termogravimétrica diferencial (ATD), difração de raios-X (DRX), espectroscopia Raman, espectroscopia vibracional na região do infravermelho, estrutura próximo a borda de absorção de raios-X (XANES), estrutura fina de absorção de raios-X estendida (EXAFS), espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (EPR), espectroscopia óptica de absorção de ultravioleta-visível (UV-vis) e fotoluminescência (FL). As técnicas de AT e ATD indicaram uma grande perda de massa dos precursores e que o aumento na concentração de Zr na rede dos sistemas eleva a temperatura de cristalização. Os padrões de DRX e espectros Raman mostraram que os pós de BaTiO3 apresentam estrutura tetragonal e os outros sistemas tem estrutura cúbica. Os espectros de infravermelho indicaram um deslocamento para regiões de maior número de onda, com a substituição de Ti por Zr na rede. Os espectros de XANES evidenciaram localmente a presença de clusters [TiO5]/[TiO6] e [ZrO5]/[ZrO6]. Além disso, ocorre uma redução no deslocamento do átomo de Ti está para fora do centro do octaedro devido o aumento da concentração de Zr na rede BaTiO3. Com o espectro de EXAFS do BaZrO3 foi possível determinar o número de coordenação aproximado xv xvi para os clusters de Zr. Os resultados obtidos pela técnica de EPR indicam que nos pós de BaZrO3 com defeitos estruturais existe uma possível presença de espécies que apresentam elétrons com spins desemparelhados. Os espectros de absorção no UV-vis mostraram a presença de níveis eletrônicos intermediários entre a banda de valência e a banda de condução nos pós com ordem-desordem estrutural, enquanto os pós cristalinos não temos a precença destes níveis. Por meio das análises dos espectros de emissão fotoluminescente foi possível verificar que a presença de ordem-desordem estrutural a média distância é fundamental para estes sistemas apresentem esta propriedade. Também, foi notado que a substituição de Ti por Zr na rede do BaTiO3 promove um aumento considerável na intensidade de FL e diferentes máximos de emissão na região do vísivel (vermelho, laranja, amarelo, verde e azul). Além disso, modelos baseados na quebra de simetria entre os clusters de Ti e/ou Zr são apresentados para explicar a FL de banda larga e dupla banda larga para os pós cerâmicos. Todos os modelos de banda larga são propostos baseados na presença de defeitos ou quebra de simetria na rede destes materiais que promovem condições favoráveis para a emissão de FL a temperatura ambiente antes do processo de excitação.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:35:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Retido.pdf: 19733 bytes, checksum: 6aad255badc436a06364517de2344ab6 (MD5) Previous issue date: 2005-03-17 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work was done mecanic-quantic periodic in level ab initio and using the density functional theory (DFT) combined with the B3LYP (BECKE 1993; LEE, et al 1998) to a series of titanates. Models periodic simulations were used to do a system study about structure property, electronics and optics and analyze the dislocation influence over this materials structure and to study too the doping influence, using the CRYSTAL98 program. With objective of characterize the electronic levels of the BT (titanate barium) materials pure and BT doped with Mn and BST (barium and stroncium titanate). This electronic levels were analyzed from state density projections in the region between upper limits of the valence band and inferior of the conduction band, were analyzed the structure band and electronic densities with objective of comprehend better the photoluminescence properties of this materials in the amorphous phase (desordered structure). To realize the photoluminescence propriety study of materials used date obtained by Rietveld refinement and two periodic models of super cell were developed order structure (phase cristaline) and desordered structure (phase amorphous), in analyze were built three periodic models to theoric BT and of pure refines and of the doped with objective to offer a new alternative of a mecanic-quantic periodic model to simulate the structure deformation induce by Mn doping in the BT. This modelization became possible give general acess of the doping effect in the electronic structure and still to analyzed the doping element influence in the disposition electronic configuration, considering that Mn isn t included in the simulation but this dope effects were noted with the refinement of Rietveld date used. All theoric results obtained were correlation with experimentals results to investigate and interpret better these materials proprieties. / Neste trabalho foram realizados cálculos mecânico-quântico periódicos, efetuados em nível ab initio e utilizando-se a teoria do funcional de densidade proposta por Lee, Yang e Parr, combinada com B3LYP (BECKE 1993; LEE, et al 1998) para uma série de titanatos. Simulação de modelos periódicos foram empregados para realizar um estudo sistemático das propriedades estruturais, eletrônicas e dos materiais: BT e BT dopado com Mn e do BST para analisar a influência da desordem estrutural destes materiais; como a finalidade de contribuir para a explicação do efeito luminescente e ainda estudar a influência da dopante Mn na estrutura do BT, utilizando o programa CRYSTAL98. Com o intuito de caracterizar estas propriedades destes materiais foram analisadas as densidades de estados (DOS), densidades de cargas, densidades eletrônicas, estrutura de bandas e ainda diagrama de energia. Este estudo teórico possibilitou a identificar os níveis eletrônicos na região entre os limites superiores da banda de valência e inferiores da banda de condução com o objetivo de melhor interpretar as propriedades fotoluminescentes destes materiais na fase amorfa (estrutura desordenada). Para realizar o estudo das propriedades fotoluminescentes destes materiais foram empregados os dados obtidos pelo refinamento de Rietveld, e dois modelos periódicos de supercela foram elaborados: estrutura ordenada (fase cristalina) e estrutura desordenada (fase amorfa). Para uma outra análise foram construídos três modelos periódicos para BT teórico e do refinamento puro e do dopado com Mn. Com o intuito de propor uma nova alternativa de um modelo mecânico-quântico periódico para simular a deformação estrutural induzida pelo dopante Mn no BT. Esta modelagem possibilitou dar acesso geral do efeito do dopante na estrutura eletrônica e ainda analisar a influência do elemento dopante na disposição configuração eletrônica, sendo que o Mn não está incluído no modelo, mas os efeitos desta dopagem foram observadas com o uso dos dados do refinamento de Rietveld. Todos os resultados teóricos obtidos foram correlacionados com os resultados experimentais para melhor compreender, investigar e interpretar as propriedades destes materiais.