O presente trabalho é um estudo sobre a importância da informação dos orbitais atômicos no cálculo de propriedades optoeletrônicas de heteroestruturas semicondutoras de baixa dimensionalidade. O trabalho é dividido em duas partes: na primeira parte, é estudada a simetria de reversão temporal no hamiltoniano k . p, analisando a preservação da informação de spin presente nos orbitais atômicos. O hamiltoniano obtido é inserido na equação de massa efetiva expandida para superredes. São calculadas estruturas de bandas de alguns poços quânticos de semicondutores III-V e grupo-IV. Compara-se o novo método com os tradicionais, e então são analisadas algumas grandezas que apresentam alteração significativa entre os métodos usados; A segunda parte é composta por um estudo detalhado do potencial de troca-correlação em semicondutores dopados. A matriz que descreve este potencial é escrita usando a distribuição de portadores presentes nos orbitais atômicos da rede cristalina, e os coeficientes desta matriz foram calculados usando quatro modelos para a correção de muitos corpos, baseadas nas aproximações LDA (Local density approximation) e LSDA (Local spin density approximation), com o objetivo de comparar as diversas parametrizações. Usando o método k . p tradicional, expandido para superredes, foram simulados sistemas δ-doped e hMni-δ-doped de Si, através de um cálculo autoconsistente baseado na equação de Poisson. A magnetização dos portadores é descrita por um modelo de campo médio. Foram analisados os perfis de potencial, estruturas de bandas, polarização de portadores e espectros de fotoluminescência para determinar as diferenças entre as aproximações utilizadas. / This work is a study about the atomic orbitals information importance in the calculation of optoelectronics properties of low dimensionality semiconductors. The work is divided in two parts. In the first one, a study of the time reversal symmetry of the k . p Hamiltonian is realized analyzing the preservation of the spin information present in the atomic orbitals. The obtained Hamiltonian is applied in the effective mass equation expanded to superlattices. Some calculations of quantum wells band structures are made using III-V and group-IV semiconductors, comparing the new method with the conventional ones to obtain an analysis of the difference of some physics properties. The second part is a detailed study of the exchangecorrelation potential in doped semiconductors. The matrix coefficients are calculated using the charge distribution of the crystalline lattice atomic orbitals, applied in some LDA (Local density approximation) and LSDA (Local spin density approximation) parameterizations to compare them. Using the conventional k . p method expanded to superlattices, Si δ-doped and hMni-δ-doped systems were calculated through a self consistent calculation based on Poissons equation. The carriers magnetization is described by an average field model. The potential profiles, band structures, carrier polarization and photoluminescence spectra were analyzed to obtain the difference between the approaches.

Neste trabalho estudamos os efeitos polarônicos sobre um gás de elétrons quase bidimensional presente em heteroestruturas semicondutoras (heterojunções e poços quânticos de GaAs-AlGaAs) sob a ação de um campo magnético uniforme aplicado na direção perpendicular a interface, através de teoria de perturbação de segunda ordem. Calculamos a massa ciclotrônica considerando a interação elétron-fonon LO e os efeitos de blindagem e não parabolicidade da banda de condução do GaAs. Os resultados obtidos são comparados com recentes dados experimentais de ressonância ciclotronica e apresentam ótima concordância. Estudamos também a energia de ligação do estado fundamental de uma impureza hidrogenóide localizada no interior de um fio quântico retangular de GaAs envolvido por AlGaAs, como função das dimensões do fio para varias alturas das barreiras de variacional, usando várias formas para a função de onda tentativa do sistema. Consideramos também a contribuição polarônica a energia de ligação. Comparamos nossos resultados com recentes cálculos da energia de ligação, efetuados por outros autores. / In this work we study the polaronic effects on the two dimensional electron gas present in semiconductor heteroestructures (GaAs-AlGaAs heterojunctions and quantum wells) when a uniform magnetic field is applied perpendicular to the interface, using second order perturbation theory. By taking into account the effect of nonparabolicity and screening of the electron-fonon LO interaction the calculated effective mass is compared to the recent experimental date. Good agreement is found with available date. The binding energies of a hydrogenic impurity located in quantum well wires of GaAs surrounded by AlGaAs are calculated as a functions of the size of the wire for several values of the heights of the potential barriers and diferent positions of the impurity inside the wire. We follow a variational approach choosing several trial wave functions for the ground state. The polaronic contribution to the binding energy is considered. We compare our results with those previously obtained by other authors.

Neste trabalho estudamos a dinâmica molecular e o empacotamento em semicondutores orgânicos com diferentes tamanhos de cadeias conjugada usando uma estratégia de multi-técnicas, em particular Ressonância Magnética Nuclear (RMN), espalhamento de Raios-X de alto ângulo (WAXS), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), espectroscopia Raman e espectroscopias Ópticas de absorção UV-Vis e fluorescência. Nestes estudos utilizamos oligômeros de fluorenos, com 3, 5 e 7 unidades repetitivas e copolímeros multibloco conjugados/não-conjugados com as unidades conjugadas constituídas por unidades de fenileno de vinileno (PV) e as não-conjugadas formadas por unidades metilênicas. No estudo com oligômeros, foi mostrado que a capacidade e a forma de ordenamento das cadeias dependem do número de unidades repetitivas, com o Pentâmero possuindo uma tendência muito maior de cristalização. Essa conclusão foi suportada por cálculos teóricos ab-initio, que mostraram que a conformação de menor energia do pentâmero favorece as interações intercadeias e, portanto, o ordenamento de longo alcance. Os resultados referentes aos estudos de dinâmica molecular corroboraram essas características e mostraram que a ativação dos movimentos moleculares nas fases amorfas dos oligômeros são predominantemente dependentes dos comprimentos das cadeias oligoméricas, em concordância com o comportamento encontrado para as suas Tg´s. No estudo referente aos copolímeros multiblocos, foi encontrado que a presença dos grupos espaçadores alifáticos inibem a forte tendência de cristalização das unidades de PV, porém não impedem a agregação dessas unidades. Foi verificado que, a dispersão de tamanhos das unidades agregadas afeta fortemente as características de emissão dos copolímeros, onde a emissão nas cadeias maiores é privilegiada. No que diz respeito a dinâmica molecular, foi observado que a presença de movimentos na região alifática contribui para o aparecimento de processos de relaxação não radiativos o qual inibem a emissão dos copolímeros e provocam alargamento das bandas vibrônicas. Por fim, foi observado que movimentos isotrópicos das cadeias de PV são responsáveis pela transição vítrea dos copolímeros, sendo que as energias necessárias para ativar esses movimentos aumentam com o tamanho da cadeia. Portanto, de forma geral, nossos resultados indicam que mesmo em sistemas com comprimento de cadeias muito bem controlados, as fortes interações intermoleculares presentes em polímeros conjugados, podem tornar a morfologia em estado sólido desses sistemas bastante complexa, sendo que muitas das propriedades ópticas (e provavelmente também elétricas) são afetadas pela forma de empacotamento, desordem conformacional e térmica, além da própria constituição das cadeias. / In this dissertation we present a study of the molecular dynamics and packing in organics semiconductor with different conjugated chains lengths using a of multi-techniques approach, in particular, Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Wide Angle X-ray Scattering (WAXS), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Raman spectroscopy, UV-Vis absorption and fluorescence spectroscopy. The studies were carried-in fluorene oligomers with 3, 5 and 7 repeat units and multi-block conjugated/non-conjugated copolymers with the conjugated part formed by phenylene-vinylene units (PV) and the non-conjugated block formed by methylene units. Concerning the oligomers studies, it was shown that the ability of the chain to form ordered domains as well as the domain structure depend on the number of repeat units, with the pentamer having a higher tendency to crystallization. This conclusion was supported by theoretical ab-initio calculations, which showed that the pentamer conformation favors inter-chain interactions and therefore long-range ordering. The molecular dynamics studies support these characteristics and showed that the activation of molecular motions in oligomers amorphous phase are predominantly dependent on the oligomeric chain lengths, in agreement with the behavior observed for their glass transitions (Tg´s). In the study concerning the multi-block copolymers, it was found that presence of the aliphatic chains inhibit the strong tendency to crystallization of the PV units, but do not prevent their aggregation. It was found that the dispersion in aggregated units sizes strongly affects the copolymers emission, with the emission of larger chains being privileged. Regarding the molecular dynamics, we observed that the presence of motion on aliphatic region contributes to the appearance of non-radiative relaxation processes that inhibit the emission of the copolymers and produce broadening of the vibronic bands. Finally, we observed that isotropic motions of the PV chains are responsible for the copolymers glass transition and the energy required to activate these movements increase with length of the chain. In summary, our results indicate that even in systems with well controlled chains length, the strong intermolecular interactions present in conjugated polymers, can make the solid state morphology of these systems quite complex, which may affect many optical (and probably electric) properties are affected by the packaging structure, thermal and conformational disorder, in addition to the constitution of the chains composition.

Utilizou-se um Hamiltoniano KP (6x6) do tipo Kane para, se estudar a estrutura de bandas e níveis de Landau para heteroestruturas de semicondutores zincblende dos grupos III-V e II-VI. Os efeitos do acoplamento entre as bandas de condução e valência, da mistura dos estados da banda de valência, da não-parabolicidade dos níveis, da total degenerescência dos níveis, do warping e das descontinuidades das massas efetivas nas heterointerfaces são levados em conta. Mostrou-se que a interação entre as bandas de condução e valência não pode ser desprezada, mesmo para semicondutores de gap largo, como citado em trabalhos existentes na literatura. Para um estudo sistemático do modelo, utilizou-se um poço quântico de GaAs Ga(Al)As e então aplicou-se o modelo a um sistema de semicondutores semi-magnéticos (poço quântico de CdTe Cd(Mn)Te). / A Kane-like (6x6) KP Hamiltonian is used to study the subband structure and Landau levels for group III-V and group II-VI zincblende semiconductor heterostructures. The effects of conduction-valence band coupling, valence band states mixing, nonparabolicity of the levels, the full degeneracy of the levels, warping and effective masses discontinuities at the heterointerfaces are taken into account. It is shown that the interaction between conduction-valence bands cannot be neglected, even so the semicondutctor have wide gap, as claimed in previous work in the literature. GaAs-Ga(Al)As quantum well was used as a model for a systematic study of the effects of each effective KP parameters. Then, it was applied to the study the subband structure of semi-magnetic semiconductor system (a quantum well of CdTe-Cd(Mn)Te.

Apresentamos uma teoria para obtenção de seções de choque de espalhamento inelástico de luz via mecanismos de flutuações de densidade de carga e spin em um gás de elétrons não-uniforme formado por um sistema multi-camadas de GaAs periodicamente &#948-dopadas com concentração eletrônica relativamente alta. Os cálculos, onde estão inclusos efeitos da interação coulombiana entre os portadores, efeitos de correlação e troca dinâmicos e o acoplamento com fônons LO, foram efetuados em condições de extrema ressonância com o gap de split-off do GaAs. Em tais condições, a estrutura detalhada dos níveis de energia dos buracos de spin-split torna-se extremamente importante e é fundamental para o surgimento do espectro de partícula independente apresentado nos espectros polarizados. Este comportamento é revelado através da seção de choque de espalhamento que consiste da parte imaginária de uma função resposta constituída de um termo de caráter de partícula independente e outro de caráter coletivo. De forma a levar em conta o amortecimento das flutuações de densidade, propõe-se uma função espectral baseada na conservação da corrente local. Comparação com formas de linha experimentais disponíveis para o caso de espectros despolarizados mostram excelente concordância. No caso dos espectros polarizados a concordância se deu em nível semi-quantitativo, já que excitações de caráter coletivo obtidas experimentalmente apresentaram intensidade menor do que aquelas fornecidas pela teoria. Tal discrepância é atribuída a efeitos de desordem introduzidas no processo de dopagem e que implicam na quebra das regras de conservação de momentum. / We present a theory for the inelastic light scattering cross-section for the mechanisms of charge and spin-density fluctuations in the relatively high concentration of the non-uniform electron gas of a multi-layered &#948-doped GaAs system. The calculations are done in conditions of extreme resonance with the spin-split edge of GaAs and include the effects of Coulomb interactions between the carriers, dynamical exchange-correlations and coupling with LO phonons. In such conditions, the detailed energy level structure of the spin-split holes becomes extremely important and is responsible by the single-particle behavior presented in the polarized spectrum. This behavior revealed by the scattering cross-section derived from the imaginary part of a response function, consists of a term showing single particle character and another displaying collective character. To include the damping of the density fluctuations, a spectral function is proposed based on the foreknowledge that the local current must be conserved. Comparison with the available experimental line-shapes for the depolarized spectra show excellent agreement. In the case of polarized spectra the agreement was given in semi-quantitative terms as experimental collective excitations present less intensity than those calculated by the theory. Such difference is attributed to disorder effects produced during the doping process which results in break down of momentum conservation rules.

Técnicas de formatação de pulsos permitem o controle das propriedades espectrais e temporais de um feixe laser criando novas possibilidades de estudo da interação luz-matéria. Neste trabalho estudamos as propriedades ópticas não-lineares via formatação de pulsos ultracurtos de três semicondutores: Óxido de Zinco, Silício e Nitreto de Gálio; em três abordagens diferentes. Discutimos também as consequências da distorção de fase em processos não lineares devido à natureza discreta do dispositivo modulador. Primeiramente, investigamos a otimização da emissão excitônica em um cristal de Óxido de Zinco através de uma técnica de otimização que utiliza algoritmo genético, observamos que a fase espectral que otimiza o processo cria um perfil temporal do pulso que indica um acoplamento do tipo éxciton-fônon no cristal. Estudamos ainda o efeito da aplicação de uma máscara de fase senoidal, criando um trem de pulsos, no processo de formação de estruturações superficiais periódicas induzidas a laser no Silício - o fator de eficácia das estruturações foi controlado através dos tempos de separação entre os sub-pulsos, resultado que pôde ser interpretado usando a teoria de Sipe-Drude. Por fim, estudamos a influência da formatação de pulsos em processos de absorção multi-fotônicos em um filme fino de GaN onde verificamos, inicialmente, que o material apresenta um coeficiente de absorção não-linear atípico. Modelamos este comportamento usando equações de taxa e investigamos sua modificação aplicando uma fase quadrática. / Pulse shaping techniques allows the control of spectral and temporal properties of a laser beam, creating new possibilities for the study of the light-matter interaction. In this work we study the nonlinear optical properties, via ultrashort pulses, of three semiconductors; Zinc Oxide, Silicon and Gallium Nitride in three different approaches. We also discuss the consequences of phase distortion in nonlinear processes due to the discrete nature of the light modulator device. Initially, we investigated the optimization of exciton emission in a zinc oxide crystal through using a genetic algorithm; we observed that the spectral phase that optimizes the process creates a temporal pulse profile that indicates an exciton-phonon coupling in the crystal. We also studied the effect of the application of a sinusoidal phase mask, creating a pulse train, in the process of laser induced periodic surface structures in Silicon; the efficacy factor of the produced structures was controlled through the separation time between the sub-pulses and interpreted using the Sipe-Drude theory. Finally, we study the influence of pulse shaping on multi-photon absorption processes in a thin film of GaN; we found, initially, that the material exhibits an atypical nonlinear absorption coefficient. We model this behavior using rate equations and investigate its modification by applying a quadratic phase.

O carbeto de silício (SiC) apresenta várias propriedades extremamente interessantes para a fabricação de dispositivos eletrônicos submetidos a condições extremas como alta temperatura (300 a 600 °C), alta frequência e alta potência. Além disso, é o único semicondutor composto que, reagindo com o oxigênio, forma um óxido isolante estável, o SiO2. No entanto, as propriedades elétricas de estruturas de SiO2/SiC são degradadas pela alta concentração de estados eletricamente ativos na interface dielétrico/semicondutor. Tal característica representa uma barreira para a fabricação de dispositivos baseados nesse material. Nesta tese foram comparadas e analisadas as propriedades de estruturas SiO2/4H-SiC obtidas por diferentes processos de oxidação térmica. As estruturas resultantes foram caracterizadas por medidas de corrente-tensão, capacitância-tensão e condutância ac de alta frequência, espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios-X, análise por reação nuclear e microscopia de força atômica. O uso dessas técnicas analíticas visou a correlacionar o comportamento elétrico das estruturas obtidas com suas propriedades físico-químicas como, por exemplo, composição e estrutura química do óxido formado. Os resultados evidenciam diferenças específicas entre os ambientes de oxidação e temperaturas aos quais as amostras foram submetidas, com uma forte distinção entre 4H-SiC tipo-n e tipo-p. Em geral, amostras do substrato tipo-n apresentaram menores quantidades de defeitos na interface SiO2/SiC em comparação com as do tipo-p. Foram identificados comportamentos relacionados a defeitos no óxido, próximos à interface, responsáveis pela captura de portadores majoritários provenientes do semicondutor. Ficou evidente que alguns ambientes e temperaturas de oxidação beneficiam a interface em detrimento da qualidade do filme de óxido e vice-versa. Uma atmosfera de oxidação alternativa, utilizando H2O2 como agente oxidante, foi proposta. Tal processo mostrou-se eficaz na redução da quantidade de estados eletricamente ativos na interface em estruturas tipo-n através da conversão de compostos carbonados em SiO2 no filme dielétrico formado. / Silicon carbide (SiC) presents many advantageous properties for electronic devices designed to work under extreme conditions such as high-temperature (300 ~ 600 °C), high-frequency, and high-power. In addition, the formation of an insulating oxide layer (SiO2) by thermal oxidation is an attractive property for the microelectronics industry. Nevertheless, large densities of interface states at the SiO2/SiC interface degrade electrical properties of the resulting structure. Such states are responsible for undesirable effects which hamper the development of SiC-based devices. In this thesis, the properties of SiO2/4H-SiC structures obtained by distinct oxidation processes where analyzed and compared. The resulting structures where characterized by currentvoltage, high-frequency capacitance-voltage and ac conductance, X-ray photoelectron spectroscopy, nuclear reaction analysis, and atomic force microscopy. Such techniques were employed in order to correlate electrical and physico-chemical properties of the formed structures like composition and chemical bonding of the oxide layer. Results evidence differences among samples prepared under several oxidation atmospheres and temperatures, with a strong distinction among n- and p-type 4H-SiC. Overall, p-type samples presented larger values of interface states densities in comparison with their ntype counterparts. Near-interface traps in the oxide layer, responsible for capture of majority carriers from the semiconductor substrate, were identified. We could evidence that some oxidation conditions improve the bulk properties of the oxide layer, at the same time that they degrade the SiO2/SiC interface quality, and vice versa. An alternative oxidation process using H2O2 as oxidizing agent was proposed. Such process has shown to reduce the amount of electrically active defects at the interface in n-type samples by converting carbonaceous compounds in SiO2 in the formed dielectric layer.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The preparation of semiconductor nanocrystals (SNC) has been reported as the research foccus in several works owing to the optical and luminescent properties as well as the broad fields of application. In the first stage of this work, 2-mercaptoethanol-capped ZnS nanocrystals were prepared and characterized. The resulting nanocrystals were incorporated into a pre-formed polyurethane matrix playing the role of polyol-type monomer. In the second stage,the ZnS nanocrystals were doped with Mn2+ cations, considering that this strategy may improve the optical properties of the nanocrystals. In this study, it was observed that the changes in experimental parameters may allow the controlled formation of ZnO instead of ZnS, introducing a new route to ZnO obtainment. Concentration values of Mn2+ were lower than 1 %. Moreover, a study was carried out in order to clarify the structure-property relation, observing that the substitution of Zn2+ ions by Mn2+ ones may influence the optical properties of ZnO. From characterization data, the formation of ZnO was confirmed and it became clear that dissolving or notpreviously the capping agent in water was the key factor for the formation of ZnO instead of ZnS.Since small dopant concentrations lead to interesting results for ZnO, the same conditions were used to study the doping of ZnS in the third stage. This lead, however, to self-assembly of nanocrystals into nanowires after the doping process. Self-assembly did not cause changes in the absorption energies according to UV/visible spectra.This was the case even when the dopant concentration in the ZnS nanocrystals increased, as analyzed by atomic absorption spectrometry. On the other hand, emission spectra were sensitive to changes in Mn2+ concentration, showing a behavior consistent with increases in point defects such as sulfur vacancies and interstitial sulfur. It was evidenced that Mn2+ ions are presente in the ZnS structure.The last study reveals a novel supramolecular arrangement of the crystalline structure of a zinc-thiosemicarbazone complex [Zn(TPTSC)2], which exhibits potentiality as a single-source molecular precursor to ZnS nanocrystals in future works. / A preparação de nanocristais semicondutores (NCS) tem sido objeto de pesquisa devido às propriedades ópticas de luminescência que apresentam e à ampla área de aplicação. Na primeira etapa deste trabalho foram preparados nanocristais de ZnS passivados com 2-mercaptoetanol (ME) e caracterizados. Os nanocristais obidos foram incorporados em uma matriz polimérica pré-formada funcionando como um precursor do tipo poliol. Na segunda etapa, uma vez que as propriedades ópticas podem ser melhoradas com a dopagem dos nanocristais, os mesmos foram dopados com Mn2+, porém uma modificação na parte experimentalà levou a formação controladade ZnO no lugar de ZnS, introduzindo uma nova rota para a obtenção de ZnO. Os valores das concentrações de Mn2+utilizadas foram inferiores a 1%. Além disso, foi feito um estudo para correlacionar a estrutura-propriedade no qual foi observado que a substituição dos íons Mn2+ pelos íons Zn2+ influencia as propriedades ópticas do ZnO. Através das caracterizações, ficou confirmada a formação do ZnO e que a forma com a qual o passivante foi adicionado ao sistema favorecia a formação de ZnS (quando o passivante foi adicionado diretmente) e de ZnO (quando feita uma solução aquosa do passivante). Como pequenas concentrações do dopante conduziram a resultados interessantes para o ZnO, os mesmos valores foram utilizados para dopar o ZnS sendo, portanto, a terceiraetapa deste trabalho. O ZnS apresentou uma automontagem após o processo de dopagem. Esta automontagem não influenciou a energia obtida através de espectros de absorção na região UV-Vis. No entanto, observou-se que a concentração dos íons Mn2+aumenta no ZnS quando a presença do dopante foi analisada através da absorção atômica.Este aumento está em concordância com os espectros de emissão, os quais mostram um aumento do defeito proveniente de vacância de enxofre ou enxofre intersticial após o processo de dopagem indicando que os íons manganês, apesar da pequena concentração utilizada, estão presentes na estrutura do ZnS. A etapa final do trabalho consta de um novo arranjo supramolecular da estrutura cristalina do complexotiossemicarbazona de zinco [Zn(TPTSC)2], um potencial precursor molecular do tipo single-source para a obtenção de nanocristais semicondutores de ZnS em trabalhos futuros.

Orientador: Newton Cesário Frateschi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T02:03:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mialichi_JoseRoberto_D.pdf: 4426656 bytes, checksum: f54944bc3408b22608afdd373e3445dd (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta tese de doutorado apresenta resultados experimentais do crescimento de pontos quânticos de InAs diretamente sobre InGaAsP de baixa energia de bandgap (?g=1420 nm), cujo desenvolvimento visa a obtenção de um meio ativo com emissão na banda C (1520¿1570 nm) para a fabricação de ressonadores de microdisco. Baseado em resultados de fotoluminescência e microscopia de força atômica, o fenômeno da inter-difusão de elementos na interface InAs/InGaAsP é proposto e calculado, indicando a presença de Gálio e Fósforo na composição dos pontos quânticos. O ganho óptico de pontos quânticos de InAs crescidos sobre InGaAsP é também calculado com base nos resultados obtidos na análise de inter-difusão. Subseqüentemente, a teoria dos modos ressonantes no microdisco, particularmente os modos chamados whispering gallery modes (WGMs), é desenvolvida com o intuito de auxiliar os cálculos de fator de qualidade, fator de confinamento e corrente de limiar. Uma estrutura multicamada (diodo PIN) com região ativa baseada em pontos quânticos do sistema InAs/InGaAsP foi crescida por epitaxia de feixe químico (CBE) para a fabricação de ressonadores de microdisco. A fabricação dos microdiscos é feita por litografia óptica, corrosão por plasma de íons e ataque químico seletivo de InP. Feixe de íons focalizados (FIB) foi usado para substituir o ataque por plasma para diminuir a rugosidade das paredes dos discos. Os ressonadores de microdiscos são caracterizados elétrica e opticamente e os resultados são confrontados com base nos resultados teóricos apresentados ao longo da tese. Com base nos resultados das caracterizações eletro/ópticas dos ressonadores, correções como a inclusão de perdas ópticas da rugosidade da borda e aquecimento local foram acrescidas ao modelo teórico, resultando em boa concordância com os resultados experimentais. Por fim, apresentamos o desenvolvimento de dispositivos híbridos a partir de polímeros orgânicos depositados diretamente sobre microdiscos de InGaAs com o objetivo de integrar meio ativo orgânico com ressonadores inorgânicos para aplicações em optoeletrônica. Estes resultados foram obtidos durante o programa de doutorado com estágio no exterior no Laboratório Nacional de Nanotecnologia (NNL) vinculado à Università del Salento (Lecce/Itália) / Abstract:This doctorate¿s thesis presents the growth of InAs quantum dots directly on high bandgap InGaAsP (?g=1420 nm) barriers to be used as the active region of microdisk resonators with emission in the C-band (1520¿1570 nm). Based on photoluminescence and atomic force microscopy experiments, the occurrence of inter-diffusion on the InAs/InGaAsP interface is calculated, suggesting the presence of Gallium and Phosphorus in the quantum dots (QDs) composition. Based also on the inter-diffusion results, the optical gain of the InAs QDs is calculated. Subsequently, microdisk resonator whispering gallery modes (WGMs) are calculated and employed to predicting the cavity quality and confinement factors, as well as the threshold current. A PIN diode with an active region based on InAs QDs was grown by Chemical Beam Epitaxy (CBE) for the fabrication of current injected microdisk resonators. Microdisk fabrication process is performed using photolithography, reactive ion etching and InP selective wet-etching. Focused ion beam is used to replace the plasma etching in order to reduce the roughness of the disk¿s edge. Microdisks resonators are characterized electrically and optically and the measurements are analyzed based on the theoretical results presented along this thesis. Based on these measurements, optical losses caused by disk¿s edge roughness and local heating are added to our simulation tool, resulting in better agreement with the experimental results. Finally, we present the development of hybrid resonators using organic polymer deposited directly on inorganic microdisks integrating an organic active medium with inorganic resonators for optoelectronic applications. These results were obtained during our work at the National Nanotechnology Laboratory (NNL) and the University of Salento (Lecce/Italy) / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Física

Orientador: Vitor Baranauskas / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T18:10:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Correa_WashingtonLuizAlves_D.pdf: 3351242 bytes, checksum: 8f30a26c68d4c1e73a72d065eaedb4f9 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Estudamos processos de dopagem do diamante crescido por deposição química a partir da fase vapor (diamante CVD) com a introdução de impurezas dopantes durante o crescimento do diamante em reatores do tipo filamento-quente. Focalizamos nossa pesquisa na dopagem do diamante com boro, ou nitrogênio, ou enxofre, visando obter diamantes com propriedades semicondutoras com condutividade eletrônica (tipo n) ou condutividade por lacunas (tipo p). Foram utilizadas contaminações intencionais utilizando: trimetil borano (B(CH3)3), ou amônia (NH3), ou dissulfeto de carbono (CS2), misturados com metano e diluídos em hidrogênio. As amostras foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (SEM), espectroscopia Raman, espectroscopia de foto-elétrons excitados por raios X (XPS), espectroscopia de emissão de raios X excitado por feixe de prótons (PIXE) e efeito Hall. As dopagens do diamante do tipo p e do tipo n foram obtidas com contaminações de boro e enxofre, respectivamente. O diamante dopado com nitrogênio não apresentou propriedades semicondutoras / Abstract: We studied the diamond doping processes with introduction of doping impurities during the diamond growth in the chemical vapor deposition (CVD) technique, using a hot-filament reactor. Our research focused the use of boron, nitrogen or sulphur atoms in order to obtain diamond films with semiconductor properties of electronic (n-type) or hole (p-type) current transport mechanisms. Trimethyl-borane (B(CH3)3), or ammonia, or carbon disulphide (CS2), mixed with methane and hydrogen were used in the feed gas mixture. The diamond samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Proton-induced X-ray emission (PIXE) and Hall effect. p-type and n-type diamonds have been obtained with boron and sulphur doping, respectively. However, the nitrogen doped samples do not presented semiconductor properties / Doutorado / Engenharia de Eletronica e Comunicações / Doutor em Engenharia Elétrica