Neste trabalho, estudamos o crescimento epitaxial por feixe molecular de pontos quânticos de InAs/GaAs, bem como sua propriedades ópticas e morfológicas. O método de crescimento, em baixa taxa foi usado para a fabricação de estruturas de pontos quânticos com alturas médias suficientes para a obtenção de resposta óptica nas faixas de 1,3\'mü\'m e 1,5\'mü\'m em temperatura ambiente. O interesse na manufatura desse tipo de amostra decorre do fato de serem estes os comprimento de onda de mínima atenuação de sinal em redes de transmissão por fibras ópticas. O estudo sistemático das etapas envolvidas na evolução de pontos quânticos de superfície no regime de baixa taxa de deposição permitiu entender como tais estruturas, com alturas médias bem maiores que as normalmente obtidas na literatura, puderam ser alcançadas. As condições de crescimento foram otimizadas para a produção de emissões estreitas nas faixas de comprimento de onda / In this work, we studied the evolution of InAs quantum dots grown by MBE as a function o f the amount o f material deposited. The monitoring o f the quantum-dot prope1ties during their evolution was possible because of the growth of a sample in which the thickness o f material was varied continuously on its area. The structure o f the samples used in this work consists oftwo quantmn-dot layers, one on the samples\' surface and the other between GaAs barriers. The first quantum-dot layer was used in the morphological characterization, through AFM images, and the second one was probed by photoluminescense measurements. Moreover, the structure includes an InxGa1_xAs quantum well to be used as a reference. The possibility of carrying out optical and morphological measurements on the same sample provided us with a way to make comparisons between the topographical and optical features, yielding some interesting results, as the dependence of the optical emission with the surface quantum-dot coverage and its degradation when the islands density is higher than 1 ÜÜÜJ.Lm-2

Neste trabalho faz-se uma analise teórica das curvas de emissão termoluminescente (TL) e das intensidades TL em função da dose da radiação, utilizando o chamado modelo de Sistema de Multi-armadilhas Interativas (SMAI). Esse modelo considera a participação de várias armadilhas (de elétrons para visualizar, mas, que pode ser, de buracos), entre as quais aquelas termicamente ativas (ATA), que dão origem ao pico TL com máximo em temperatura Tm; as armadilhas rasas (ARA), cujos picos TL ocorrem em T<Tm; as armadilhas profundas termicamente desconectadas (APTO), cujas energias de ativação são maiores do que a das ATA, por isso, termicamente estáveis, daí o nome de desconectadas e, por fim, centros de recombinações (CR) de vários tipos, isto é, de diferentes profundidades. Sem perda de generalidade, nos cálculos numéricos foram restritos a uma ATA, a um tipo de APTO e a um de CR. As armadilhas ARA não afetam em nada a emissão TL em questão e não foram incluídas na análise. A discussão do problema da emissão TL envolve, é claro, vários parâmetros; são eles: a energia de ativação E, o fator de freqüência se pré-exponencial s\', a ordem de cinética b, as concentrações das armadilhas ocupadas ou não e dos centros de recombinação, secções de choque de captura das cargas pelas armadilhas e pelos centros de recombinação e velocidade v de cargas livres durante suas transições. A atenção é concentrada no estágio da emissão da luz TL por aquecimento (esse é o processo de leitura TL), descrevendo, com um sistema de equações diferenciais, o movimento dos portadores de carga de armadilhas em que estão aprisionados até serem capturados pelos CR, passando, porém, pela banda de condução envolvendo os parâmetros acima listados. A grande discussão que tem sido travada se refere ao estagio em que, os portadores de carga liberados das armadilhas, pelo calor, passam pela banda de condução. Foram introduzidas, então, por outros autores, as condições de quase­ equilibrio (QE), que permitem encontrar expressões analítica da intensidade I da luz TL emitida. Sem QE, é necessário resolver numericamente o sistema de equações diferenciais. Na realidade, o que aqui foi feito consistiu em resolver numericamente essas equações diferenciais, usando o método de Runge-Kutta e comparar com as soluções analíticas obtidas com o uso das condições QE. Em particular, dessas comparações, foram analisadas quando e sob que condições, a aproximação QE é válida. A supralinearidade observada experimentalmente é aqui explicada satisfatoriamente com hipótese de armadilhas profundas termicamente desconectadas, porém, capazes de capturar as cargas liberadas das armadilhas pelo aquecimento, durante a leitura TL. Sabe-se que a supralinearidade foi no inicio, considerado acontecer durante a irradiação. Há, porém, dados experimentais que mostram que a supralinearidade não pode acontecer na fase de irradiação do material, baseado na observação de que o mesmo centro responsável pela termoluminescência e pela absorção ótica cresce linearmente com a dose da radiação, fato comprovado pelo crescimento linear da banda de absorção resultante desses centros. / Theoretical analysis of thermoluminescence (TL) glow curves and TL intensity as function of radiation dose was carried out using the so called System of lnteractive Multi­ Traps (SIMT). In this model, interaction between different traps and different recombination centers during heating process for TL reading is considered. Thermally active traps (TAT) that give rise to TL peaks at temperature Tm, shallow traps (ST) with peak temperature Tm are the participating traps. Recombination centers, also, take part in the TL emission. Shallow traps are shown not to contribute, however, deep traps contribute in two senses: (i) through charge neutrality, (ii) they can capture charge carriers liberated during TL readout stage. Deep traps are, on the other hand, stable at TL readout temperature, hence, they are named thermally disconnected deep traps (TDDT). Although, there can be traps and recombination centers of different depths, without loss of generality only one kind of TDDT and one kind of CR are here considered in the numerical or analytical calculation. Several parameters are involved in the thermoluminescence: activation energy E, frequency factor s and pre-exponencial factor s\' , kinetic order b, concentration of filled or non filled traps and recombination centers, capture cross section of traps and recombination centers and velocity v of free carriers during their transportation. The process of TL emission, involving above parameters, is described by a set of differential equations called rate equations, starting from liberation of charge carriers from traps until their capture by recombination centers. Passing through conduction band is an important step in the process. There has been a wide discussion on approximation called Quase­ Equilibrium (QE) connected with the population of free carriers in conduction band during readout process. Such approximation enables one to obtain from the rate equations, analytical expression for TL intensity. Here, the rate equations within the trame of SIMT were solved numerically using Runge-Kutta method and detailed comparison was performed to discuss under which conditions QE conditions are valid. The supralinearity found in most of actual TL phosphors is satisfactorily explained assuming interactive deep traps, which can capture free charges liberated by TAT traps. lnitially, it was believed that the supralinearity is induced during the irradiation of the TL crystal. Experimental evidences were then found that a same center responsible for TL emission and optical absorption presented a linear growth with dose shown by its optical absorption band.

Desde a invenção do transistor em 1947, uma verdadeira revolução tecnológica trouxe à realidade dispositivos e fatos que, há pouco tempo, pareciam ser possíveis somente em livros e filmes de ficção científica. Para que este desenvolvimento acontecesse, uma intensa pesquisa dos materiais semicondutores conhecidos foi necessária, juntamente com uma incessante busca por novos materiais, melhor adaptados a aplicações específicas. Dentre as técnicas de caracterização usadas no estudo de materiais, estruturas e dispositivos semicondutores, a fotorefletância (FR) vem se tornando mais e mais importante, devido a sua versatilidade e baixo custo, características que fazem a FR apropriada para ser uma ferramenta de diagnóstico na linha de produção de uma fábrica de dispositivos com a mesma eficiência que é usada em laboratórios de pesquisa. Essa versatilidade da FR, juntamente com a comprovada habilidade na obtenção de importantes parâmetros dos dispositivos foram os fatores que motivaram o presente trabalho. Nesta tese nós demonstramos algumas das várias possibilidades da FR como técnica de caracterização de heteroestruturas semicondutores e dispositivos baseados nestas estruturas. Na parte I, uma breve apresentação da FR é dada, mostrando os princípios físicos nos quais esta se baseia e detalhando sua implementação. Também é descrito, um método de cálculo de perfis de campo elétrico e espectros de FR, que possibilitam uma extensiva interpretação de resultados experimentais. Na parte II, os métodos teóricos e experimentais da parte I são aplicados. Começando com amostras de poços quânticos de INGAAS / GAAS, obtemos parâmetros importantes, como energias das transições inter sub-bandas de elétrons e buracos, composição de IN na liga e o deslocamento de bandas para a heteroestrutura. Também verificamos as mudanças causadas nos espectros dessas estruturas pela inserção de um plano de cargas no meio do poço, como o encolhimento da energia da banda proibida. No caso de poços não dopados, podemos observar transições aos subníveis do poço, mesmo à temperatura ambiente, demonstrando a sensibilidade desta técnica. Ademais, apresentamos um estudo de poços quânticos assimétricos, feito através da FR. Observamos o controle óptico do gás bidimensional de elétrons e separamos a contribuição ao espectro devida aos buracos leves e pesados. Este é o primeiro relato da observação de um controle óptico do gás bidimensional de elétrons através de FR feito neste tipo de estrutura, que temos conhecimento. Investigações experimentais e teóricas foram feitas em dois tipos de dispositivos um transistor de efeito de campo metal-semicondutor (MESFET) baseado em GAAS e transistores de alta mobilidade eletrônica (HEMT) baseados em GAALAS / GAAS. Obtemos diversos parâmetros importantes para as propriedades ópticas e eletrônicas desses dispositivos, tais como perfis de campo elétrico interno e parâmetros de alargamento. Neste estudo, pela primeira vez a FR é usada na caracterização de um dispositivo tipo HEMT em funcionamento, nos possibilitando descobrir a origem de estruturas espectrais que têm gerado controvérsia. Ainda, um resumo das publicações dos últimos anos sobre a aplicação de FR e espectroscopia de modulação na caracterização de dispositivos semicondutores é apresentado. É dada ênfase na caracterização de estruturas tipo HEMT, mas uma ampla bibliografia para aqueles que estejam interessados em outros dispositivos também é fornecida. / Since the invention of the transistor in 1947, a true technological revolution has brought to reality such devices and facts that, little time ago, seemed to be only possible in science fiction books and films. For this development to happen, an intense research on known semiconductor materials was necessary, together with a ceaseless search for new materials better adapted to specific purposes. Among the characterization techniques used to study semiconductor materials, structures and devices, photoreflectance (PR) is getting more and more important, due to its versatility and inexpensiveness, characteristics that make PR suitable to be a diagnostic tool in a production line of a device factory with the same efficiency it is used in research laboratories. This versatility of PR, besides its proven ability in the evaluation of important device parameters, is what motivated the present work. In this Thesis we demonstrate some of the various possibilities of PR as a characterization technique for semiconductor heterostructures and devices based on such structures. In part I, a brief presentation of PR is given, showing the physical principles on which it is based and detailing its implementation. Also described, is a calculation method for electric field profiles and PR spectra, which allows for a comprehensive interpretation of experimental results. In part II, the experimental and theoretical methods of part I are applied. Starting with INGAAS/GAAS quantum well samples, we obtain important parameters as electron-hole subband transition energies, In alloy composition, and the band offset for the heterostructure. We also verify the changes caused to these structures spectra by the insertion of a charged plane at the middle of the well, such as the shrinkage of the energy gap. In the case of undoped wells, we can see transitions between well sublevels, even at room temperature, demonstrating the sensitivity of the technique. Furthermore we present a PR study of asymmetric quantum wells. We observe the optical control of the two-dimensional electron gas, and separate the contributions due to the light and heavy holes. This is the first PR report on the observation of an optical control of the two-dimensional electron gas in such structures that we know. Experimental and theoretical PR investigations are performed in two kinds of device structures: a GAAS based metal-semiconductor field effect transistor (MESFET) and GAALAS / GAAS based high electron mobility transistors (HEMT). We obtain several important parameters for the optical and electronic properties of these devices, such as built in electric field profile and broadening parameters. For the first time PR is applied to a HEMT in operation, enabling us to reveal the origin of controversial spectral structures. The difficulty on the interpretation of such structures led us to first interpret them as arising from the two-dimensional electron gas. To confirm our interpretation we constructed a macroscopic device, which enabled to vary the gas concentration in the measured region of the sample. The results coming from this measurements shows that this interpretation is not true, in the case of our sample, and is a very conclusive method for testing similar structures. Yet, a résumé of the last years publications on the application of PR and modulation spectroscopy for semiconductor device characterization is presented. Emphasis is given on the characterization of HEMT structures, but a broad bibliography to those ínterested in other devices is also provided.

São apresentados resultados sobre dois sistemas com interações interparticulares, obtidos utilizando espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS). Estes sistemas são fragmentos de DNA em água, que representa uma solução de partículas carregadas com simetria cilíndrica, e palmitoil lisofosfatidil colina (PLPC) em água, que corresponde a uma solução de agregados micelares sem carga. As soluções de DNA são estudadas no regime semi-diluído da fase isotrópica (I) até a transição de fase I SETA colestérica. A posição do pico nas curvas de SAXS como função da concentração ajusta uma curva universal com expoente 1/2, que já ajustou dados relacionados a soluções de outros polieletrólitos carregados, para um comprimento efetivo de fragmento L IND.P = 340 Å. A função distribuição de distâncias da seção transversal, P IND.C (r), é calculada para a solução menos concentrada utilizando o Método de Transformação Indireta, mostrando-se que os efeitos de interferência não estão presentes no intervalo de ângulo de espalhamento medido. O fator de forma P(q) é obtido para essa concentração. Esta função bem como a P IND.C (r) estão em bom acordo com a forma B do DNA. As curvas de interferência para as soluções de DNA mais concentradas são derivadas experimentalmente dividindo a curva de SAXS, corrigida do efeito do perfil do feixe incidente, pelo fator de forma da partícula. O método de Transformação Indireta no Espaço Recíproco é utilizado para obter a curva de SAXS corrigida. A modelagem das curvas de interferência com funções gaussianas está de acordo com teorias recentes para interações entre as partículas em soluções de polieletrólitos cilíndricos carregados. O alargamento do pico [] IND. G expresso como (L IND. P [] IND. G) em função da concentração também ajusta uma curva expoente ½. Este ajuste demonstra que no regime semi-diluído, para uma força iônica ~ (10 POT.-3-10 POT.-2) M, a ordem local é um pouco maior do que primeiros vizinhos. É visto por comparação com dados da literatura que o decréscimo da força iônica da solução até ~ (10 POT.-7-10 POT.-5) M, aumenta a ordem local para segundos vizinhos. O sistema PLPC/água é estudado na fase I até a transição I cúbica micelar (Q POT.223). A função distribuição de distâncias p(r) é calculada para as concentrações mais baixas utilizando o Método de Transformação Indireta e demonstra que as micelas estão presentes na solução na forma de elipsoides prolatos inomogêneos de pequena anisometria. Para as concentrações mais altas, a curva de SAXS é modelada pelo produto P(q)S(q) convoluído com o efeito do perfil do feixe incidente, com S(q) calculado na Aproximação da Esfera Média e utilizando um potencial de interação coulombiano blindado repulsivo entre as partículas. Os resultados desta análise mostram que a forma das micelas permance estável e de pequena ansiometria no intervalo de concentrações estudado, e estão em bom acrodo com resultados fornecidos pela p(r). Baseando-se nas informações obtidas a partir da modelagem das curvas de SAXS, é proposto um mecanismo para descrever a transição de fase I Q POT.223 em termos da formação de uma estrutura cúbica local na fase I concentrada. / Results obtained by small angle X-ray scattering (SAXS) for two systems with interparticle interactions are presented. These systems are DNA fragments in water, which represent a solution of charged particles with cylindrical symmetry, and palmitoyl lysophosphatidyl choline (PLPC) in water, which correpnds to a solutions of micelar aggregates without charge. DNA solutions are studied in the isotropic (I) phase in the semidilute regime until the I cholesteric phase transition. The peak position on the SAXS curves as a function of concentration fits an universal curve with exponent ½, which has previously fitted data from other charged polyelectrolyte solutions, for an effective rod length L IND. P = 340 Å. The cross section distance distribution function, P IND.C (r), is calculated for the less concentrated solution using the Indirect Transformation Method, showing that interference effects are not present in the measured range of scattering angle. The form factor P(q) is obtained for this concentration. This function, together with the P IND.C (r) function, is in good agreement with the B form of the DNA. The interference curves for the more concentrated DNA solutions are experimentally derived by dividing the SAXS curve, corrected from the effect of the incident beam profile, by the particle form factor. The Indirect Transformation Method in Reciprocal Space is used to get the corrected SAXS curve. Modelling of the interference functions with Gaussian functions compares well with recent theories for interparticle interactions on solutions of charged rodlike polyelectrolytes. The peak broadening [] IND. G expressed as (L IND. P [] IND. G) in function of concentration also fits a curve with exponent 1/2. This fitting shows that the short range order for rods in the semidilute regime, for an ionic force ~ (10 POT.-3-10 POT.-2) M, has a correlation length slightly above first neighbours. Through comparison with literature data, it is observed that for a lowering of the solution ionic force up to ~ (10 POT.-7-10 POT.-5) M, the local order grows up to second neighbours. The PLPC/water system is studied at the I phase until the Icubic (Q POT.223) phase transition. The distance distribution function, p(r), is calculated for the less concentrated solutions using the Indirect Transformation Method and shows that micelles are present in the solution as inhomogeneous prolate ellipsoids with small anisometry. For higher concentrations the SAXS curves are fitted with the product P(q)S(q) convoluted with the incident beam profile, with S(q) calculated in the Mean Spherical Approximation and using a screened Coulomb repulsive potential to describe the interactions between the particles. The results from this analysis show that the micelles shape remains stable and with a small anisometry within the concentration range studied, and are uin good agreement with the results provided by the p(r). On the basis of the information obtained from the modeling of the SAXS curves, it is proposed a mechanism to describe the I Q POT.223 phase transition in terms of the formation of a local cubic structure at the concentrated I phase.

Desenvolvemos nesse trabalho investigações teóricas relativas ao comportamento de defeitos nativos e da impureza de berílio na rede do nitreto de boro cúbico (c-BN). Entre os defeitos nativos estudamos as vacâncias de nitrogênio e de boro, bem como o anti-sítio de nitrogênio. Concernente ao berílio, analisamos esse átomo nas posições substitucionais e intersticiais (tetraédricas) do cristal. Os resultados obtidos foram utilizados na interpretação de dados experimentais sobre esses centros disponíveis na literatura. Estudamos para cada um desses sistemas e, complementarmente, para o cristal perfeito, propriedades eletrônicas e estruturais. Do ponto de vista de estados eletrônicos, analisamos o comportamento dos níveis de defeito (ou impureza), enquanto que referente aos aspectos estruturais, encontramos a configuração atômica dos respectivos centros, com as correspondentes energias de formação. Através dos resultados encontrados, ratificamos o berílio como candidato natural a dopagem tipo p do c-BN e formulamos um modelo para a descrição da transição em torno de 1 eV encontrada experimentalmente nesse composto. Mostramos ainda a possibilidade do surgimento da cor azul que o berílio provoca no nitreto de boro estar associada a essa impureza substituindo o nitrogênio na rede cristalina. No que se refere ao anti-sítio de nitrogênio, verificamos que este centro não segue o comportamento metaestável apresentado pelo anti-sítio de arsênio em GaAs, comportamento este sugerido como sendo universal nos compostos semicondutores do grupo III-V. Concomitante a esses resultados obtidos, resulta de nosso projeto a demonstração da viabilidade do emprego do método Full-Potential Linear Augmented Plane Waves - FLAPW - para o estudo de defeitos e impurezas em semicondutores. Mostramos, pela primeira vez, que o método FLAPW é eficiente e rigoroso na investigação desses sistemas. Utilizando supercomputadores de última geração, definimos as condições essenciais para que o método se aplique de forma confiável para estes estudos. / We have developed in this work theoretical investigations related to the behavior of native defects and beryllium as an impurity in the lattice of cubic boron nitride (c-BN). Among the native defects, we have studied the vacancies of nitrogen and boron, as well as the antisite of nitrogen. As far as the beryllium impurity is concerned we analysed this atom in the substitutional and interstitial (tetrahedral) lattice positions and we compared these results with the reported experimental data. For each of these systems and for the perfect BN crystal we calculated electronic and structural properties. Related to the electronic properties, we investigated the behavior of the defect (or impurity) states as well as the structural aspects. We found the atomic configuration of each center and its corresponding formation energy. Our results confirm that beryllium is a p-type dopant in c-BN, as previously suggested and a model is proposed which describes the electronic transition at about 1 eV measured in the compound. We also show that the blue calor exibited by beryllium doped c-BN can be associated with this impurity in the nitrogen site of the cristaline lattice. Finally we verified that the nitrogen antisite does not show the metaestability in this semiconductor thus contradicting the predicted universal behavior of this center in III-V compound semiconductors. Simultaneously emerges from our work the demonstration that the Full-Potential Linear Augmented Plane Waves FLAPW is a powerful tool to study defects and impurities in semiconductors. We have shown for the first time that the FLAPW method is efficient and accurate to be applied in such systems. Using new generation supercomputers, we have investigated the conditions required for the method to give reliable results.

O abafamento da luminescência em materiais contendo impureza de ferro é um fenômeno que ainda merece ser cuidadosamente investigado para que se possa chegar a uma descrição detalhada dos processos envolvidos. A matriz hospedeira escolhida para a realização deste trabalho foi o vidro 20 Al IND 2 o IND 3 ; 50 B IND 2 o IND 3 ; 30 BaO (mol%), do qual foram preparadas amostras às quais foram adicionadas quantidades variando de 10 POT -3 a 0,8 at% de Fe. A razão desta escolha prende-se ao fato de que a cinética de recombinação entre o centro de elétron do boro (BEC) e o centro de lacuna do boro e oxigênio (BOHC) em vidros boratos irradiados com raio-X a 77 K, responsável por uma intensa luminescência azul, já se conhece em detalhe através de resultados recentes de ressonância paramagnética eletrônica (RPE). A partir destes dados foi identificado cada um dos centros envolvidos na reação e foi possível acompanhar detalhadamente a cinética dos respectivos decaimentos térmicos. Com o apoio destas informações, os dados de termoluminescência (TL) deste trabalho puderam ser interpretados com maior segurança. Um arranjo experimental foi especialmente construído para a realização de medidas de TL na faixa de temperaturas entre 77 e 300 K. As medidas mostraram uma queda exponencial da TL em função da concentração de Fe. A supressão total da luminescência foi obtida para amostras contendo -0,1 at% de Fe. A energia de ativação média para a despopulação térmica do BEC foi obtida pelo método da rampa inicial da TL, resultando Ea = (0,22 ± 0,05) eV. Com base nos resultados de TL e RPE, apoiados pela teoria recente sobre o mecanismo de transições não radiativas, um modelo foi proposto para explicar o processo segundo o qual um íon Fe POT 3+ impede a ocorrência de processos radiativos de recombinação elétron-lacuna em um raio de ação que chega a 25 Å. Um elétron termicamente liberado do BEC, quando se aproxima do íon Fe3+ dentro do referido raio de ação, é capturado por um nível antiligante, fortemente deslocalizado, do orbital molecular de Fe3+ e oxigênio, sendo que o íon metálico ocupa a posição substitucional de um boro tetracoordenado. Imediatamente após a captura, ocorre um violento processo local de emissão de múltiplos fônons provocando o fenômeno da captura coerente de lacuna formando um éxciton, que rapidamente entra em colapso com nova emissão de fônons, provocando, assim, a recombinação elétron-lacuna sem irradiação luminescente. / The quenching of luminescence which occurs in materials containing iron impurity is yet a phenomenon worthy to be investigated towards a detailed description of the involved processes. The host matrix chosen was the 20 Al2 O3; 50 B2 O3; 30 Ba0 (mole%) glass, being the samples prepared containing varying amounts of Fe ranging from 10-3 to 0.8 at%. The reason of this particular choice is justified on the basis of detailed knowledge acquired from recent results of electron paramagnetic resonance (EPR), about the recombination kinetics of the boron electron center (BEC) and the boron-oxygen hole center (BOHC) in borate glasses X-irradiated at 77 K, responsible for an intense blue luminescence. From these data was identified each one of the centers involved in the reaction and it was possible to follow in detail the respective decay kinetics. With the support of these informations, the thermoluminescence (TL) data of this work could be better explained. An experimental array was specially built in order to carry out the TL measurements in the range of temperatures between 77 and 300 K. The measurements exhibited an exponencial decrease of the TL intensity in function of the Fe concentration. The total killing effect of the luminescence was obtained for samples containing -0.1 at% of Fe. The mean activation energy of the electron untrapping from the BEC was obtained with the TL initial-slope method, giving Ea = (0.22 ± 0.05) eV. On the basis on TL and EPR results and the support of recent theories about non-radiative transition mechanism, a model was proposed in order to explain the process involved when a Fe3+ ion prevents the occurrence of radiative electron-hole recombinations inside a volume of radius less than 25 K. A thermally released electron of BEC, when reaches the neighborhood of a Fe3+ ion inisde its radius of action, is trapped by an antibonding energy level, strongly delocalized, of the molecular orbital of Fe3+ and oxygen, where the metallic ion occupies the substitutional position of a tetra-coordinated boron. Immediately after the trapping, there occurs a violent local process of multiphonon emission giving rise to the phenomenon of the coherent hole capture creating an exciton, which collapses rapidly with a new emission of phonos, resulting therefore, in the electron-hole recombination without luminescent irradiation.

Neste trabalho desenvolvemos um estudo detalhado do processo de síntese e preparação de cristais de Bi IND 2 Te IND 3 e (Bi IND (l-x)Sb IND x) Te IND 3, bem como uma abordagem qualitativa sobre a variação do coeficiente Seebeck em função do comprimento destes cristais. Preparamos cristais com condutividade tipo-p e tipo-n pela técnica de Bridgman em um sistema com gradiente de temperatura axial fixo (29 °C/cm), e em outro em que este parâmetro poderia ser alterado facilmente. Os cristais de telureto de bismuto tipo-p preparados no primeiro equipamento foram axialmente homogêneos em composição e coeficiente Seebeck, cuja intensidade média medida foi de 220 V/K. Os tipo-n apresentaram uma fase rica em telúrio em todo o seu comprimento e uma diminuição gradativa do coeficiente Seebeck. O aparecimento desta fase pode ser associado à instabilidade da interface sólido-líquido ou a um processo de superresfriamento constitucional localizado. Por outro lado, em nenhum dos cristais de Bi IND 2 Te IND 3 e (Bi IND (l-x)Sb IND x) Te IND 3, com condutividade tipo-p e n preparados no segundo sistema, houve presença da fase rica em telúrio e o máximo valor do coeficiente Seebeck foi superior ao relatado na literatura. / ln this work, a detailed study on the synthesis and crystal growth process of Bi2Te3 e (Bi(l-x)Sbx)2 Te3 was carried out. The dependence of the Seebeck coefficient variation on the length crystal has been discussed in a qualitative way. P-type and n-type crystals were grown by the Bridgman technique using two different systems. In one system the axial temperature gradient was fixed, while in the other it could be adequately changed. The p-type bismuth tellurides grown in the first equipment were axially homogeneous in composition and Seebeck coefficient. Its average measured value was about 220 V/K. The n-type bismuth telluride presented a tellurium-rich phase in all of its extension and a decreasing Seebeck coefficient. The tellurium-rich phase can be related to solid-liquid interface instability or a constitucional supercooling. On the other hand, no Te-rich phase was detected in Bi2Te3 e (Bi(l-x)Sbx)2Te3 crystals grown in the second equipment. The maximum measured Seebeck coefficient of these materials was higher than the literature reported ones.

Neste trabalho investigamos as propriedades óticas de poços quânticos de GaAs/GaAlAs, crescidos no Laboratório de Novos Materiais Semicondutores (LNMS) do Instituto de Física da USP com a técnica de MBE (\"Molecular Beam Epitaxy\"), utilizando as técnicas experimentais de foto luminescência (PL) e fotoluminescência-excitação (PLE). Analisamos duas amostras de poços quânticos não dopados crescidas sob diferentes condições experimentais e com diferentes parâmetros estruturais. As amostras têm a mesma largura nominal de poço (Lw ~c I 00 Á) e diferem em outros parâmetros, sendo que os mais importantes destes são a largura nominal da barreira (L,,) e a interrupção do crescimento nas interfaces de GaAs/GaAlAs. A amostra #241 (#419) obtida com interrupção de crescimento (sem interrupção de crescimento) tem largura nominal da barreira L\"= 500 Á(Lh c\" 300 Á) / In this work we investigated the optical properties of GaAs/GaAlAs quantum wells grown by MBE (Molecular Beam Epitaxy) at the Laboratório de Novos Materiais Semicondutores (LNMS) do Instituto de Física da USP, using photoluminescence and photoluminescence-excitation techniques. Two non-intentionally doped samples grown under difterent experimental conditions and with dift\'erent structural limit were analysed. The samples had the same nominal quantum well width (Lw = I 00 Â) but different nominal barrier width (Lb) and the growth-intenuption time at the interfaces. The sample #241 (#419) was grown with (without) growth-interruption at both interfaces of the quantum well and has nominal barrier width ~. = 500 Â (Lb = 300 Â)

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CaBAl glasses are chemically stable, present easy glass formation, show excellent mechanical and thermal properties, have a good transparency and wide range of transparency at wavelengths from visible to near infrared. Among the trivalent RE ions, Sm3+ ion is one of the widely used ions with applications in high-density optical storage, under sea communication and color display. Its emitting level 4G5/2 exhibits relatively high quantum efficiency and also shows different quenching emission channels, that can be used in new light sources, fluorescent displays devices, UV-sensor and visible lasers. Samples of CaBAl glass with composition of (25-x)CaO-50B2O3-15Al2O3-10CaF2- xSm2O3, with Samarium concentration varying from 0.5 to 7 wt%, were prepared by using melt-quenching method in air atmosphere. The samples were prepared with different concentrations of Sm2O3, aiming understanding how the dopant changes the structural, thermal, optical and spectroscopic properties. X-ray diffraction results confirm the amorphous nature of these samples. The measured volumetric density showed an increase with Sm2O3 doping. The Raman and FTIR results confirm the structural change of the samples showing the presence of BO3, BO4 and non-bridging oxygens structural unity. The hardness increases with the dopant increasing. From DTA analysis was observed an increase of Tg, Tx values for all samples with the increase of Sm2O3. The refractive index do not vary within the error bar with the increase of Sm2O3. The absorption bands were attributed to Sm3+ transitions from the ground state 6H5/2 to the various excited states. The luminescence spectra present emission bands assigned to the appropriate electronic f-transitions of Sm3+ ions, there are four emission bands at 565, 602, 649 and 710 nm. The maximum intensity of luminescence at room temperature was obtained with 2wt% sample of Sm2O3 and decreasing up this concentration. The luminescence intensity presented a decrease with the increase of the temperature for all studied samples. The experimental lifetime decrease with the increase of Sm2O3. The results point out this glass system as a good candidate to be used in the development of photonics devices. / Os vidros cálcio-boroaluminato (CaBAl) são uma importante classe de materiais ópticos devido às suas diversas aplicações, entre elas, como meio ativo para lasers de estado sólido. Vidros CaBAl são quimicamente estáveis, apresentam uma facilidade de formar vidro, além disso, possuem excelentes propriedades mecânicas e térmicas e uma ampla janela de transparência, do visível ao infravermelho próximo, o que o torna interessante para diversas aplicações. Dentre todos os íons terras-raras, o íon Sm3+ é um dos mais atraentes quando se diz respeito a propriedades fotoluminescentes. Vidros contendo íons de Sm3+ têm despertado grande interesse devido principalmente às suas aplicações em armazenamentos ópticos de alta densidade, LED’s, lasers sintonizáveis, sensores de temperatura e displays coloridos. Nesta pesquisa, amostras do vidro CaBAl com composição (25-x)CaO-50B2O3-15Al2O3-10CaF2-xSm2O3, e concentração de Samário variando de 0,5 a 7 % em massa, foram preparadas usando o método convencional meltquenching em atmosfera a ar. A dopagem com Samário visa entender como o dopante altera as propriedades estruturais e térmicas do vidro base, assim como estudar as propriedades ópticas e espectroscópicas do vidro dopado. Os resultados de difração de raios X confirmaram a natureza amorfa das amostras. Os resultados das medidas de densidade mostraram um aumento nos valores com o aumento da concentração de Sm2O3. Os resultados de Raman e FTIR confirmaram a mudança estrutural das amostras mostrando a presença de unidades estruturais BO3, BO4 e oxigênios não ligados. A dureza do material aumentou com o acréscimo de dopante. Por meio da análise de DTA observou-se um aumento da Tg e Tx com o aumento da concentração de samário para todas as amostras. O calor específico do material não apresentou diferenças significativas, dentro do erro experimental, para as amostras dopadas até 7% em massa. O índice de refração não variou, dentro da margem de erro, com o aumento da concentração do dopante. As bandas de absorção óptica observadas foram atribuídas às transições do íon Sm3+, do seu estado fundamental 6H5/2 para vários estados excitados. Os espectros de luminescência indicaram as bandas de emissão características do íon Sm3+ em 565, 602, 649 e 710 nm. A intensidade máxima da luminescência em temperatura ambiente foi obtida com a amostra com 2%, em massa, de Sm2O3, diminuindo à medida que a concentração de Sm2O3 aumenta. A intensidade da luminescência diminuiu com o aumento da temperatura para todas as amostras avaliadas. O tempo de vida experimental diminui com o aumento da concentração de Sm2O3. Os resultados indicam que este sistema vítreo é um bom candidato para ser utilizado no desenvolvimento de dispositivos fotônicos.

Desenvolvemos nesse trabalho investigações teóricas relativas ao comportamento de defeitos nativos e da impureza de berílio na rede do nitreto de boro cúbico (c-BN). Entre os defeitos nativos estudamos as vacâncias de nitrogênio e de boro, bem como o anti-sítio de nitrogênio. Concernente ao berílio, analisamos esse átomo nas posições substitucionais e intersticiais (tetraédricas) do cristal. Os resultados obtidos foram utilizados na interpretação de dados experimentais sobre esses centros disponíveis na literatura. Estudamos para cada um desses sistemas e, complementarmente, para o cristal perfeito, propriedades eletrônicas e estruturais. Do ponto de vista de estados eletrônicos, analisamos o comportamento dos níveis de defeito (ou impureza), enquanto que referente aos aspectos estruturais, encontramos a configuração atômica dos respectivos centros, com as correspondentes energias de formação. Através dos resultados encontrados, ratificamos o berílio como candidato natural a dopagem tipo p do c-BN e formulamos um modelo para a descrição da transição em torno de 1 eV encontrada experimentalmente nesse composto. Mostramos ainda a possibilidade do surgimento da cor azul que o berílio provoca no nitreto de boro estar associada a essa impureza substituindo o nitrogênio na rede cristalina. No que se refere ao anti-sítio de nitrogênio, verificamos que este centro não segue o comportamento metaestável apresentado pelo anti-sítio de arsênio em GaAs, comportamento este sugerido como sendo universal nos compostos semicondutores do grupo III-V. Concomitante a esses resultados obtidos, resulta de nosso projeto a demonstração da viabilidade do emprego do método Full-Potential Linear Augmented Plane Waves - FLAPW - para o estudo de defeitos e impurezas em semicondutores. Mostramos, pela primeira vez, que o método FLAPW é eficiente e rigoroso na investigação desses sistemas. Utilizando supercomputadores de última geração, definimos as condições essenciais para que o método se aplique de forma confiável para estes estudos. / We have developed in this work theoretical investigations related to the behavior of native defects and beryllium as an impurity in the lattice of cubic boron nitride (c-BN). Among the native defects, we have studied the vacancies of nitrogen and boron, as well as the antisite of nitrogen. As far as the beryllium impurity is concerned we analysed this atom in the substitutional and interstitial (tetrahedral) lattice positions and we compared these results with the reported experimental data. For each of these systems and for the perfect BN crystal we calculated electronic and structural properties. Related to the electronic properties, we investigated the behavior of the defect (or impurity) states as well as the structural aspects. We found the atomic configuration of each center and its corresponding formation energy. Our results confirm that beryllium is a p-type dopant in c-BN, as previously suggested and a model is proposed which describes the electronic transition at about 1 eV measured in the compound. We also show that the blue calor exibited by beryllium doped c-BN can be associated with this impurity in the nitrogen site of the cristaline lattice. Finally we verified that the nitrogen antisite does not show the metaestability in this semiconductor thus contradicting the predicted universal behavior of this center in III-V compound semiconductors. Simultaneously emerges from our work the demonstration that the Full-Potential Linear Augmented Plane Waves FLAPW is a powerful tool to study defects and impurities in semiconductors. We have shown for the first time that the FLAPW method is efficient and accurate to be applied in such systems. Using new generation supercomputers, we have investigated the conditions required for the method to give reliable results.