Thesis (Ph. D.)--West Virginia University, 1999. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains ix, 165 p. : ill. (some col.). Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 118-122).

Thesis (Ph. D.)--West Virginia University, 2010. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains xiii, 115 p. : ill. (some col.). Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 95-99).

Thesis (Ph. D.)--West Virginia University, 2006. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains xiii, 120 p. : ill. (some col.). Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 114-120).

Os compostos semicondutores ternários, dentre eles o Ga1-xInxSb, têm sido objeto de interesse de pesquisadores e da indústria microeletrônica devido à possibilidade de ajuste da constante de rede, assim como a correspondente modificação da banda proibida de energia e do intervalo de emissão e absorção óptica, com a variação da fração molar de x. A flexibilidade destas propriedades estruturais torna este composto apropriado como substratos para epitaxias de outros compostos ternários e quaternários, na formação de mono e heterojunções. A maneira mais econômica para obtenção de substratos de materiais semicondutores é através do crescimento de cristais a partir da fase líquida. Porém, os parâmetros que regem a obtenção de lingotes de Ga1-xInxSb com qualidade comercial, a partir da fase líquida, ainda não estão bem definidos. O índio tende a segregar para o líquido, pois seu coeficiente de segregação é menor que a unidade (k < 1), resultando num perfil composicional variado ao longo do lingote. Como os binários GaSb e InSb apresentam configurações de defeitos intrínsecos que originam condutividades de tipos opostos, tipo p e tipo n, respectivamente, a mudança na composição da liga, durante o crescimento, provavelmente resulta na modificação da concentração de cada um destes defeitos. A dopagem com telúrio consiste numa alternativa para minimizar a segregação do índio e diminuir a densidade dos defeitos pontuais, melhorando a qualidade estrutural de cristais de Ga1-xInxSb obtidos através do método Bridgman convencional. Desta forma foram crescidos cristais ternários Ga1-xInxSb, com e sem agitação do líquido durante a síntese, com fração molar inicial de índio de 10% e 20%, alguns deles dopados com 1020 átomos/cm3 de telúrio, pelo método Bridgman vertical. A caracterização estrutural em termos de formação de defeitos lineares, interfaciais e volumétricos foi realizada através de imagens obtidas por microscopia óptica, eletrônica de varredura e de transmissão. A homogeneidade composicional e distribuição de fases foi avaliada através de medidas de espectroscopia por dispersão de energia. Medidas de resistividade e efeito Hall foram utilizadas para a caracterização elétrica, enquanto que a transmitância óptica e a banda proibida de energia foram avaliadas por espectrometria FTIR. Os padrões de difração obtidos através da microscopia eletrônica de transmissão foram utilizados para avaliar a cristalinidade das amostras e determinar o parâmetro de rede. Os resultados obtidos indicam que o telúrio atua de forma compensatória, minimizando a segregação de índio e contribuindo para a homogeneidade composicional e redução de defeitos, principalmente de discordâncias. Além disso, altera a condutividade do Ga1-xInxSb para tipo n, mesmo em frações molares de In inferiores a x = 0,5, diminuindo o número de cargas positivas na rede atribuídas aos defeitos tipo GaSb e VGaGaSb e, desta forma, aumenta a concentração de portadores de carga e reduz a resistividade. Na condição de alta dopagem, reduz a transmitância óptica no infravermelho e aumenta a banda proibida de energia através do efeito Burstein-Moss. A avaliação de cristais de Ga1-xInxSb, dopados e não dopados, crescidos pelo método Bridgman convencional contribuiu para o entendimento do comportamento de dopantes em compostos semicondutores ternários. / Ternary compound semiconductors, including Ga1-xInxSb, have been subject of interest of researchers and microelectronics industry because of the possibility of adjusting the lattice constant, as well as the corresponding modification in the band gap energy, and in the optical absorption and emission range, by varying the mole fraction x. The flexibility of their structural properties makes this compound suitable as substrates for epitaxy of other ternary and quaternary compounds, in the formation of mono- and heterojunctions. The most economical way to obtain semiconductor substrates is by crystal growth from the liquid phase. However, the parameters governing the outcoming of Ga1-xInxSb ingots with commercial quality, from liquid phase, are not well defined. Indium tends to segregate to the liquid, since its segregation coefficient is less than the unity (k < 1), resulting in a varied compositional profile along the ingot. As the binary GaSb and InSb have intrinsic defects configurations that originate opposite conductivities, type p and type n, respectively, the change in the alloy composition, while growing, probably results in a modification of the concentration on each of these defects. Doping with tellurium is an alternative to minimize the indium segregation and decrease the density of point defects, therefore improving the structural quality of Ga1-xInxSb crystals obtained through the conventional Bridgman method. Thus, ternary Ga1-xInxSb crystals were grown by vertical Bridgman method with and without stirring the melt during the synthesis, with 10% and 20% initial molar fraction of indium and some of them were tellurium-doped at 1020 atoms/cm3. The structural characterization regarding linear, interfacial, and volumetric defects formation was performed by using images obtained through optical, scanning and transmission electron microscopy. The compositional homogeneity and phase distribution was assessed by energy-dispersive spectroscopy measurements. Resistivity and Hall Effect measurements were used for the electrical characterization, while the optical transmittance and the band gap energy were examined by FTIR spectroscopy. Diffraction patterns obtained by transmission electron microscopy were used to evaluate the crystallinity of the samples and determine the lattice parameter. The results indicate that tellurium acts in a compensatory way, minimizing indium segregation and contributing to the compositional homogeneity and defect reduction, especially in dislocations. In addition, it changes the conductivity of Ga1-xInxSb to n-type, even in mole fraction of In lower than x = 0.5, reducing the number of positive charges on the network assigned to GaSb and VGaGaSb defects, thus increasing the concentration of charge carriers and reducing the resistivity. In high doping condition, it reduces the optical transmittance in the infrared region and increases the energy of the band gap by the Burstein-Moss Effect. The evaluation of Ga1-xInxSb crystals, doped and undoped, grown by the conventional Bridgman method contributed to the understanding of dopants behavior in ternary compound semiconductors.

Os compostos semicondutores ternários, dentre eles o Ga1-xInxSb, têm sido objeto de interesse de pesquisadores e da indústria microeletrônica devido à possibilidade de ajuste da constante de rede, assim como a correspondente modificação da banda proibida de energia e do intervalo de emissão e absorção óptica, com a variação da fração molar de x. A flexibilidade destas propriedades estruturais torna este composto apropriado como substratos para epitaxias de outros compostos ternários e quaternários, na formação de mono e heterojunções. A maneira mais econômica para obtenção de substratos de materiais semicondutores é através do crescimento de cristais a partir da fase líquida. Porém, os parâmetros que regem a obtenção de lingotes de Ga1-xInxSb com qualidade comercial, a partir da fase líquida, ainda não estão bem definidos. O índio tende a segregar para o líquido, pois seu coeficiente de segregação é menor que a unidade (k < 1), resultando num perfil composicional variado ao longo do lingote. Como os binários GaSb e InSb apresentam configurações de defeitos intrínsecos que originam condutividades de tipos opostos, tipo p e tipo n, respectivamente, a mudança na composição da liga, durante o crescimento, provavelmente resulta na modificação da concentração de cada um destes defeitos. A dopagem com telúrio consiste numa alternativa para minimizar a segregação do índio e diminuir a densidade dos defeitos pontuais, melhorando a qualidade estrutural de cristais de Ga1-xInxSb obtidos através do método Bridgman convencional. Desta forma foram crescidos cristais ternários Ga1-xInxSb, com e sem agitação do líquido durante a síntese, com fração molar inicial de índio de 10% e 20%, alguns deles dopados com 1020 átomos/cm3 de telúrio, pelo método Bridgman vertical. A caracterização estrutural em termos de formação de defeitos lineares, interfaciais e volumétricos foi realizada através de imagens obtidas por microscopia óptica, eletrônica de varredura e de transmissão. A homogeneidade composicional e distribuição de fases foi avaliada através de medidas de espectroscopia por dispersão de energia. Medidas de resistividade e efeito Hall foram utilizadas para a caracterização elétrica, enquanto que a transmitância óptica e a banda proibida de energia foram avaliadas por espectrometria FTIR. Os padrões de difração obtidos através da microscopia eletrônica de transmissão foram utilizados para avaliar a cristalinidade das amostras e determinar o parâmetro de rede. Os resultados obtidos indicam que o telúrio atua de forma compensatória, minimizando a segregação de índio e contribuindo para a homogeneidade composicional e redução de defeitos, principalmente de discordâncias. Além disso, altera a condutividade do Ga1-xInxSb para tipo n, mesmo em frações molares de In inferiores a x = 0,5, diminuindo o número de cargas positivas na rede atribuídas aos defeitos tipo GaSb e VGaGaSb e, desta forma, aumenta a concentração de portadores de carga e reduz a resistividade. Na condição de alta dopagem, reduz a transmitância óptica no infravermelho e aumenta a banda proibida de energia através do efeito Burstein-Moss. A avaliação de cristais de Ga1-xInxSb, dopados e não dopados, crescidos pelo método Bridgman convencional contribuiu para o entendimento do comportamento de dopantes em compostos semicondutores ternários. / Ternary compound semiconductors, including Ga1-xInxSb, have been subject of interest of researchers and microelectronics industry because of the possibility of adjusting the lattice constant, as well as the corresponding modification in the band gap energy, and in the optical absorption and emission range, by varying the mole fraction x. The flexibility of their structural properties makes this compound suitable as substrates for epitaxy of other ternary and quaternary compounds, in the formation of mono- and heterojunctions. The most economical way to obtain semiconductor substrates is by crystal growth from the liquid phase. However, the parameters governing the outcoming of Ga1-xInxSb ingots with commercial quality, from liquid phase, are not well defined. Indium tends to segregate to the liquid, since its segregation coefficient is less than the unity (k < 1), resulting in a varied compositional profile along the ingot. As the binary GaSb and InSb have intrinsic defects configurations that originate opposite conductivities, type p and type n, respectively, the change in the alloy composition, while growing, probably results in a modification of the concentration on each of these defects. Doping with tellurium is an alternative to minimize the indium segregation and decrease the density of point defects, therefore improving the structural quality of Ga1-xInxSb crystals obtained through the conventional Bridgman method. Thus, ternary Ga1-xInxSb crystals were grown by vertical Bridgman method with and without stirring the melt during the synthesis, with 10% and 20% initial molar fraction of indium and some of them were tellurium-doped at 1020 atoms/cm3. The structural characterization regarding linear, interfacial, and volumetric defects formation was performed by using images obtained through optical, scanning and transmission electron microscopy. The compositional homogeneity and phase distribution was assessed by energy-dispersive spectroscopy measurements. Resistivity and Hall Effect measurements were used for the electrical characterization, while the optical transmittance and the band gap energy were examined by FTIR spectroscopy. Diffraction patterns obtained by transmission electron microscopy were used to evaluate the crystallinity of the samples and determine the lattice parameter. The results indicate that tellurium acts in a compensatory way, minimizing indium segregation and contributing to the compositional homogeneity and defect reduction, especially in dislocations. In addition, it changes the conductivity of Ga1-xInxSb to n-type, even in mole fraction of In lower than x = 0.5, reducing the number of positive charges on the network assigned to GaSb and VGaGaSb defects, thus increasing the concentration of charge carriers and reducing the resistivity. In high doping condition, it reduces the optical transmittance in the infrared region and increases the energy of the band gap by the Burstein-Moss Effect. The evaluation of Ga1-xInxSb crystals, doped and undoped, grown by the conventional Bridgman method contributed to the understanding of dopants behavior in ternary compound semiconductors.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:36:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 03663.pdf: 2365322 bytes, checksum: 0692ed0d4b16ccfb98d632cec8b1dc1d (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Neste trabalho estudamos defeitos pontuais em cristais de NaCl + NaF contendo diversos íons divalentes e em especial o íon Pb++. As técnicas usadas foram as de I.T.C. e absorção ótica. Identificamos três novos defeitos e novos agregados de Pb++. Um modelo microscópico para os defeitos observados foi proposto. Dois dos novos picos de I.T.C. são identificados como relaxação do mesmo defeito constituído do íon divalente e um íon F- em sua proximidade. Pela primeira vez observou-se a conversão da relaxação dielétrica de um íon divalente isolado para a de uma posição perturbada. Os íons F- funcionam como armadilhas eficientes para a difusão do íon Pb++. O efeito do raio iônico sobre a relaxação desses defeitos foi observado e discutido. Atribuiu-se tentativamente a um par de vacâncias ao pico de I.T.C. de mais baixa temperatura / This work report results on the study of point defects in NaCl + NaF single crystals doped with several divalent ions and with more details for Pb++ ions. I.T.C. and u.v. spectroscopy were the used techniques. Three new relaxation peaks were found as well as large aggregates of Pb++ and F- ions. A microscopic model for the observed defects is proposed. Two of the new I.T.C. peaks called B and C, are identified as dielectrics relaxation of one defect - its transverse and the longitudinal relaxation modes. This defect is made of one divalent ion one F anion as its close neighbor and one vacancy. For the first time it was observed the conversion of a Pb++ ion from a normal to a perturbed lattice site. The F anions are efficient traps for divalent ion diffusion. The effect of divalent ion radius on the dielectric relaxation of these perturbed defects was observed and discussed. The lower temperature peak is tentatively attributed to relaxation of a divacancy - a pair of positive and negative vacancy bound together

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:36:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 03663.pdf: 2365322 bytes, checksum: 0692ed0d4b16ccfb98d632cec8b1dc1d (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

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GaN holds significant potential as a material for vertical p-n diodes, enabling the realization of devices with reverse breakdown voltages of 5 kV or higher. Carbon serves as the primary compensating dopant in the growth process, incorporated into GaN during metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) growth. The level of carbon incorporation depends on several factors, including growth rate, ammonia flow, temperature, pressure, and trimethylgallium (TMGa) flow. Through guided empirical modeling, it was demonstrated that the carbon incorporation in GaN growth could be predicted using a single parameter based on the ratio of ammonia flow to the growth rate. This model accurately predicts carbon concentrations ranging from 1x1017 to 5x1014 cm-3 while allowing for maximized growth rates. Other extrinsic dopants have either been reduced below the threshold of consideration or modeled using similar single-parameter relationships. By identifying the dominant extrinsic dopants and accounting for them, an intrinsic defect with a concentration of 2.2x1015 cm-3 was identified. By combining these relationships, growth conditions for n-GaN were optimized, resulting in electron concentrations as low as 1x1015 cm-3. Leveraging these techniques, p-n diodes were grown, achieving a reverse breakdown voltage as high as 3.1 kV. / Doctor of Philosophy / Power electronic devices based on vertical GaN have the potential to revolutionize applications such as electric vehicles, solar charging systems, and the smart grid. However, there are significant materials challenges that need to be addressed in order to realize these devices. They must be extremely pure and extremely thick. Unfortunately, the primary source of these materials also contains carbon, which can negatively impact purity. To overcome this challenge, an empirical model for the growth process has been developed. This model enables independent control over the carbon source and the removal of carbon, using a single parameter. By leveraging this model, it becomes possible to optimize the trade-off between high purity, high growth rates, and ideal electronic properties. Using these techniques, devices were grown with next-generation levels of performance at minimal time and cost.