Submitted by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2017-03-17T09:54:20Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação - Carlos E. A. Brito.pdf: 2856812 bytes, checksum: 18e30d7739698df60c646fc7664741d7 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2017-03-17T09:54:36Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação - Carlos E. A. Brito.pdf: 2856812 bytes, checksum: 18e30d7739698df60c646fc7664741d7 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2017-03-17T09:54:53Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação - Carlos E. A. Brito.pdf: 2856812 bytes, checksum: 18e30d7739698df60c646fc7664741d7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-17T09:54:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação - Carlos E. A. Brito.pdf: 2856812 bytes, checksum: 18e30d7739698df60c646fc7664741d7 (MD5) Previous issue date: 2016-09-26 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work the electrical properties of devices with double potential barrier studied both theoretically and experimentally. For the experimental analysis was made a sample P-i-N with two AlAs potential barriers with a width of 200A and between quantum well of 100A wide GaAs, the device was grown by MBE (Molecular Beam Eptaxy). First and made a theoretical approach to semiconductor heterostructures composed of quantum wells. To place the electronic transport the device is required deposition of metal contacts on the device surface, so it was made a study of the behavior in the semiconductor interface when and inserted a metal, addressing current transport phenomena and the types of contacts formed (Schottky or ohmic). To characterize the resistance and resistivity of the contacts has been studied and applied the method TLM (Transmission Line Model) , showing that the contact made in the sample P N is of the type ohmic. Subsequently to the diode resonant tunneling, theoretical models for the transport of tunneling current were discussed, showing the exact calculation of the probability of tunneling of electrons through the system. In this case, it took into consideration the Schrodinger equation the external voltage, showing that the wave functions in the barriers and quantum well has the analytical solution, the linear combination of Airy functions. Finally, the transmissivity was obtained using the formalism of the transfer ma-trix method, so it was developed an algorithm in Maple15® program that calculates T transmission coefficient, from these results it was possible to transmissibility curves as a function of the energy of the incident electron and curves of the tunneling current density according to the external voltage. These results were compared with those of literatures and the experimental result of the sample curve ixV P-i-N. Finally, a new sample morpho-logy was proposed for future work. / Neste trabalho estudamos as propriedades elétricas de dispositivos com dupla bar-reira de potencial, tanto de forma teórica quanto experimental. Para as análises experi-mentais foi fabricado uma amostra P-i-N com duas barreiras de potencial de AlAs com largura de 200A e entre elas poço quântico de GaAs de largura de 100À, onde o dis-positivo foi crescido por MBE (Molecular Beam Eptaxy). Primeiramente é feito uma abordagem teórica sobre heteroestruturas semicondutores compostas de poços quânticos. Para ocorrer o transporte eletrônico pelo dispositivo é necessário a deposição de contatos metálicos na superfície do dispositivo, por isso foi feito um estudo sobre o comportamento na interface do semicondutor quando é inserido um metal, abordando os fenômenos de transporte de corrente e os tipos de contatos formados (Schottky ou Ôhmico), mostrando que o contato feito na amostra P-i-N é do tipo Ôhmico. Para a caracterização da resistên-cia e da resistividade dos contatos foi estudado e aplicado o método TLM (Transrnission Line Model). Posteriormente para o diodo de tunelamento ressonante foram discutidos modelos teóricos para o transporte da corrente de tunelamento, onde calculamos a pro-babilidade de tunelamento do elétron pelo sistema. Neste caso, levou-se em consideração na equação de Schrodinger a tensão externa, mostrando que as funções de onda nas bar-reiras e poço quântico têm como solução analítica que consiste na combinação linear das funções de Airy. Finalmente, a transmissividade foi obtida usando o formalismo do Mé-todo de Matriz de Transferência, para isso foi desenvolvido um algorítimo no programa Maple15® que calcula o coeficiente de transmissão t, a partir desses resultados foi possível levantar curvas da transmissividade em função da energia do elétron incidente e curvas da densidade de corrente de tunelamento em função da tensão externa. Esses resultados foram comparados com os das literaturas e com o resultado experimental da curva i-V da amostra P-i-N. Por fim, foi proposto uma nova morfologia de amostra para trabalhos futuros.

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Resumo: A proposta deste trabalho é a investigação e compreensão de propriedades ópticas e eletrônicas da heteroestrutura formada pelo semicondutor III-V GaAs e o semicondutor óxido SnO2. A deposição de filmes finos de GaAs é feita por evaporação resistiva, e a de filmes finos de SnO2 dopados com o íon terra-rara Eu3+ pelo processo sol-gel-dip-coating, combinando um material semicondutor com alta mobilidade eletrônica e transição direta (GaAs), com semicondutor de bandgap largo (SnO2) e condutividade naturalmente do tipo-n, onde a emissão de Eu3+ é bastante eficiente. Amostras desses dois materiais foram investigadas preliminarmente de forma separada, como filmes finos, ou pós de SnO2:Eu prensados na forma de pastilhas. Fotoluminescência foi medida em heteroestruturas GaAs/SnO2:2%Eu com tratamentos térmicos em baixa temperatura (200 e 400°C), enquanto filmes de SnO2:2%Eu isolados apenas apresentaram picos de emissão do Eu3+ quando tratados com temperatura elevada (1000°C), porém com baixa intensidade. A hipótese para esse fenômeno foi associada com aglomerados de Eu3+ na superfície das amostras. Medidas de XAFS têm possibilitado o estudo da incorporação do dopante Eu na matriz SnO2, e na compreensão do mecanismo da luminescência encontrada. Análises de XANES mostraram que o átomo de európio permanece no estado de oxidação trivalente após a síntese da solução e tratamentos térmicos feitos, e que a heteroestrutura apresenta menos distorção na rede e estrutura mais ordenada quando compa... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The purpose of this work is the investigation and comprehension of optical and electronic properties of the heterostructure, formed by the III-V semiconductor GaAs and the oxide semiconductor SnO2. The deposition of GaAs thin films is accomplished by the resistive evaporation technique, and thin films of SnO2, doped with the rare earth ion Eu3+, by the sol-gel-dip-coating process, combining a semiconductor material with high electronic mobility (GaAs), with a wide bandgap semiconductor (SnO2) which is naturally n-type, where Eu3+ emission is quite efficient. Samples of these two materials were initially investigated separately, as thin films, or SnO2:Eu powders pressed into pellets. Photoluminescence was measured in GaAs/SnO2:2%Eu heterostructures with thermal annealing at low temperature (200 and 400°C), while SnO2:2%Eu films showed Eu3+ emission peaks only when treated with higher temperature (1000°C), but with low intensity. The hypothesis for this phenomenon was associated with Eu3+ agglomerates on the sample surfaces. XAFS measurements have allowed the study of the incorporation of the Eu doping in the SnO2 matrix, and in the understanding of the mechanism of luminescence found. Analysis of XANES showed that the europium atom remains in the trivalent oxidation state after the synthesis of the solution and thermal annealing done, and that the GaAs/SnO2:2%Eu heterostructure presents less distortion in the lattice and more ordered structure when compared to films of SnO2:2%... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-04-25T17:57:49Z No. of bitstreams: 1 TeseOFL.pdf: 5276658 bytes, checksum: fa1530974731a8e33b62043b4c524afb (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-02T12:15:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseOFL.pdf: 5276658 bytes, checksum: fa1530974731a8e33b62043b4c524afb (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-02T12:15:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseOFL.pdf: 5276658 bytes, checksum: fa1530974731a8e33b62043b4c524afb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-02T12:42:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseOFL.pdf: 5276658 bytes, checksum: fa1530974731a8e33b62043b4c524afb (MD5) Previous issue date: 2016-08-29 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Semiconductors employed as photocatalysts that can be activated by visible irradiation have attracted intense scientific interest due to their applications in heterogeneous photocatalysis. BiVO4 is a semiconductor with band gap value of 2.4 eV; however, this material exhibits poor photocatalytic activity mainly due to the rapid recombination of electron/hole pair. An efficient strategy to overcome this challenge is through the formation of type-II heterostructures. Based on this overview, this work aimed at: (i) developing methods to obtain heterostructures composed of BiVO4 and different bismuth compounds (t-BiVO4, Bi2O3 e Bi2O2CO3), (ii) to evaluate the effect of heterojunction formation on photocatalytic properties, and (iii) to study the mechanisms of charge transfer and organic pollutants degradation. Initially, this work investigated the synthesis of BiVO4 by oxidant peroxide method, and it was observed that the main reason for the poor photoactivity of BiVO4 is its inability to reduce O2 to O2 •-. In order to overcome this challenge, we attempted to obtain heterostructures between monoclinic BiVO4 and tetragonal BiVO4 phases (m-BiVO4/t-BiVO4) by oxidant peroxide method. It was verified that m-BiVO4/t-BiVO4 heterostructures exhibited better photocatalytic performance in the degradation of methylene blue (MB) dye than their isolated phases, under visible irradiation. HRTEM images revealed that the heterostructured sample was composed of nanoparticles with average size of 10 nm, the m-BiVO4/t-BiVO4 interface was also evidenced. The mechanisms of charge transfer between the phases and organic pollutant oxidation were proposed in agreement with the obtained results by XPS, mass spectroscopy and TOC analysis. Holes (h+), superoxide anion (O2 -•) and hydroxyl radicals (•OH) were the primary active species responsible for MB photodegradation. The increase of m-BiVO4/t-BiVO4 heterostructure photoactivity occurred due to the formation of a suitable heterojunction, promoting the effective separation of photogenerated charges. However, this method presented difficulties in the control of heterostructure morphology and composition, because it is based on a simultaneous two-phase crystallization process. Therefore, we developed a novel strategy for heterostructure tailoring driven by solubility difference of two semiconductors that possess at least one metal in common. For this, the formation of heterojunctions by BiVO4 growth on Bi2O3 or Bi2O2CO3 self-sacrificial surface was evaluated. For the Bi2O3/BiVO4 heterostructures, the amount of xiv heterojunctions formed between Bi2O3 and BiVO4 was tuned by synthesis process variables (temperature and V concentration) and the particle size of preformed Bi2O3 (i.e. solubility difference). The heterojunctions were evidenced by HRTEM images, where the growth of BiVO4 nanoparticles on Bi2O3 or Bi2O2CO3 surface was observed. Time resolved photoluminescence and XPS results confirmed that the formation of type-II heterostructure led to increase of charge carriers lifetime. The proposed synthesis strategy showed efficiency in obtaining Bi2O3/BiVO4 and Bi2O2CO3/BiVO4 heterostructures with controlled morphology and composition that improved photoactivity when compared to their isolated phases. / Semicondutores que podem ser ativados sob radiação visível são de grande interesse para processos fotocatalíticos. O BiVO4 é um semicondutor com valor de band-gap de 2,4 eV, no entanto, este apresenta uma baixa atividade fotocatalítica, devido principalmente à rápida recombinação do par elétron/buraco. Uma estratégia eficiente para superar este desafio é pela formação de heteroestruturas do tipo-II. Diante deste panorama, este trabalho teve por objetivo: (i) desenvolver métodos para obter heteroestruturas de BiVO4 com diferentes compostos de bismuto (t-BiVO4, Bi2O3 e Bi2O2CO3), (ii) avaliar o efeito das heterojunções nas propriedades fotocatalíticas, e (iii) estudar os mecanismos de transferência de carga e de degradação de poluentes orgânicos. Inicialmente, este trabalho lidou com a síntese do BiVO4 pelo método de oxidação por peróxido e observou-se que a principal razão para baixa atividade fotocatalítica do BiVO4 é sua incapacidade de reduzir o O2 em O2 •-. Com o objetivo de superar este desafio, buscou-se a obtenção de heterostruturas de BiVO4 nas fases monoclínica e tetragonal (m- BiVO4/t-BiVO4), pelo método de oxidação por peróxido. Foi verificado que a heteroestrutura m-BiVO4/t-BiVO4 exibiu uma melhor performance fotocatalítica na degradação do corante azul de metileno (AM) do que as suas fases isoladas, sob radiação visível. As imagens de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM) revelaram que a amostra heteroestruturada é composta de nanopartículas com tamanho médio de 10 nm, a interface m-BiVO4/t-BiVO4 também foi evidenciada. Foram propostos mecanismos de transferência de cargas entre as fases e de oxidação do poluente orgânico de acordo com os resultado obtidos pelas técnicas de XPS, espectrometria de massas e análise de TOC. Os buracos (h+), radicais superóxidos (O2 -•) e hidroxila (•OH) foram as principais espécies ativas responsáveis na fotodegradação do AM. O aumento da fotoatividade da heteroestrutura m-BiVO4/t-BiVO4 ocorreu devido a formação de uma heterojunção adequada, que promove a separação efetiva das cargas foto-geradas. No entanto, este método apresentou dificuldade no controle morfológico e da composição da heteroestruturas por ser um processo de cristalização simultânea das fases, portanto, foi desenvolvido uma nova estratégia para a produção de heteroestruturas dirigido pela diferença de solubilidade entre dois semicondutores que possuem ao menos um metal em comum. Para tal, a formação de heterojunções pelo crescimento do BiVO4 na superfície xii de sacrifício do Bi2O3 ou Bi2O2CO3 pré-formados foi avaliada. Para a heteroestrutura Bi2O3/BiVO4 foi observado que a quantidade de junções formadas foi dependente da solubilidade do precursor que foi variado pelo tamanho de partícula do Bi2O3. As heterojunções foram evidenciadas por imagens de HRTEM, onde foi observado a formação de nanopartículas do BiVO4 na superfície das fases de Bi2O3 e Bi2O2CO3. Os espectros de fotoluminescência e de XPS confirmaram que a formação da heteroestrutura do tipo-II conduziu ao aumento do tempo de vida dos portadores de carga. Esta estratégia de síntese proposta mostrou-se eficiente, já que foi possível obter heteroestruturas de Bi2O3/BiVO4 e Bi2O2CO3/BiVO4 com controle de morfologia e composição, que resultou no aumento da fotoatividade quando comparado as fases isoladas. / FAPESP: 13/13888-0

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Resumo: Este trabalho visa apresentar o desenvolvimento e as principais conclusões referentes à combinação de heterojunções a base de GaAs com óxidos semicondutores, para aplicações em dispositivos optoeletrônicos. O texto foi dividido em duas partes principais, sendo a primeira parte voltada para a síntese e produção do SnO2, relacionada com a formação da heteroestrutura GaAs/SnO2; e a segunda parte é focada na produção dos ressonadores de onda acústicas de bulk,na ordem de GHz, a base de GaAs/ZnO. Na primeira parte, priorizou-se filmes de SnO2, que foram depositados por duas técnicas: sol-gel dip-coating e evaporação resistiva. Os filmes foram depositados sobre substratos de vidro soda-lime, e sobre substratos de GaAs, de quartzo e de a-SiO2. SnO2 foi também depositado sobre filme de GaAs depositado por sputtering. No caso da evaporação resistiva, a rota sol-gel é utilizada também para a preparação do pó que é utilizado como precursor para a evaporação resistiva de filmes de SnO2, combinando essas duas técnicas. Foram investigadas as propriedades ópticas e elétricas de filmes finos de SnO2 dopado com 1% de Er3+ e estruturas hibridas de GaAs/SnO2: Er3+. Entre os principais resultados, verificou-se: 1) espectros de luminescência diferentes do íon Er3+ ao se depositar SnO2 sobre substrato de vidro ou GaAs; 2) Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDX) para filmes de SnO2, depositados por evaporação resistiva, atestaram uma relação... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work aims to present the development and the main conclusions obtained so far regarding the combination of GaAs-based heterojunctions with semiconductor oxides, for applications in optoelectronic devices. The text has been divided in two main parts, where the first one is related to the synthesis and production of SnO2, associated with the formation of the heterostructure GaAs/SnO2; and the second one if focused on the production of bulk acoustic wave resonators, with frequencies in GHz range, based on GaAs/ZnO. In the first part, attention was given to SnO2 films, deposited by two techniques: sol-gel dipcoating and resistive evaporation, on soda-lime glass substrates, and on GaAs, quartz and a-SiO2 substrates. SnO2 was also deposited on GaAs film deposited by sputtering. In the case of resistive evaporation, the sol-gel route is also used to prepare the powder which is used as a precursor for resistive evaporation of SnO2 films, then, by combining these two techniques. Optical and electrical properties of Er3+ -doped SnO2 thin films were investigated as well as the hybrid structure GaAs/SnO2 .Among the main results were: 1) different luminescence spectra of Er3+ ion when depositing SnO2 on glass or GaAs substrate; 2) scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) for SnO2 films deposited by resistive evaporation show a relationship of the thermal annealing temperature with the concentration of Er ions in the surface layers; 3) this con... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:37:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luis Lacerda.pdf: 6157407 bytes, checksum: 67f47ee9ce5d908521ba3d0455add580 (MD5) Previous issue date: 2015-03-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Semiconductors materials are largely employed on development of innumerous optical and electronic due to their electronic, optical, ferroelectric and structural properties. Among the semiconductors materials stand out the zinc oxide (ZnO) and the barium titanate (BaTiO3) once shows excellent properties allied to low cost to obtaining. The ZnO is a simple oxide used in technology and largely investigated as an alternative to replace high cost material on development of electronic devices. Similarly, the BaTiO3 has perovskite crystalline structure whose properties present great technological interest. This work evaluated the effect of Ba presence on wurtzite structure and the influence of Zn atoms on tetragonal BaTiO3 properties. The obtained results indicates that the Ba atoms changes drastically the band structure of ZnO, resulting in the decrease of band gap for low quantities and the semiconductor type modification for doping above 25 %. The insertion of such atoms in wurtzite also causes the improvement of ferroelectric properties and the increase of unit cell lattice parameters. In case of Zn-doped BaTiO3, the doping process reduces radically de band gap and the ferroelectric properties regarding to pure material. Likewise, the semiconductor type is also modified by the Zn atoms presence. Based on obtained results for both crystalline systems, was proposed their employed in formation of p-n heterojunction. The heterostructure was evaluated through of four models. The obtained results for each one of these models were used to describe the interface region of ZnO/BaTiO3 heterojunction, proving that the atoms intercalation occurs and is responsible for heterostructure properties. Such properties present this heterostructure as a potential alternative for development of electronic devices, mainly the development of memory devices. The obtained heterostructure requires a low amount energy to electronic conduction process and shows high compatibility between the structure of heterojunction and the SiO2 substrate which is used in development of such devices. / Materiais semicondutores são amplamente empregados no desenvolvimento de vários dispositivos ópticos e eletrônicos variados devido às suas propriedades eletrônicas, ópticas, ferroelétricas e estruturais. Dentre os materiais semicondutores, destacam-se o óxido de zinco (ZnO) e o Titanato de Bário (BaTiO3) uma vez que apresentam excelentes propriedades aliadas ao baixo custo de síntese. O ZnO é um óxido simples amplamente empregado na tecnologia e largamente investigado como uma alternativa para substituição de materiais de custo elevado no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos. Por sua vez, o BaTiO3 é um material de estrutura cristalina perovskita cujas propriedades são de grande interesse tecnológico. No presente trabalho avaliou-se o efeito da presença de átomos de Ba na estrutura wurtzita do ZnO e a influência dos átomos de Zn sobre as propriedades do BaTiO3 tetragonal. Os resultados indicaram que os átomos de bário alteram drasticamente a estrutura de bandas do ZnO, resultando na diminuição do band gap para pequenas quantidades e a modificação do tipo de semicondutor para dopagens superiores a 25%. A inserção de tais átomos na estrutura wurtzita também é responsável pelo aprimoramento das propriedades ferroelétricas do material, bem como pelo aumento dos parâmetros de rede da célula unitária. No caso da estrutura do BaTiO3 dopada com Zn observou-se a redução drástica do band gap para o material e a modificação do caráter semicondutor do material; entretanto, ocorreu a redução das propriedades ferroelétricas em relação ao BaTiO3 puro. Com base nos resultados obtidos para ambos os sistemas cristalinos, propôs-se a sua utilização para formação de uma heterojunção do tipo p-n. A heteroestrutura foi avaliada por meio de quatro modelos diferentes. Os resultados obtidos para cada um destes modelos foram utilizados para descrição da estrutura eletrônica da região de interface da heterojunção, comprovando que a intercalação de átomos na interface é observada e mostra-se responsável pelas propriedades observadas para a heteroestrutura. Tais propriedades apontam a heterojunção ZnO/BaTiO3 como uma alternativa em potencial para aplicação no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e, principalmente, no desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de dados, devido a diminuição de energia necessária para condução eletrônica.