Orientador: Jaime Frejlich / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T11:06:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_TatianeOliveirados_D.pdf: 7708751 bytes, checksum: 103a28dbd9feff06d3555a0fc88ad4b7 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Foi realizado o estudo de novos materiais fotorrefrativos através das técnicas Fotocon-dutividade Resolvida por Comprimento de Onda e Speckle-foto-fem. Dentre esses materiais encontram-se titanosillenitas com diferentes dopantes e os materiais fotorrefrativos do grupo II-VI como o telureto de c'admio (CdTe) e telureto de zinco (ZnTe), também dopados, e cujo interesse está no fato de terem uma banda proibida menor que as sillenitas, e serem bem mais rápidos que as sillenitas. O modelo matemático que descreve o efeito foto-fem com um padrão de "speckle" oscilante e de grande amplitude foi desenvolvido, tornando-se o modelo mais completo até hoje existente. O novo modelo prêve o aparecimento de um máximo no sinal de speckle-foto-fem para um determinado valor da amplitude normalizada sobre o tamanho do speckle d , em conformidade com os resultados experimentais. Verificou-se também, que a posição deste máximo depende fortemente da relação entre a condutividade no escuro e fo-tocondutividade (Rd). Através da técnica Fotocondutividade Resolvida por Comprimento de Onda foi estudado as amostras de BTO puro e dopado, CdTe e ZnTe dopados, onde foi possível identificar alguns estados localizados dentro da banda proibida destes materiais. A partir disto, alguns cristais, como o BTO, Cdte:V e CdTe:Ge foram selecionados para os experimentos de medidas de vibrações transversais utilizando a técnica speckle-foto-fem. Os experimentos de speckle-foto-fem foram, pela primeira vez, utilizados para caracterizar materiais fotorrefrativos, a partir da determinação do tempo de resposta e da estimativa da condutividade no escuro. / Abstract: A study of new photorefractive materials was performed through the techniques of wa-velength resolved photoconductivity and Speckle-photo-fem. Among this materials are the titanosillenites with different dopants and the group II-IV Photorefractive materials like the Cadmium telluride (CdTe) and the Zinc telluride (ZnTe), also doped, which are interesting for having a band gap smaller than that of the sillenites, and for being a lot faster than the sillenites. The mathematical model that describes the Photo-emf effect with an oscillating and high amplitude speckle pattern was developed, becoming the most complete model in existence. The new model predicts the presence of a maximum in the signal of speckle-photo-emf for a determined value of the amplitude normalized over the size of the speckle d , in conformity with the experimental results. Was also verified that the position of this maximum is strongly depen-dent on the relation between the dark conductivity and photoconductivity (Rd). Through the technique of wavelength resolved photoconductivity the samples of pure and doped BTO, CdTe and ZnTe were studied and it was possible to identify some localized states inside the band gap of those materials. From that, some crystals like the BTO, CdTe:V and CdTe:Ge were se-lected for the experiments on transversal vibration measurement using the Speckle-photo-emf technique. The speckle-photo-emf experiments were, for the first time, used to characterize photorefractive materials, from the determination of the response time and the estimate of their dark conductivity. / Doutorado / Ótica / Doutora em Ciências

Orientador: Newton Cesário Frateschi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T11:19:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jarschel_PauloFelipe_M.pdf: 3096320 bytes, checksum: f09830dd682d577e43058480d256c5a1 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A radiação eletromagnética em Terahertz (THz) situa-se na faixa de 1012 Hz, com comprimentos de onda associados variando de 30 µm até 3 mm. É possível então usar esta radiação para investigar propriedades físicas de materiais que requerem uma definição desta ordem. Além de aplicações na espectroscopia, estes comprimentos de onda são capazes de penetrar em papel, tecidos, pele e até neblina atmosférica, gerando um grande interesse em sistemas de segurança, medicina e aviação 1. Neste trabalho será apresentado o desenvolvimento de emissores de Terahertz baseados em SI-GaAs (GaAs Semi-Isolante), incluindo uma discussão detalhada da teoria desta emissão, descrição dos processos de fabricação e resultados obtidos de várias amostras. Esta antena consiste em eletrodos interdigitados depositados no topo de um substrato, de forma similar a fotodetectores MSM 2. A principal diferença entre estes dois dispositivos é que no emissor é feita uma segunda metalização,"opaca " e acima da anterior, separada por uma camada isolante de Si3N4. O princípio físico básico envolvido neste dispositivo é a emissão de radiação por cargas aceleradas. A idéia é que pares elétron-buraco sejam gerados por um laser de femtossegundo incidente na amostra, que se movem rapidamente entre os eletrodos, devido à tensão aplicada. Para obter a máxima eficiência de absorção, a camada isolante também serve como anti-refletora para o laser. A segunda metalização possui um papel essencial, pois ela garante que todos os portadores são acelerados no mesmo sentido, possibilitando então a interferência construtiva no campo distante (Far-Field) 3. Considerando a grande dificuldade de obtenção de lasers com pulsos de femtossegundos no período deste trabalho, utilizamos nosso dispositivo para a geração de ondas na faixa de MHz a partir de um laser pulsado eletronicamente, para verificação do princípio. Muito boa concordância entre nossa simulação e as medidas foi obtida. No entanto, deve-se observar que as propriedades da onda gerada neste caso são mais dependentes do pulso óptico em si do que da velocidade do dispositivo. De toda forma, o resultado mostra que o princípio de geração de ondas de rádio a partir de pulsos ópticos foi demonstrado com sucesso com nosso dispositivo. / Abstract: Terahertz electromagnetic radiation (THz) is situated around 1012 Hz in the electromagnetic wave spectrum, with associated wavelengths varying from 30 µm to 3 mm. It is possible then to use this radiation to investigate physical properties of materials that requires a definition of this order. Besides spectroscopy applications, these wavelengths are capable of penetrating deep into paper, skin, clothes, and even atmospheric fog, generating a great interest in using it for security systems, medicine and aviation¹. In this work, the development of Terahertz emitters based on photoconductive SI-GaAs (Semi-Insulator GaAs) will be presented, including a detailed discussion on the theory of this emission, description of the fabrication processes and results obtained from various samples. This antenna consists on interdigitated finger electrodes deposited on the top of a substrate, similar to MSM Photodetectors². The main difference between these two devices is that on our emitter,a second "opaque " metallization is done on top of the previous,separated by a Si3N4 dielectric layer. The basic physical concept involved in this device is radiation emission from accelerated charges. The idea is to generate electron-hole pairs by an incident femtosecond laser, which rapidly move between the electrodes, due to the bias voltage applied. To have maximum absorption efficiency, the insulating layer also serves as an anti-reflective coating for the pump laser. The second metallization plays an essential role, for it ensures that all carriers are accelerated in the same direction, thus allowing constructive interference on the far-field³. Giving the unavailability of a femtosecond laser for this work, we have used our device to generate radio waves in the MHz range using an electronically driven laser source. Very good agreement between our simulation and the results was obtained. One should note that in this case the emitted radiation is more dependent upon the optical pulse shape than the device speed itself. Nevertheless, our results show we have successfully demonstrated the generation of radio waves from optical pulses using our device. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

In this project the evolution of resistivity under light exposition in materials like rare earth metal-oxy-hydrides is studied. These materials observe a decrease of the resistance when exposed under the light of a 19,5 W power lamp, and slowly tend to return to their initial resistance. After having developed a resistance measurement setup, the photoconductivity of different samples (Gd, YHO) was measured in function of the oxygen concentration and in different conditions such as the face of illumination.

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Organic π-conjugated Donor-Acceptor copolymers are emerging as potential candidate materials for organic field effect transistor (OFET) and organic photovoltaic (OPV) applications. The electron-deficient benzothiadiazole group coupled with an electron-rich oligothiophene to form donor-acceptor copolymers has attracted significant attention. These low optical band gap materials absorb photons in the range of 400-800 nm and exhibit good thermal stability. In particular, poly(benzothiadiazole-sexithiophene) (PBT6) exhibits excellent performance in optoelectronic devices and high thermal stability. Here, we present the chemical synthesis and characterization of the polymer, PBT6. Three samples of PBT-6 with differing molecular weights in the range of Mn 18000-45000 Da were synthesized. Each polymer was characterized with respect to its photophysical, thermal properties and field-effected mobility was determined. Devices were prepared by drop-casting polymer solutions in 1,2-dichlorobenzene (DCB) onto an OFET (bottom gate/bottom contact) substrate and the devices were used to examine the charge transport properties of each polymer system. The optimal solvent to be used for processing technique was determined and surface techniques using OTS-8 and OTS-18 were compared through contact angle measurements. The measured charge carrier mobilities were in the range of 0.45-0.6 cm² / V.s. Polymer films prepared via drop-casting and which were thermal annealed exhibit mobilities as high as 0.825 cm² / V.s. This work examines the effect of molecular weight on the charge carrier transport properties and demonstrates the correlation of performance with molecular ordering. Drop-casted films of PBT-6 exhibit highly ordered crystalline lamellar structure with high degree of π- π stacking with edge-on orientation on the substrate. The longer conjugation lengths promote intrachain charge transfer. This high degree of molecular ordering in high MW samples of PBT6 improves the interchain and intrachain charge transfer leading to enhanced mobilities. The increased molecular weight (MW) facilitates in forming more uniform thin films which is vital in processing and application of polymer thin film technologies. These results and observations clearly demonstrate the potential of PBT-6 as a semiconducting material for Optoelectronic devices.

We present an improved model of charge carrier photogeneration in π-conju- gated polymers with weak intermolecular interactions based on the model of Arkhipov. It includes quantum effects affecting the creation of charge transfer states, which occurs as an intermediate step in the free charge carrier photo- generation process. The electrostatic potential between the electron and the hole and transfer integrals needed for the calculation of the potential barrier for the charge transfer state dissociation are calculated quantum-chemically. We apply our model on experimental data of the charge carrier photogenera- tion efficiency in poly[1-trimethylsilylphenyl,2-phenyl]acetylene to explain its dependence on applied electric field. We eliminate several problems of the previous model. We are able to fit experimental data with just one set of parameters in the whole interval of the applied electric field. We do not have to consider several intervals of the electric field separately as in the previous work and reduce the number of needed parameters to three. Key words π-conjugated polymers, charge carrier photogeneration, photoconductivity 1

Esta tese de doutorado é resultado do estudo da fotocondutividade em materiais poliméricos, com particular enfoque em diodos poliméricos com camada ativa de derivados do poli (p-fenileno vinileno) (PPV): OC10-PPV, SY e MEH-PPV, em estrutura tipo sanduíche (ITO/polimérico/Metal) de camada única, utilizando eletrodos metálicos com diferentes funções trabalho depositados sobre o mesmo filme. Para isso, foi necessária a realização de todas as etapas de fabricação de dispositivos orgânicos, como descritas neste trabalho, para obter resultados com o máximo de reprodutibilidade, bem como o domínio das técnicas de caracterização. As propriedades ópticas dos filmes poliméricos foram analisadas através dos espetros de absorção e de fluorescência estacionária na região do visível. O comportamento fotocondutivo dos dispositivos foi realizado através de medidas de corrente-tensão (I-V) e da espectroscopia de fotocorrente no estado estacionário em regime dc sob incidência de luz com diferentes comprimentos de onda, ora através do ITO, ora através dos eletrodos metálicos semitransparente, para o dispositivo sob diferentes valores de tensões aplicadas. A variação desses parâmetros permitiu verificar como estes influenciam na fotogeração e no transporte de portadores de cargas e assim adaptar e aplicar um modelo teórico que levasse em consideração o campo elétrico aplicado para ajustar a fotocorrente obtida experimentalmente, obtendo informações sobre as propriedades de fotocondutividade dos materiais estudos. / This thesis is a study about photoconductivity in polymeric materials, in particular diodes with single-layer sandwich structure derivates of poly(para-phenylene vinylene) (PPV): OC10-PPV, SY and MEH-PPV. Different metallic electrodes were deposited on the same polymeric layer. Therefore, it was necessary to realize the devices fabrication process step by step as well to dominate the characterization techniques. The optical properties of polymeric film were analyzed through the absorption and emission spectrum in the visible region. The photoconductivity behavior was studied by dc current-voltage (I-V) and photocurrent action spectra through the absorption and emission spectrum in the visible region. The photoconductivity behavior was studied by dc current-voltage (I-V) and photocurrent action spectra through the both side of device under applied voltages. The variation of these parameters allowed verifying how are influencing in the charge carrier photo-generation and the charge transport and then to adapt and apply a theoretical model wich considers the electric field applied to fit the photocurrent action spectra of devices. The values of the parameters allow to survey important about photoconductivity properties of the materials

Neste trabalho, a estrutura eletrônica de poços quânticos de GaAs/In IND.0.15 Ga IND.0.85As/GaAs com dopagem planar de silício na barreira superior foi investigada utilizando-se medidas de Shubnikov-de Haas em função do tempo de iluminação, observou-se que uma quantidade significativa de elétrons estava faltando na região ativa (formada pela camada de InGaAs e pela região delta-dopada) de todas as estruturas analisadas. Um efeito fotocondutivo persistente (que persiste pelo menos 27 horas depois que a excitação óptica é desligada) foi observado em todas as amostras. Durante o processo de iluminação, portadores são liberados pela iluminação e fortes modificações nas mobilidades quânticas das sub-bandas foram observadas. Uma analise fenomenológica dos dados é apresentada, baseada em cálculos autoconsistentes da estrutura eletrônica dos sistemas analisados. / In this work, the sub-band electronic structure of de GaAs/In IND.0.15 Ga IND.0.85As/GaAs quantum wells with a Si delta-doped layer in the top barrier was investigated by Shubnikov-de Haas measurements as a function of the illumination time of the samples. Before the exposure of the heterostructure to any illumination time, we observed that a significant quantity of electrons was missing in the active region (consisting of the quantum well formed by the InGaAs layer and the Si delta-doped region) of all the analyzed structures. A persistent photoconductivity effect (which persisted at least for 27 hours after the optical excitation was turned off) was observed in all samples. During the illumination process, carriers are released by illumination and strong modifications on the quantum mobilities of the sub-bands were observed. A phenomenological analysis of the data is presented based on the self-consistent calculations of the electronic structure of the analyzed systems.

Os polímeros conjugados têm sido objeto de estudo nos últimos vinte anos devido à grande variação observada em sua condutividade quando sob dopagem química. A maioria dos polímeros dessa família passa de isolante, quando não dopados ou fracamente dopados, a bons condutores de eletricidade quando fortemente dopados. Em dopagens intermediárias apresentam um comportamento semicondutor, inclusive efeitos de fotocondução, fotovoltagem e luminescência. Nesse trabalho exploramos algumas dessas propriedades, mais comuns aos semicondutores inorgânicos, e mostramos que é possível obter dispositivos eletrônicos e/ou optoeletrônicos com os polímeros orgânicos. Em estruturas de diodos, tipo Schottky e pin, fabricamos e caracterizamos dispositivos fotovoltaicos com polianilina e poli(o-metoxianilina). Nesses materiais, sob fraca dopagem foi observado um efeito de fotocondução negativa. Já com o poli(2-metoxi, 5-hexiloxi-1,4fenileno vinileno) fabricamos e caracterizamos células fotovoltaicas e mostramos que esse tipo de estrutura permite a fabricação de um dispositivo reversível: fotovoltaico e eletroluminescente. / Conjugated polymers have been extensively studied in the last twenty years due to their high conductivity variation under doping. They are insulating materials when non-doped or weakly doped and good conductors when strongly doped. In intermediate doping concentration they behave as semiconductors, exhibiting photoconduction, photovoltaic and luminescent effects. In this work we explore some of these properties and we show that metoxyaniline), using Schottky and pin structures, were fabricated and characterized. These materiaIs, when weakly doped, showed a negative photoconductivity. Schottky diodes were also fabricated with poly (2¬methoxy, 5-hexyloxy, 1-4 phenylene-vynilene) and besides the photovoltaic effect this device exhibited the reversible eletroluminescent effect.