Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5114.pdf: 4151684 bytes, checksum: 11d14e6f06cb8d9868c839655afeced3 (MD5) Previous issue date: 2013-04-11 / In this work, we studied the influence of surface charges on the properties (especially electronic transport) of semiconductor nanowires and nanobelts via computer simulations and also they were compared to experimental results. After a brief introduction over possible applications of nanowires and nanobelts and a discussion of the processes of growth and device building for characterization of the structures, the theoretical foundations required for the development of models and equations used to determine the electronic properties of some structures of interest were presented. The first developed model takes into account the effects of charges distributed randomly on the surface of structures and shows their contribution to confinement and electron distribution in the nanostructures. This idea was applied to In2O3 nanobelts based devices and showed that the presence of surface charges pushes electrons to the center of nanobelt, making the electron-electron scattering mechanism important in electron transport. This behavior was also observed experimentally through a resistance-temperature experiments where was observed a decreasing resistance for T < 77K. This behavior was observed in nanobelts presenting smaller width and disappearing with increasing dimensions of the nanobelt. Roughly speaking, calculation results agree with the experimental ones confirming that disorder leads to a superficial random potential which in turn, controls the electron flow in the nanobelt. In view of the above results, a model was developed to study the influence of the superficial disorder in the formation of metal-semiconductor interfaces required to build a real device. In this new model, we studied the effect of surface charges on the profile of the conduction band of a germanium nanowire device on which usual Schottky and Ohmic contacts were defined. Again the results show that the presence of the random potential leads to localization of surface charges, generating the so-called surface states, which in turn alters the profile of the conduction band in every direction of the nanowire. As a result some changes in the calculated electric current were observed. The main influence of surface states is the changing the transport mechanism: from thermionic emission to diffusion of carriers. Various current-voltage (I-V) curves were then simulated at different temperatures and investigating the evolution of the transport mechanisms with the variation of the surface state density, we observed a decrease of the value of Schottky barrier height. Experimental values of Schottky barrier height obtained from fitting I-V curves for germanium nanowire devices are satisfactorily close to the results that we have obtained for a surface states density of 1013cm&#1048576;2. With this model is possible to determine both the dominant mechanism of current transport and also the barrier height and density of surface states characteristics of the device. / Neste trabalho foi estudada a influência que cargas superficiais exercem nas propriedades (especialmente de transporte eletrônico) de nanofios e nanofitas semicondutores através de simulações computacionais e comparação com resultados experimentais. Após uma breve introdução sobre as possíveis aplicações de nanofios e nanofitas e uma discussão dos processos de crescimento e construção de dispositivos para caracterização das estruturas, foram apresentadas as bases teóricas necessárias para o desenvolvimento dos modelos e equações utilizadas para a determinação de algumas propriedades eletrônicas das estruturas de interesse. O primeiro modelo desenvolvido leva em conta os efeitos de cargas distribuídas aleatoriamente na superfície das estruturas e mostra sua contribuição ao confinamento e distribuição de elétrons. Esta idéia foi aplicada a dispositivos baseados em nanofitas de In2O3 e mostrou que a presença de cargas superficiais empurra os elétrons para o centro da nanofita, tornando o espalhamento elétron-elétron importante no transporte eletrônico. Este comportamento foi também observado experimentalmente através de uma curva resistência-temperatura decrescente para T < 77K em nanofitas de menor largura, efeito que desaparece com o aumento das dimensões da nanofita. De maneira simples os resultados dos cálculos concordam com os resultados experimentais confirmando que a desordem superficial leva a um potencial aleatório que controla o fluxo de elétrons na nanofita. Tendo em vista os resultados anteriores foi desenvolvido um modelo para o estudo da influência da desordem superficial na formação das interfaces metal-semicondutor necessárias para a construção de um dispositivo. Neste modelo foi estudado o efeito das cargas superficiais no perfil da banda de condução de um nanofio em um dispositivo usual com contatos Schottky e Ôhmico definidos em um nanofio de germânio. Novamente os resultados mostraram que a presença do potencial aleatório superfícial leva à localização de cargas gerando os chamados estados de superfície, que por sua vez alteram o perfil da banda de condução em todas as direções do nanofio. Como resultado a corrente elétrica calculada no dispositivo apresentou mudanças que mostram a influência dos estados de superfície na alteração do mecanismo de transporte de corrente dominante: de emissão termiônica para difusão. Foram então simuladas várias curvas de corrente-voltagem (I-V) para diferentes temperaturas, e acompanhando a evolução do mecanismo de transporte com a variação da concentração superficial dos estados de superfície, observou-se um decrescimento do valor de altura de barreira Schottky. Valores experimentais de altura de barreira Schottky obtidos pelo ajuste de curvas I-V para dispositivos de nanofios de germânio estão satisfatoriamente próximos ao resultado que obtivemos para uma concentração superficial de estados de superfície de 1013cm&#1048576;2. Com este modelo pode-se determinar tanto o mecanismo dominante de transporte de corrente como também a altura de barreira e a densidade de estados superficiais característicos do dispositivo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5854.pdf: 14195993 bytes, checksum: 19640a691a1e2821c9ce47972881f15b (MD5) Previous issue date: 2014-03-14 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work we studied some of the structural features and transport in nanostructured metal oxides synthesized by the vapor -solid mechanism (VS) aiming their application in high performance devices. The structural properties of the used samples [In2O3, SnO2 and SnO2 doped with fluorine (FTO)] were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and X- ray dispersive energy spectroscopy (EDX). All these techniques confirmed the monocrystalline character which was obtained by the method used for the synthesis process. Concerning the electronic transport properties, a common property for all samples was detected: the conduction mechanism was the variable range hopping. Invariably, such as mechanism is attributed to the presence of a small degree of electronic disorder in samples but which is not enough to induce the localization of all carriers. As an observable result, samples behaved as semiconductors. Specifically, in In2O3 samples the analysis of temperature dependent resistivity allowed us to determine parameters such as the localization length, also determining the dimensionality of the electronic system. Although not intentionally doped, the samples exhibited an appreciable density of electrons due to the amount of oxygen vacancies. Experiments performed with micro-sized sample, unpublished in literature, provided data on mobility and carrier density and their dependence on temperature, determining the dominant scattering process: for ionized impurities (low temperature) and acoustic phonon (high temperatures). The used approach avoids common errors in extraction of those kinetic parameters using devices like field effect transistors, serving as a versatile platform for the direct investigation of electronic properties in nanoscale materials. Samples of SnO2, monocrystalline and not intentionally doped (but with a little influence of oxygen vacancies) also showed a semiconducting behavior guided by the hopping mechanism in a wide temperature range (60-300 K). The presence of a potential barrier in the samples surface lead us to a detailed analysis of the performance metal-semiconductor (SnO2) junctions which was performed using different approaches: thermionic emission , statistical (Gaussian) distribution of Schottky barriers and a double Schottky barrier model. From these, we obtained a fairly detailed description of system providing parameters such as the barrier height (0B ~ 0,42 eV) and the ideality factor (n ~ 1, 05) comparable to the values obtained under conditions of ultra- high vacuum. These samples were used in field effect transistors that exhibited interesting characteristics for applications such as mobility of 137 cm2/Vs. Finally, FTO samples in which we could act on the doping level were explored. Samples showed a monocrystalline character and again a semiconductor behavior was evidenced by the hopping conduction mechanism. With the introduction of dopants on oxygen sites, devices showed an additional effect when a dispersion of nanobelts was used: a negative temperature resistivity coefficient for T < 15 K. We show that this behavior fits in the theory of weak localization in a system of weak disorder. Devices with a single nanobelt has a much smaller chance to exhibit the same behavior as a function of its dimensions. This result is general as suggested by the data: only the intrinsic disorder contributes to the transport mechanism, while the extrinsic one (the dispersion of nanobelts) not contributes. Finally, field effect transistors were constructed showing better mobility parameters for applications. Another original contribution of this work was the determination of an intrinsic parameter for the different materials which is only estimated by theoretical calculations in the literature: the density of states which should be used as reference in literature. / Neste trabalho foram estudadas algumas das características estruturais e de transporte em oxidos metalicos nanoestruturados sintetizados pelo mecanismo vapor-sólido (VS) com vistas a aplicaçao em dispositivos de alto desempenho. As nanoestruturas usadas [In2Ü3, SnO2 and SnO2 dopado com flúor (FTO)] foram caracterizadas quanto às suas propriedades estruturais por difracao de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersao de energia de raios-X (EDX), comprovando o caróter mono-cristalino que pode ser obtido pelo metodo empregado para o processo de síntese. Quanto às propriedades de transporte eletrônico, um comportamento apresentou-se como uma propriedade geral em todas as amostras estudadas: o mecanismo de conduçao atraves de hopping de alcance variível. Invariavelmente esse tipo de conducao e atribuído à presenca de um pequeno grau de desordem eletronica nas amostras, nao suficiente para a loca-lizacao de todos os portadores. Como resultado observível, as amostras comportaram-se como semicondutores. Especificamente, nas amostras de In2O3, a anílise da resistividade em funçao da temperatura permitiu a determinacao de parâmetros como o comprimento de localizaçcãao e, portanto, determinando a dimensionalidade do sistema eletrôonico das amostras. Embora nãao dopadas intencionalmente, as amostras exibiram uma densidade de eletrons apreciavel em funcão da quantidade de vacôncias de oxigenio. Experimentos realizados com microfitas, ineditos na literatura, forneceram dados sobre a mobilidade e densidade de portadores e sua dependôencia com a temperatura, determinando o processo de espalhamento predominante: por impurezas ionizadas (baixas temperaturas) e fonons acusticos (altas temperaturas). A abordagem usada evita erros comuns na extraçao de parâmetros cineticos via dispositivos como transistores de efeito de campo, servindo como uma plataforma versatil para a investigacao direta de propriedades eletronicas em materiais em nanoescala. Amostras de SnO2, monocristalinas, não dopadas intencionalmente (e com pequena influencia da presenca de vacancias) tambem mostraram comportamento semicondutor guiado pelo mecanismo hopping em uma ampla faixa de temperatura (60300 K). Devido à observacao da presenca de uma barreira de potencial na superfície das amostras, uma analise detalhada da performance de junçoes metal-semicondutor (SnO2) foi realizada usando diferentes abordagens: emissao termiônica, distribuicao estatística (Gaussiana) de barreiras Schottky e modelo de dupla barreira Schottky. Destas, chegou-se a uma descriçcaão bastante completa para o sistema, fornecendo parôametros como altura de barreira (0B ~ 0,42 eV) e fator de idealidade (n ~ 1, 05) comparíveis a parâmetros obtidos em condicçoães de ultra-alto-vaícuo. Destes dispositivos foram construídos transistores de efeito de campo que apresentaram características interessantes para aplicacçãoes como, por exemplo, mobilidade de ~ 137 cm2/Vs. Finalmente, exploraram-se amostras de FTO nas quais se pôde atuar sobre o nível de dopagem. As amostras apresentaram um carâter mono cristalino e novamente um comportamento semicondutor foi evidenciado pelo mecanismo de conduçao hopping. Com a introducao de dopantes nos sítios de oxigenio, os dispositivos mostraram alem do mecanismo semicondutor um efeito adicional quando uma dispersãao de nanofitas foi usada: uma resistividade com coeficiente negativo de temperatura para T < 15 K. Mostramos que esse comportamento se encaixa na teoria de localizacao fraca quando o principal mecanismo de espalhamento e a interaçao eletron-eletron. Dispositivos com uma unica nanofita tem uma chance muito menor para apresentar o mesmo comportamento em funcão de suas dimensões. Esse resultado e geral como sugerem os dados: somente a desordem intrínseca contribui para o mecanismo de transporte, enquanto que a desordem extrínseca, da dispersao de nanofitas, nao contribui. Finalmente, transistores de efeito de campo foram construídos mostrando melhores parâmetros de mobilidade. Tambem, como um ponto forte deste trabalho, para todos os sistemas estudados determinou-se um parâmetro intrínseco aos materiais e somente estimado por calculos teóricos na literatura: a densidade de estados, que de forma geral, pode ser usada como uma referencia na literatura.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2847.pdf: 4261056 bytes, checksum: 63327b86f7f4260929f02341e1e0ca39 (MD5) Previous issue date: 2010-03-02 / Universidade Federal de Sao Carlos / The growth and characterization of semiconductor nanowires systems have attracted increasing interest due to their potential technological application, like, photo-detectors, optoelectronic devices and their promising features for quantum information processing and photonic applications. The goal of this work is the characterization of properties of semiconductor nanowires. The study was started within the framework of classical electrodynamics and this model for light-scattering was contrasted with experimental results from the photoluminescence. This classical model has been published in the literature without a concrete discussion and its application range is often not compatible with the analyzed experimental phenomenology. Thus, we have introduced quantum elements to elucidate a consistent phenomenology with the results obtained in the experiments. Through the k.p method, using in particular the Luttinger Hamiltonian, the effects of biaxial confinement and strain were analyzed in the valence band of semiconductor nanowires. This study was complemented with the description of optical properties. For the conduction band states, we were able to introduce the spin-orbit interaction since analytical results, successfully obtained from the simulation of the valence band, could be directly used in this new calculation. / Os estudos recentes, tanto da síntese quanto da caracterização, de sistemas de nanofios semicondutores se tornaram atraentes devido sua importância tecnológica na construção de fotodetectores, dispositivos opto-eletrônicos e seu uso potencial no processamento de informação quântica e aplicações fotônicas. O presente trabalho propõe a caracterização de propriedades de nanofios semicondutores. Iniciou-se o estudo nos marcos da eletrodinâmica clássica, no qual o espalhamento da luz foi contrastado com resultados experimentais de fotoluminescência encontrados na literatura. Os modelos clássicos aparecem na literatura sem uma discussão procedente e seus marcos de aplicação muitas vezes não são compatíveis com a fenomenologia experimental analisada. Assim, nos foi possível introduzir elementos quânticos para elucidarmos uma fenomenologia coerente com os resultados obtidos pelos nossos colaboradores experimentais. Através do método k.p, em particular pelo Hamiltoniano de Luttinger, analisamos os efeitos do confinamento biaxial e de strain na banda de valência de nanofios semicondutores. Complementando a abordagem de propriedades óticas, finalizamos esta dissertação analisando os efeitos da interação spin-órbita na banda de condução, uma vez que os resultados analíticos, satisfatoriamente obtidos para o estudo da banda de valência, poderiam ser utilizados nesse novo cálculo.

Orientador: Mônica Alonso Cotta / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T18:21:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_DouglasSoaresde_M.pdf: 3151118 bytes, checksum: 954bfe85e80e3ae53e5e5c87d10aa961 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O estudo em nanofios semicondutores é crescente, seja pelo grande potencial de aplicações previsto para eles, seja para entender a dinâmica de formação dessas nanoestruturas. Entretanto, estes dois elementos estão ligados, pois é necessário entender o processo de síntese dos nanofios semicondutores para utilizar todo o seu potencial para aplicações. Neste trabalho, crescemos e estudamos nanofios de fosfeto de índio. Os nanofios foram crescidos pela técnica vapor-líquido-sólido em uma câmara de crescimento epitaxial por feixe químico (CBE). Através de microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão, obtivemos dados para análise dos nossos resultados. Os parâmetros de crescimento utilizados foram escolhidos de forma que nossos nanofios apresentassem um número bastante significativo de falhas de empilhamento. Utilizamos também nanopartículas catalisadoras muito pequenas (~5nm). Nosso resultado principal foi uma nova morfologia para nanofios. Obtivemos nanofios com variações periódicas de diâmetro sem modificar os parâmetros durante o crescimento. Sendo a distância entre essas variações de diâmetro crescente com o inverso do fluxo do precursor de índio (Trimetil-índio) fornecido durante o crescimento. Análise por microscopia eletrônica de transmissão nos mostrou que essas oscilações periódicas de diâmetro estão associadas com um aumento muito grande no número de falhas de empilhamento e mudanças na fase cristalográfica, de wurtzita para blenda de zinco. Esta morfologia foi modelada por nós como a nanopartícula englobando parcialmente a lateral do nanofio periodicamente durante o crescimento. Nosso modelo é baseado em considerações sobre a competição entre as rotas de incorporação de índio durante o crescimento, as condições termodinâmicas para a nucleação na linha de três fases e estabilidade mecânica da nanopartícula sobre o nanofio durante o crescimento / Abstract: The study of semiconductor nanowires is growing, either due to the great potential for applications or to understand the dynamics of formation of these nanostructures. However, these two elements are linked since it is necessary to understand the synthesis of semiconductor nanowires in order to use all its potential for applications. In this work, we studied and grew nanowires of indium phosphide. These nanowires were grown by the vapor-liquid-solid method on a chemical beam epitaxy (CBE) chamber. They were studied by scanning and transmission electron microscopy. The growth parameters used were chosen so that our NWs presented a significant number of stacking faults and very small (~5nm) catalyst nanoparticles (NPs). Our main result was the observation of a new NW morphology. We have obtained NWs with periodical variations in diameter without any changes in growth parameters during the run. The distance between these oscillations depends almost linearly on the inverse of the Indium precursor flow (TMI) provided during growth. Analysis by transmission electron microscopy has shown that the periodic oscillations in diameter are associated with a very large increase of SF densities and crystallographic phase changes, from Wurtzite to Zinc Blende phase. We have modeled the formation of this morphology as the NP partly wetting the NW sidewalls periodically during growth. Our model is based in considerations of competition between the routes of incorporation of indium during growth, the thermodynamic conditions for nucleation at the three-phase line and mechanical stability of the NP on the NW during growth / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Fernando Iikawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T10:28:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gadret_EvertonGeiger_M.pdf: 38585296 bytes, checksum: 3da598e65313d603b738c440498d2858 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho foram estudadas as propriedades ópticas de nanofios de InP crescidos pelo método Vapor-Liquid-Solid (VLS) no sistema Chemical Beam Epitaxy (CBE) através da técnica de micro-fotoluminescência variando parâmetros de medida, tais como potência de excitação, polarização do sinal emitido e temperatura da amostra. Devido à formação de politipismo (InP nas fases cúbica, do tipo blenda de zinco (ZB), e hexagonal, do tipo wurtzita (WZ)) esta estrutura se torna interessante sob o ponto de vista das propriedades ópticas, devido às interfaces InP¿ZB/InP¿WZ do tipo II. Notamos que há poucas informações na literatura a respeito da estrutura eletrônica do InP na fase wurtzita porque esta fase só foi relatada em nanofios. Concentramos, assim, nossa investigação sobre a estrutura eletrônica de nanofios que contenham ambas as fases. Identificamos emissões ópticas dos poços quânticos tipo II em nanofios de InP assim como emissões envolvendo impurezas aceitadoras rasas e recombinação no gap do InP¿WZ. A emissão óptica dos poços quânticos tipo II é dominante a baixas temperaturas, abaixo de 100K, e está entre 1,44 e 1,46eV a 10K. O comportamento desta emissão como função da temperatura, potência de excitação e polarização da luz está de acordo com a estrutura proposta e é confirmada por imagem de microscopia eletrônica de transmissão (TEM). A emissão óptica da impureza rasa está ~ 43meV abaixo da emissão do poço quântico, valor bem próximo do carbono aceitador no InP na fase cúbica. A emissão óptica associada ao InP¿WZ em 1,49eV (10K) foi observada a temperaturas de 10K a 300K, em concordância com resultados relatados na literatura. Observamos também transição óptica relacionada a portadores localizados nas barreiras dos poços quânticos a temperaturas mais altas, acima de 150K. / Abstract: Optical properties of InP nanowires grown by Vapor-Liquid-Solid (VLS) method in a Chemical Beam Epitaxy system were investigated by using micro-photoluminescence spectroscopy varying experimental parameters such as excitation power, emitted signal polarization and sample temperature. Due to polytypism (InP in cubic, zincblende (ZB), and hexagonal, wurtzite (WZ) phases), this structure becomes interesting by the point of view of optical properties, due to type¿II InP¿ZB/InP¿WZ interfaces. We have noticed that there are few informations in the literature about electronic structures of InP in wurtzite phase, because this phase has been only reported in nanowires. We focused, thus, our investigation about electronic structure of nanowires having both structural phases. We identified optical emissions from type II quantum wells in InP nanowires as well as emissions involving shallow acceptor impurities and InP¿WZ gap recombination. The type II quantum well optical emission is dominant at low temperatures, below 100K, which is in 1,44 ¿ 1,46eV range at 10K. This emission behavior as function of temperature, excitation power and light polarization is in agreement with the proposed structure and is supported by transmission electronic microscopy (TEM) imagem. The shallow impurity emission is ~ 43meV below the quantum well emission, a value close to the carbon acceptor in InP in cubic phase. The optical emission associated to the InP¿WZ at 1,49eV (10K) was observed from temperatures of 10K to 300K, in agreement with results reported in literature. We also observed an additional optical transition related to the carrier localized at the barriers of the quantum wells at at high temperatures, above 150K. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientadores: Fernando Iikawa, Odilon Divino Damasceno Couto Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-29T15:53:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MirandaLaHera_VladimirRoger_M.pdf: 7239733 bytes, checksum: 1e843140547afd4fb68e666db8a03911 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Neste trabalho foram estudadas as propriedades ópticas de nanofios (NWs) semicondutores InAsP/InP na fase Wurzita, crescidos pelo método Vapor-Liquid-Solid (VLS) no sistema Chemical Beam Epitaxy (CBE). As medidas ópticas foram realizadas por espectroscopia de fotoluminescência em ensembles e nanofios individuais, por macro e micro-fotoluminescência. O interesse pelas ligas de InAsP é que elas apresentam energia do gap na faixa de infravermelho próximo, uma faixa espectral utilizada para a tecnologia de telecomunicações bem como em fabricação de detetores de compostos de carbono nocivos, pois eles apresentam absorção óptica nessa faixa. Além disso, InAsP na forma de estruturas na escala nanométrica, em particular, em NWs, além de ter a fase cúbica estável, que ocorre em todos os fosfetos e arsenetos de compostos III-V, a fase hexagonal wurtzita é também observada. A maioria de suas propriedades na estrutura wurtzita não ainda foi investigada em detalhes. Os nanofios heteroestruturados contendo InAsP e InP na fase wurtzita não são bem conhecidos também. O ponto principal desta tese é, portanto, investigar as propriedades ópticas desses compostos na forma de nanofios, que estão na fase wurtzita, e estudar a emissão óptica destas heteroestruturas, onde envolve o efeito de confinamento quântico, o qual pode ser utilizado para sintonizar o comprimento de onda da emissão. Investigamos NWs de ligas de InAsP com três composições diferentes, mudando o fluxo de arsina e fosfina, que foram crescidos usando três tamanhos de nanopartículas de catalizadores de Au diferentes de 2, 5 e 20 nm. Observamos que a forma do nanofio depende do tamanho de nanopartículas de Au. Para menores tamanhos, obteve-se uma forma de torre, enquanto que para o maior, a forma de agulha. A concentração de P é de cerca de 50% estimada por espectroscopia de fotoluminescência e de energia dispersiva de raios-X. A emissão óptica é de cerca de 1.5 µm, adequada para aplicação em dispositivos de telecomunicações. Nos NWs heteroestruturados de InAsP/InP, investigamos as amostras com tempos de inclusão diferentes de InAsP (2, 5, 10, 20 e 40 s) no InP, e elas foram crescidas com diferentes tamanhos de nanopartículas de Au (2, 5 e 20 nm) utilizadas como catalisador. Nessas amostras, todos os nanofios apresentam a forma de uma agulha. Os espectros de macro e micro-fotoluminescência mostram fortes emissões ópticas atribuídas à camada de InAsP e variam entre 800-1000 nm. A energia de emissão depende da quantidade de InAsP de acordo com o efeito de confinamento quântico. Também, observamos várias linhas estreitas nos espectros de micro-fotoluminescência de nanofios individuais atribuídos aos estados localizados das camadas InAsP. Essas linhas são provenientes de duas regiões, sendo uma delas da camada de InAsP axial catalisado e uma segunda, da camada lateral de InAsP devido ao crescimento epitaxial. Este resultado mostra que os NWs de InAsP/InP apresentam alta qualidade cristalina e são sistemas promissores para a aplicação em dispositivos ópticos / Abstract: In this work, we studied the optical properties of wurtzite phase InAsP alloy nanowires (NWs) and InAsP/InP heterostructure nanowires grown by Vapor-Liquid-Solid (VLS) method in a Chemical Beam Epitaxy (CBE) system. The optical measurements were carried out by photoluminescence spectroscopy in ensemble and single NWs by macro and micro-photoluminescence techniques. The interest for InAsP alloys is that they present gap energy in the near infra-red, a spectral range commonly used for the telecommunication technology as well as for harmful carbon compounds detection sensors, since their optical absorption is in the same energy range. Furthermore, the InAsP in nanoscale structures, in particular, in NWs, in addition to the stable cubic phase, which occurs in all other phosphide and arsenide III-V compounds, hexagonal wurtzite phase is also observed. Most of the properties of their wurtzite structure has not been investigated in details yet. The heterostructure NWs containing InAsP and InP in wurtzite phase are not deeply known as well. The main purpose of this thesis is, therefore, to investigate the optical properties of this compounds in NW forms, which present wurtzite phase, and to study the optical emission from the heterostructures, where the quantum confinement effect can also be used to tune the emission wavelength. We investigated InAsP alloy NWs with three compositions changing the arsine and phosphine flux and they are grown using three sizes of Au-nanoparticle catalyst, 2, 5 and 20 nm. We note that the NW shape depends on the Au-nanoparticle size. For small size, a tower-like shape was observed, while for large one, the needle-like one. The P content of the samples is around the 50 % estimated by the photoluminescence and by Energy-Dispersive X-ray spectroscopy. The optical emission is around 1.5 µm, appropriate for telecommunication device applications. For InAsP/InP heterostructure NWs, we investigated samples with different InAsP time deposition (2, 5, 10, 20 and 40 s) onto the InP and they were grown with different Au-nanoparticle size (2, 5 and 20 nm) used as catalyst. In these samples, all nanowires present needle-like shape. The macro and micro-photoluminescence spectra show strong optical emissions in 800-1000 nm range attributed to the InAsP layer emissions. The emission energy depends on the amount of InAsP according to the quantum confinement effect. We observed several sharp lines in the micro-photoluminescence spectra of single NWs attributed to the localized states of the InAsP layers. They come from two regions, one of them from the axial catalyst InAsP layer and second one, from the lateral InAsP epitaxial growth layer. The result shows that the InAsP/InP heterostructures NWs grown by VLS method in the CBE system present high crystal quality and are promising structure for optical device applications / Mestrado / Física / Mestre em Física / 1247651/2013 / CAPES

Orientadores: Lisandro Pavie Cardoso, Marco Sacilotti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T18:38:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chiaramonte_Thalita_D.pdf: 12073771 bytes, checksum: d01b6c585fd5556757aea0542ecf63f2 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Os nitretos (Ga, Al, In)N assim como os compostos GaInP, GaCuO2, representam um sistema de materiais muito importante para as aplicações em opto-eletrônica e dispositivos tais como os diodos emissores de luz (LEDs), lasers e nanosensores. Entretanto, o requisito essencial para as aplicações industriais desses materiais é a redução em seus tamanhos. Neste trabalho foram crescidos materiais metálicos formados por nitretos de gálio e também de semicondutores do tipo GaInP, GaCuO2 na forma de estruturas 3D, pela técnica de deposição química de organometálicos em fase vapor (MOCVD). Foi utilizado como precursor organometálico (OM) o trimetil gálio Ga(CH3)3e o nitrogênio N2 como gás portador. A temperatura e a pressão foram controladas durante o crescimento variando entre 500 e 750 o C e 100 a 760 Torr, respectivamente. Duas classes de estruturas 3D foram obtidas a partir da decomposição total ou parcial do gás pre-cursor, devido a interação entre o OM e o substrato que gera diferentes morfologias: i) as ligas metálicas (Ga, Al, In) formando estruturas semelhantes a balões, cetros (hastes com terminações esféricas) e neurônios, todos apresentando uma fina membrana de carbono amorfo que reveste a estrutura. Após o crescimento, estas estruturas foram submetidas ao processo de nitretação sob atmosfera de NH3 para transformá-las em micro/nanocristais de GaN; ii) os fios semicondutores micro/nanométricos com uma esfera metálica em sua terminação (bambus e cetros) . Na formação de ambas as estruturas, os precursores OM são como moléculas catalisadoras do crescimento. Este crescimento é considerado como um método alternativo e original para se obter estruturas 3D. Uma possível associação com o modelo apresentado pelo mecanismo de crescimento Vapor-Líquido-Sólido (VLS), que utiliza uma partícula metálica para promover os nanotubos de carbono e os nanofios semicondutores, ainda está em discussão. Informações estruturais e ópticas dessas novas estruturas crescidas sobre substratos de Cu (grade de difração), Si (001), InP (policristalino) e Al/SiO2/Si (fotolitografia) foram obtidas através da caracterização por difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão em alta resolução, espectroscopia por energia disper-siva, catodoluminescência e a espectroscopia de excitação por dois fótons. Nas amostras nitretadas, micro/nano cristais de GaN obtidos da liga de Ga aparecem impregnados no carbono turbostrático (folhas de carbono sem orientação obtidas do amorfo) que revestem as estruturas, e emitem na região do espectro l £ 365 nm, devido às suas dimensões quânticas. As hastes das estruturas do tipo bambus apresentam nódulos formados por discos monocristalinos de GaInP rotacionados de 60 o um em relação ao outro. Óxidos CuGaO2 e CuGa2O4compondo nanofios, denominados cetros, também foram obtidos / Abstract: Nitride (Ga, Al, In)N as well as GaInP, GaCu O2 compounds represent a very important class of materials to be used in the opto-electronic and devices applications such as light emission diodes (LEDs) lasers and nanosensors. However, the essential requirement to the industrial applications of these materials is the reduction in theirs sizes. In this work 3D structures based on gallium nitride and also GaInP, GaCuO2 semiconductors were grown by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) technique. Trimethyl-gallium Ga(CH3) was used as the metal-organic (MO) precursor and nitrogen N2as carrier gas. During the growth to the temperature and pressure intervals of 500 - 700 oC and 100 - 760 Torr, respectively. Two 3D material classes were obtained from the total or partial precursor gas decomposition, since the interaction between the MO compound and the substrate gives rise to different morphologies: i) (Ga,In,Al) metallic alloys form ballons, scepters (wires with spherical ends) and neurons like structures, all involved by a thin carbon amorphous membrane. After growth, these structures were turned into GaN micro/nanocrystals by nitridation process under NH3 atmosphere; ii) micro/nanometer semiconductor wires with a metallic sphere at its end (bamboos and scepters). In order to form both structures, the MO precursors are taken as a catalyst molecule of the growth process. This is an alternative and original method to obtain 3D structures and a possible association to the model used in the vapour-liquid-solid (VLS) growth mechanism, in which a metallic particle promotes the carbon nanotubes and semiconductors nanowires is still under discussion. Structural and optical informations on these new structures grown on Cu (diffraction grid), Si(001), InP (polycrystalline) and Si/Al (photolithography) substrates were obtained through the characterization by X-ray diffraction, scanning electron microscope, high resolution transmission electron microscopy, en-ergy dispersive x-rays, cathodoluminescence and two photon excitation. In the nitrided samples, GaN micro/nanocrystals obtained from Ga alloy appear embedded in the turbostratic carbon (C sheets at random obtained from the amorphous) which involves the structures and, they emit in the l £ 365 nm region specter, due to their quantum dimensions. The bamboo rods present nodes consisting of GaInP single crystal discs turned by 60o one with respect to the other. The CuGaO2 and CuGa2O4 oxides compounding nanowires, called scepters, also were obtained. / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5844.pdf: 11430873 bytes, checksum: b80a5790a9ebf6ae63ff48e52968ae60 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / Universidade Federal de Sao Carlos / O crescimento e caracterização de sistemas de heteroestruturas semicondutoras quasi-unidimensionais têm atraído grande interesse devido à sua potencial de aplicação tecnológica, como foto-detectores, dispositivos opto-eletrônicos assim como seu para o processamento de informação quântica e aplicações em fotônica. O objetivo desta tese é o estudo das propriedades de transporte eletrônico e de spin em sistemas semicondutores quasi-unidimensionais, especificamente trataremos de nanofios (NWs) homogêneos, NWs acoplados, NWs do tipo plano-geminado (TP), diodos de tunelamento ressonante (ETD) e cadeias de pontos quânticos (QDCS). Escolhemos o método k-p, particularmente o Hamiltoniano de Luttinger, para descrever os efeitos de confinamento e tensão biaxial. Este sugeriu uma modulação do caráter do estado fundamental que, complementada com a dinâmica fônons fornecidas pelas simulações da Dinâmica Molecular (MD), permitiu a descrição da modulação da mobilidade de buracos por emissão ou absorção de fônons. Em relação ao sistema de NWs acoplado,estudamos, através do método da matriz de transferência (TMM), as propriedades de transporte de elétrons e spin sob a interação de spin-órbita (SOI) de Eashba, localizada na região de acoplamento entre fios. Foram consideradas várias configurações de tensões de gate (Vg) aplicadas nos fios. Desse modo, compreendemos a modulação do transporte de spin quando esse é projetado no direção-z através da combinação do SOI e das dimensionalidades do sistema. Da mesma forma, a combinação de SOI e da Vg aplicada deu origem a modulação da polarização, quando o spin medido é projetado na mesma direção em que o SOI de Eashba atua, a direção y. Usando o TMM, exploramos as propriedades de transporte de um DBS e o efeito de uma resistência em série com o intuito de provar a natureza da biestabilidade das curvas características I V bem como o aumento de sua área com temperatura, resultados fornecidos por experimentos. O modelo indicou que aumentando da resistência pela diminuição sa temperatura aumenta a área biestável. A presença de uma hetero-junção adicional ao sistema induz uma densidade de carga nas suas interfaces. De acordo com esta configuração, a queda de tensão total do ETDS muda, podendo ser confirmada experimentalmente. A formação dos peculiares campos de deformação e sua influência sobre a estrutura eletrônicas e propriedades de transporte em superredes de TP foi estudada sistematicamente. Assim, as propriedades de transporte, de ambos os elétrons e buracos, pode ser sintonizada eficientemente, mesmo no caso de elétrons r em sistemas de blenda de zinco, contrastando com a prevista transparência de elétrons r em superredes de semicondutores III-V heteroestruturados. Além disso, constatamos que a probabilidade de transmissão para buracos da banda de valência também poderia ser efetivamente modificada através de uma tensão externa.Por fim, colaboradores sintetizaram com sucesso sistemas de QDCs de InGaAs através da epitaxia de feixe molecular e engenharia de tensão. Um comportamento anisotrópico da condutância com a temperatura foi observado em QDCs com diferentes concentrações de dopagem, medida realizada ao longo e entre os QDCs. O modelo teórico 1D de hoppíng desenvolvido mostrou que a presença de estados OD modela a resposta anisotrópica da condutância neste sistemas. / The growth and characterization of semiconductor quasi-one-dimensional heterostructure systems have attracted increasing interest due to their potential technological application, like photo-detectors, optoelectronic devices and their promising features for quantum information processing and photonic applications. The goal of this thesis is the study of electronic and spin transport properties on quasi-one-dimensional semiconductor systems; specifically, homogenous nanowires (NWs), coupled NW s, twin-plane (TP) NWs, resonant tunneling diodes (RTDs), and quantum dot chains (QDCs). The k-p method, in particular the Luttinger Hamiltonian, was chosen to describe the effects of biaxial confinement and strain. This suggested a modulation of the ground state character that, complemented with the phonon dynamics provided by Molecular Dynamics (MD) simulations, allowed the description of the hole mobility modulation by either phonon emission or absorption. Regarding the coupled NW s system, the electron and spin transport properties affected by a Rashba spin-orbit interaction (SOI) at the joined region were unveiled through the Transfer Matrix Method (TMM). Various configurations of gate voltages (Vg), applied on the wire structure, were considered. We were able to understand the modulation of the spin transport projected in the z-direction trough the combination of the SOI and the system dimensionalities. Likewise, the combination of SOI and applied Vg gave rise to a modulation of the polarization, when the measured spin is projected in the same direction where the Rashba SOI acts, the y-direction. The transport properties of a DBS and the effect of a resistance in series was explored within the TMM to prove the nature of a bistability of the I V characteristics and its enhanced area with temperature provided by the experiment. The model indicates that increasing the resistente by decreasing the temperature, the bistable area enhances. The presence of an additional heterojunction induces a sheet charge at its interfaces. Under this configuration, the total voltage drop of the RTD changes and can be confirmed experimentally.The formation of the peculiar strain fields and their influence on the electronic structure and transport properties of a TP superlattice was systematically studied. Hence, the transport properties of both electrons and holes could be effectively tuned even in the case of T-electrons of zincblende systems, contrasting to the predicted transparency of T-electrons in heterolayered III-V semiconductor superlattices. Also, the transmission probability for holes at valence band could also be effectively modified by applying an external stress. Finally, using molecular-beam-epitaxy and skillful strain engineering, systems of In-GaAs QDCs were successfully synthesized by collaborators. The QDCs with different doping concentrations showed an anisotropic behavior of the conductance, measured along and across the QDCs, with temperature. The theoretical ID hopping model developed found that the presence of OD states shapes the anisotropic response of the conductance in this system.