Realizamos um estudo sistematico de impurezas de metal de transicao das series 3d, 4d e 5d em semicondutores iii-v atraves do modelo de aglomerados moleculares utilizando duas tecnicas de campo medio diferentes: espalhamento multiplo-xALFA e a aproximacao semiempirica indo. Efeito de muitos-eletrons foram introduzidos para a descricao do espectro de excitacao atraves de correlacoes de multipletos e interacao de configuracoes. Apresentamos um estudo comparativo entre os espectros obtidos a partir do calculo de interacao de configuracoes e o espectro experimental, onde observamos uma melhor concordancia entre o espectro experimental e os resultados obtidos a partir de bases mais completas. Observamos tambem, uma melhor concordancia entre o espectro experimental e os nossos resultados quando os orbitais com maior carater d apresentam-se fortemente localizados. Nossos resultados para a correcao de multipletos comparados com nossos resultados do calculo de interacao de configuracao nos mostra uma boa concordancia, quando o calculo de interacao de configuracoes e realizado apenas com os orbitais e e T IND.2 com forte carater d. No estudo envolvendo relaxacoes e distorcoes no sistema GAAS:V POT.2+, observamos um favorecimento ao estado fundamental de alto-spin, ANTPOT.4 T IND.1. / A systematical study about 3d, 4d and 5d transition metal impurities in III-V semiconductors were realized through the molecular approach using two differents mean-field techniques: Multiple Scattering-X and the semiempirical approximation INDO. Many electron effects was introduced through the multiplets corrections and the configuration interaction calculation to the excitation spectrum description. A comparative study between configuration interaction and experimental spectra is presented, where we observed a good agreement between the experimental spectrum and the results achieved from more complete basis. We also discuss the agreement of our results and the experimental study, when the orbitals with higher d-character are strongly localized. Our multiplets correction results compared with our configuration interaction results show us a good concordance when the configuration interaction calculation is realized with only e and t2 strong d-character orbitals. In the study involving relaxations and distortions in GaAs:v2+ system, we observe a favouring to the high-spin 4t1 ground-state.

Orientador: Hilda Alicia Gomez de Cerdeira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-26T18:45:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silveira_HamiltonVianada_D.pdf: 1934155 bytes, checksum: d6625acb51070c17d360cc6cc7468f6d (MD5) Previous issue date: 1986 / Resumo: Neste trabalho o problema da supercondutividade em semicondutores multivales é tratado em um modelo de duas bandas. O mecanismo dominante vem da interação atrativa elétron-elétron intervale. Os emparelhamentos intravales são desprezados pois a blindagem é muito forte. As propriedades destes materiais no estado supercondutor foram obtidas através do método das funções de Green, onde podemos destacar: o espectro de excitações, a densidade de estados de partícula única e as temperaturas de transição supercondutora. A condutividade dinâmica foi obtida através da teoria geral da resposta linear. No caso do calcogeneto PbTe:T1 levamos em conta o efeito da impureza do T1 nas correções à condutividade. Os resultados obtidos para as temperaturas de transição (Tc) em função da concentração de portadores foram comparadas com os resultados experimentais, enquanto que a condutividade foi comparada aos resultados teóricos encontrados na literatura / Abstract: The problem of superconducting transition in many valley semiconductors is considered, within a two band model. The dominant mechanism comes from the attractive interaction between electrons of different valleys. The intravalley pairing is neglected since the shielding is very strong. Using the Green's function method, properties of the superconducting state are obtained, such as: quasiparticle spectrum, density of state and transition temperature. The a.c. - conductivity is calculed using the general theory of linear response. For the particular case the chalcogenide PbTe:T1 the effect of random impurities on the conductivity is considered. The results obtained for the transition temperature as a function of the carrier concentration are compared with the experimental results. The conductivity is checked against know theoretical results / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Realizamos um estudo sistematico de impurezas de metal de transicao das series 3d, 4d e 5d em semicondutores iii-v atraves do modelo de aglomerados moleculares utilizando duas tecnicas de campo medio diferentes: espalhamento multiplo-xALFA e a aproximacao semiempirica indo. Efeito de muitos-eletrons foram introduzidos para a descricao do espectro de excitacao atraves de correlacoes de multipletos e interacao de configuracoes. Apresentamos um estudo comparativo entre os espectros obtidos a partir do calculo de interacao de configuracoes e o espectro experimental, onde observamos uma melhor concordancia entre o espectro experimental e os resultados obtidos a partir de bases mais completas. Observamos tambem, uma melhor concordancia entre o espectro experimental e os nossos resultados quando os orbitais com maior carater d apresentam-se fortemente localizados. Nossos resultados para a correcao de multipletos comparados com nossos resultados do calculo de interacao de configuracao nos mostra uma boa concordancia, quando o calculo de interacao de configuracoes e realizado apenas com os orbitais e e T IND.2 com forte carater d. No estudo envolvendo relaxacoes e distorcoes no sistema GAAS:V POT.2+, observamos um favorecimento ao estado fundamental de alto-spin, ANTPOT.4 T IND.1. / A systematical study about 3d, 4d and 5d transition metal impurities in III-V semiconductors were realized through the molecular approach using two differents mean-field techniques: Multiple Scattering-X and the semiempirical approximation INDO. Many electron effects was introduced through the multiplets corrections and the configuration interaction calculation to the excitation spectrum description. A comparative study between configuration interaction and experimental spectra is presented, where we observed a good agreement between the experimental spectrum and the results achieved from more complete basis. We also discuss the agreement of our results and the experimental study, when the orbitals with higher d-character are strongly localized. Our multiplets correction results compared with our configuration interaction results show us a good concordance when the configuration interaction calculation is realized with only e and t2 strong d-character orbitals. In the study involving relaxations and distortions in GaAs:v2+ system, we observe a favouring to the high-spin 4t1 ground-state.

Este trabalho consiste no estudo da neutralização de centros associados a níveis profundos em silício, através da introdução de hidrogênio atômico no sistema. Foi utilizado o modelo de aglomerado molecular com saturação dos orbitais de superfície pela esfera de Watson dentro do formalismo do método do Espalhamento Múltiplo-X. Estudamos inicialmente as impurezas isoladas substitucionais: Si:l=lu, Si:l=lg e Si:Cu, com intuito de observarmos os efeitos causados pela introdução dos hidrogênios atômicos. Os complexos estudados envolvem quatro átomos de hidrogênio situados nos primeiros interstícios tetraédricos ao centro CSi:l=luH,, Si:l=lgH, e Si:CuH,) . Para investigar a passivação, fizemos cálculos auto consistentes para várias configurações atômicas. Em cada configuração os 4 átomos de hidrogênio foram deslocados simetricamente em torno da impureza substitucional. Para cada nova configuração, os sistemas foram também estudados nos estados de carga negativo e positivo, que representamos por CSi:XH,)- e CSi:XH,)o. O modelo microscópico proposto mostrou-se apropriado para explicar os mecanismos da neutralização de defeitos profundos em semicondutores. / In this work we study the neutralization of deep level impurities in silicon by introducing atomic hydrogen in the system. The calculations were carried out by using the Mulliple Scattering-X~ theory within the framework of lhe Watson-sphere-terminated molecular cluster model. We studied lhe substitutional isolated impurities: Si:l=lu, effects of the Si:l=lg and Si:Cu in order to investigate the incorporation of atomic hydrogen. The clusters comprise 16 silicon aloms at the regular lattice sites and 4 hydrogen atoms, at the tet rahedral interstitial sites which surrounds the impurity placed al cluster (5i:l=luH4 , Si:l=lgH4 and Si:CuH4 ). In order to investigate carry out self-consistent calculations configurations. In each configuration the center o f t h e the passivation we for various atomic the f ou r hydrogen atoms were displaced symmetrically CTd) around the substitutional impurities. The systems positive charge states. were analysed This microscopic mo de l was in negative and suitable in explaining the neutralization mechanism of deep Level induced by a substitutional impurities in semiconductors.

A evolução da microeletrônica ocorrida nas últimas cinco décadas levou a tecnologia do Silício (Si) aos seus limites. A busca por novos materiais semicondutores se faz necessária, tendo em vista a continuidade de Lei de Moore para as proximas gerações de dispositivos. Neste contexto, o presente trabalho estuda o processamento de dois semicondutores de alta-mobilidade de portadores alternativos ao Si: germânio (Ge) e grafeno. No primeiro estudo, foi investigada a incorporação do deutério (D) em estruturas GeO2/Ge submetidas a tratamentos térmicos em atmosfera de D2. Tal processamento é usualmente utilizado na passivação de ligações pendentes na interface SiO2/Si. Concentrações mais altas de D foram verificadas para amostras GeO2/Ge, em comparação a estruturas SiO2/Si tratadas nas mesmas condições. Foi também observada a volatilização da camada de GeO2 para tratamentos em temperaturas > 450°C. Concomitantemente a este processo, a estequiometria do óxido remanescente é modificada em função de reações químicas entre o D2 e o GeO2. Como resultado desta interação, são formados compostos voláteis que contribuem para a dessorção do óxido. Estes resultados evidenciam o amplo impacto dos parâmetros de processamento de estruturas GeO2/Ge neste tipo de atmosfera. Em relação ao grafeno, foi investigada a incorporação de H e O em grafeno monocamada (GMC) depositado sobre substratos SiO2/Si. Dados obtidos por reações nucleares (NRA) e espectroscopia Raman (ER) mostraram que a incorporação destas espécies ocorre por meio de mecanismos distintos, dependendo do intervalo de temparaturas considerado. Além disso, verificou-se que tratamentos térmicos em temperaturas a partir de 600°C provocam a remoção da camada de grafeno, introduzindo defeitos na estrutura remanescente. Ademais, foi possível estabelecer uma associação direta entre a adsorção de contaminantes presentes no ar, como o H2O, e as desordens estruturais identificadas por ER (extensamente abordadas na literatura). Por fim, também foi investigada a formação de grafeno bicamada (GBC) sobre SiC(0001) por meio de intercalação de O via tratamentos térmicos em fluxos gasosos de O2 e/ou H2O. Os experimentos evidenciaram um efeito sinérgico desses agentes oxidantes, promovendo o desacoplamento total da camada de transição (CT) do substrato de SiC. Esse efeito também foi verificado para tratamentos em fluxo de H2O em tempos maiores. Nesse caso, porém, provavelmente há incorporação de H na amostra e degradação do GBC. O desacoplamento do grafeno está relacionado à formação de uma camada de óxido na superfície do SiC. Estes resultados abrem perspectivas animadoras para a produção de estruturas GBC/SiC em larga escala usando a técnica de oxidação úmida padrão. / The development of microelectronics in the last five decades pushed the silicon (Si) technology to its limits. New semiconductor materials are mandatory in order to keep device evolution following Moore’s Law. In this context, we studied the processing steps of two emerging high-mobility semicondutors for future nanoelectronics: germanium (Ge) and graphene. In a first study, deuterium (D) incorporation in GeO2/Ge structures following D2 annealing was investigated. Higher D concentrations were obtained for GeO2/Ge samples, in comparison to their SiO2/Si counterparts annealed in the same conditions. Besides, volatilization of the oxide layer is also observed as consequence of the annealings, especially for temperatures > 450°C. Parallel to this volatilization, the stoichiometry of remnant oxide is modified due chemical reactions between D2 and GeO2. As result of this interaction, volatile compounds are formed, contributing to oxide desorption. These findings evidence the broader impact of processing parameters in the physico-chemical properties of GeO2/Ge strucutures. Concerning graphene, we investigated the incorporation of H and O within monolayer graphene deposited on SiO2/Si substrates. Nuclear reaction analysis (NRA) and Raman spectroscopy (RS) showed that the adsorbed species are incorporated following two distinct mechanisms, depending on the temperature range considered. Besides, the results revealed that treatments at temperatures  600°C promote etching of the graphene layer, introducing defects in the structure. Moreover, it was possible to stablish a direct relation between the adsorption of contaminants from atmosphere, such as H2O, and the structural disorder measured by RS – which is extensely reported in literature. Finally, the formation of bilayer graphene (BLG) on SiC(0001) by means of O intercalation was investigated upon annealings in O2 and/or H2O ambients. The RS and XPS results evidenced a sinergystic effect of these oxidant agents, promoting a complete decoupling of the buffer layer from the SiC substrate. This effect was also observed for treatments in H2O flux for longer times. However, in this case H is probably incorporated within the sample, and the BLG is degraded. Graphene decoupling is related to the formation of a thin oxide layer on SiC. These results open compelling perspectives on the production of BLG/SiC structures in wafer scales using a standard wet oxidation technique.

Tese (doutorado)—University of Brasília, Institute of Physics, 2015. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2015-06-01T18:14:52Z No. of bitstreams: 1 2015_LuizAntonioRibeiroJunior_Parcial.pdf: 1176680 bytes, checksum: e16af3a14a4a2a6c7b594c5c7316f8c3 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-06-01T20:09:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_LuizAntonioRibeiroJunior_Parcial.pdf: 1176680 bytes, checksum: e16af3a14a4a2a6c7b594c5c7316f8c3 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-01T20:09:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_LuizAntonioRibeiroJunior_Parcial.pdf: 1176680 bytes, checksum: e16af3a14a4a2a6c7b594c5c7316f8c3 (MD5) / Desde de a descoberta das propriedades de emissão de luz atribuídas aos semicondutores orgânicos baseados em grupos fenil na década de 90, esforços consideráveis têm sido empregados no estudo de propriedades fotofísicas desses materiais. Vantagens interessantes como facilidade de síntese, flexibilidade, baixo custo de produção e vasta área de aplicação tornam os semicondutores orgânicos atrativos para a indústria de eletrônicos, particularmente quando a fabricação de uma nova tecnologia de telas é considerada. Existem várias aplicações em potencial tais como células solares orgânicas, transistores de filme–fino e diodos emissores de luz orgânicos (OLDEs). A dinâmica de recombinação entre quase–partículas, de maneira a formar espécies excitadas, tem sido identificada como um processo importante nessas aplicações. Um dos desafios relevantes na ciência e tecnologia de semicondutores orgânicos é a caracterização dos efeitos de temperatura e impureza sobre a geração e recombinação entre quase–partículas. Com isso, o entendimento de como tais efeitos desempenham o papel de alterar a dinâmica de formação de novos produtos é de fundamental importância para o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos mais eficientes. Nesta tese, a dinâmica de recombinação entre quase–partículas em semicondutores orgânicos é investigada numericamente sob influência de impurezas, interações coulombianas, temperatura e campo elétrico externo. O objetivo desse trabalho é fornecer um panorama físico dos produtos e seus respectivos rendimentos resultantes da recombinação entre diferentes tipos de quase–partículas em semicondutores orgânicos, principalmente quando os efeitos mencionados acima são levados em consideração, contribuindo para a compreensão deste processo, que pode fornecer orientações para aprimorar, por exemplo, a eficiência de processos que envolvam eletroluminescência em dispositivos optoeletrônicos tais como OLEDs. / Since the discovery of light emitting properties on phenyl–based organic semiconductors in the 90’s, considerable efforts have been devoted to study the photophysical applications of conjugated polymers for development of new technologies in organic optoelectronic devices. The potential advantages in terms of ease of synthesis, flexibility, low cost, and large-area capability make the organic semiconductors attractive for the electronics industry, particularly when it comes to the promising development of a new display technology. There are many potential applications such as Organic Solar Cells, Thin–Film Transistors, and Organic Light Emitting Diodes (OLEDs). The recombination dynamics between quasi–particles, in order to generate excited species, has been identified as an important process in these applications. Furthermore, the products arising from the recombination mechanism as well as their final yields, have been shown to be directly related to the devices performance. One of the significant challenges in the science and technology of organic semiconductors is the characterization of the temperature and impurity effects on the generation and recombination of quasi–particles. Thus, understanding how such effects play the role of changing the formation dynamics of new products from the recombination process is of fundamental importance to the development of more efficient optoelectronic devices. In this thesis, the recombination dynamics between quasi–particles in organic semiconductors is numerically investigated under the influence of impurities, Coulomb interactions, temperature and an external electric field. The aim of this work is to give a physical picture of the products and their yields derived from the recombination of different kinds of quasi–particles in organic semiconductors, when the above–mentioned effects are considered and contribute to the understanding of these important processes, which may provide guidance to improve, for example, the electroluminescence yields in OLEDs.

A evolução da microeletrônica ocorrida nas últimas cinco décadas levou a tecnologia do Silício (Si) aos seus limites. A busca por novos materiais semicondutores se faz necessária, tendo em vista a continuidade de Lei de Moore para as proximas gerações de dispositivos. Neste contexto, o presente trabalho estuda o processamento de dois semicondutores de alta-mobilidade de portadores alternativos ao Si: germânio (Ge) e grafeno. No primeiro estudo, foi investigada a incorporação do deutério (D) em estruturas GeO2/Ge submetidas a tratamentos térmicos em atmosfera de D2. Tal processamento é usualmente utilizado na passivação de ligações pendentes na interface SiO2/Si. Concentrações mais altas de D foram verificadas para amostras GeO2/Ge, em comparação a estruturas SiO2/Si tratadas nas mesmas condições. Foi também observada a volatilização da camada de GeO2 para tratamentos em temperaturas > 450°C. Concomitantemente a este processo, a estequiometria do óxido remanescente é modificada em função de reações químicas entre o D2 e o GeO2. Como resultado desta interação, são formados compostos voláteis que contribuem para a dessorção do óxido. Estes resultados evidenciam o amplo impacto dos parâmetros de processamento de estruturas GeO2/Ge neste tipo de atmosfera. Em relação ao grafeno, foi investigada a incorporação de H e O em grafeno monocamada (GMC) depositado sobre substratos SiO2/Si. Dados obtidos por reações nucleares (NRA) e espectroscopia Raman (ER) mostraram que a incorporação destas espécies ocorre por meio de mecanismos distintos, dependendo do intervalo de temparaturas considerado. Além disso, verificou-se que tratamentos térmicos em temperaturas a partir de 600°C provocam a remoção da camada de grafeno, introduzindo defeitos na estrutura remanescente. Ademais, foi possível estabelecer uma associação direta entre a adsorção de contaminantes presentes no ar, como o H2O, e as desordens estruturais identificadas por ER (extensamente abordadas na literatura). Por fim, também foi investigada a formação de grafeno bicamada (GBC) sobre SiC(0001) por meio de intercalação de O via tratamentos térmicos em fluxos gasosos de O2 e/ou H2O. Os experimentos evidenciaram um efeito sinérgico desses agentes oxidantes, promovendo o desacoplamento total da camada de transição (CT) do substrato de SiC. Esse efeito também foi verificado para tratamentos em fluxo de H2O em tempos maiores. Nesse caso, porém, provavelmente há incorporação de H na amostra e degradação do GBC. O desacoplamento do grafeno está relacionado à formação de uma camada de óxido na superfície do SiC. Estes resultados abrem perspectivas animadoras para a produção de estruturas GBC/SiC em larga escala usando a técnica de oxidação úmida padrão. / The development of microelectronics in the last five decades pushed the silicon (Si) technology to its limits. New semiconductor materials are mandatory in order to keep device evolution following Moore’s Law. In this context, we studied the processing steps of two emerging high-mobility semicondutors for future nanoelectronics: germanium (Ge) and graphene. In a first study, deuterium (D) incorporation in GeO2/Ge structures following D2 annealing was investigated. Higher D concentrations were obtained for GeO2/Ge samples, in comparison to their SiO2/Si counterparts annealed in the same conditions. Besides, volatilization of the oxide layer is also observed as consequence of the annealings, especially for temperatures > 450°C. Parallel to this volatilization, the stoichiometry of remnant oxide is modified due chemical reactions between D2 and GeO2. As result of this interaction, volatile compounds are formed, contributing to oxide desorption. These findings evidence the broader impact of processing parameters in the physico-chemical properties of GeO2/Ge strucutures. Concerning graphene, we investigated the incorporation of H and O within monolayer graphene deposited on SiO2/Si substrates. Nuclear reaction analysis (NRA) and Raman spectroscopy (RS) showed that the adsorbed species are incorporated following two distinct mechanisms, depending on the temperature range considered. Besides, the results revealed that treatments at temperatures  600°C promote etching of the graphene layer, introducing defects in the structure. Moreover, it was possible to stablish a direct relation between the adsorption of contaminants from atmosphere, such as H2O, and the structural disorder measured by RS – which is extensely reported in literature. Finally, the formation of bilayer graphene (BLG) on SiC(0001) by means of O intercalation was investigated upon annealings in O2 and/or H2O ambients. The RS and XPS results evidenced a sinergystic effect of these oxidant agents, promoting a complete decoupling of the buffer layer from the SiC substrate. This effect was also observed for treatments in H2O flux for longer times. However, in this case H is probably incorporated within the sample, and the BLG is degraded. Graphene decoupling is related to the formation of a thin oxide layer on SiC. These results open compelling perspectives on the production of BLG/SiC structures in wafer scales using a standard wet oxidation technique.

Dissertação (mestrado)–Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2012. / Submitted by Elna Araújo (elna@bce.unb.br) on 2012-06-22T00:43:54Z No. of bitstreams: 1 2012_CarlosDerliAlmeidaCornelio.pdf: 858528 bytes, checksum: 5f8ef2f94242848ce6e71f00ea408043 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Ferreira de Souza(jaquefs.braz@gmail.com) on 2012-06-22T12:04:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_CarlosDerliAlmeidaCornelio.pdf: 858528 bytes, checksum: 5f8ef2f94242848ce6e71f00ea408043 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-06-22T12:04:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_CarlosDerliAlmeidaCornelio.pdf: 858528 bytes, checksum: 5f8ef2f94242848ce6e71f00ea408043 (MD5) / O estudo dos semicondutores amorfos nos últimos anos permitiu um entendimento detalhado das propriedades físicas e químicas destes materiais. Os estudos dos materiais cristalinos mostraram que muitas de suas propriedades poderiam estar associadas com a presença de imperfeições. Posteriormente, com o refinamento das técnicas experimentais, que permitiram a adição controlada de impurezas, em particular no estudo dos materiais Si e Ge, proporcionaram a investigação de suas propriedades intrínsecas. Estes estudos pavimentaram a utilização destes semicondutores em dispositivos, com larga aplicação tecnológica, e presentes na maiorias dos produtos eletrônicos. No caso dos semicondutores amorfos, os estudos realizados seguiram o mesmo padrão daqueles utilizados nos materiais cristalinos. Apesar de estes estudos permitirem, não de forma contundente como no caso cristalino, a separação das propriedades intrínsecas e extrínsecas, eles auxiliam para os estudo de diversas propriedades físicas principalmente no caso de materiais elementares ou binários. Neste trabalho estamos interessados em discutir as propriedades ópticas dos materiais amorfos, em particular, a transição óptica em vidros como As2S3. Para estudar esses processos e preciso investigar as relações entre a distribuição de estados eletrônicos na banda de absorção do espectro óptico. Uma possibilidade é usar os métodos desenvolvidos por Tauc e colegas[1], que consideram os semicondutores amorfos como um material cristalino com a adição de muitas imperfeições. Neste caso, as funções de onda associadas aos estados do semicondutor amorfo pode ser expressas como uma combinação linear de funções de onda associada aos estados do material cristalino, mas por outro lado, desconsiderando a condição de conservação de momentum. Neste caso, s o a conservação de energia e considerada. Estes estudos mostraram que o coeficiente de absorção óptica pode ser expresso como: (h!) = D2(h!)J(h!) onde D2(h!) corresponde ao elemento da matriz entre os estados final e inicial e J(h!) a densidade conjunta de estados. Nosso principal objetivo é determinar o perfil da curva de absorção óptica, em particular calcular D2(h!). Neste sentido, usamos o argumento de que os estados responsáveis pela absorção óptica do As2S3 são localizados e aplicamos os modelos usados em semicondutores cristalinos dopados. Considerando que os estados no limiar do espectro são responsáveis pelo limite de absorção, movendo-se em direção as energias mais altas do espectro óptico, podemos tentar explicar o comportamento da curva de absorção. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The study of amorphous semiconductors in recent years has allowed a detailed understanding of the physical and chemical properties of these crystalline materials .Studies have shown that many of their properties could be associated with the presence of imperfections. Later, with the renement of experimental techniques, which allowed the controlled addition of impurities, in particular the study of Si and Ge materials provided to investigate their intrinsic properties. These studies paved the use of semiconductor devices, with wide application in technology, and present in most electronic products. In the case of amorphous semiconductors the studies followed the same pattern as those used in crystalline materials. Although these studies allow, not so strong as in the case crystal clear separation of the intrinsic properties of extrinsic, can be used to study various physical properties, especially in the case of elementary or binary materials. In this report we are interested in discussing the optical properties of amorphous materials, in particular, optical transitions in glasses As2S3 type. To study these processes we must investigate the relationships between the distribution of electronic states in the absorption spectrum. For that we use the methods developed by Tauc and coworkers, who consider the semiconductor as a crystalline material with the addition of many imperfections. In this case the wave functions associated with states of semiconductor material can be expressed as a linear combination of wave functions associated with states of crystalline material, but on the other hand, disregarding the rule estringente conservation of momentum. In this case, only the energy conservation is considered. These studies showed that the optical absorption coecient can be expressed as : (h!) = D2(h!)J(h!) where D2(h!) is the matrix element between the states and J(h!) the joint density of states . Our main objective is to determine the prole of the optical absorption curve, in particular the calculation of D2(h!). In this sense, we use the argument that the states responsible for the optical absorption of As2S3 are localized and apply the models used in crystalline semiconductors doped with impurities. Whereas the states on the threshold of the spectrum are responsible for the absorption threshold, moving toward the energies in the optical spectrum, we can try to explain the behavior of the aborption curve.

A evolução da microeletrônica ocorrida nas últimas cinco décadas levou a tecnologia do Silício (Si) aos seus limites. A busca por novos materiais semicondutores se faz necessária, tendo em vista a continuidade de Lei de Moore para as proximas gerações de dispositivos. Neste contexto, o presente trabalho estuda o processamento de dois semicondutores de alta-mobilidade de portadores alternativos ao Si: germânio (Ge) e grafeno. No primeiro estudo, foi investigada a incorporação do deutério (D) em estruturas GeO2/Ge submetidas a tratamentos térmicos em atmosfera de D2. Tal processamento é usualmente utilizado na passivação de ligações pendentes na interface SiO2/Si. Concentrações mais altas de D foram verificadas para amostras GeO2/Ge, em comparação a estruturas SiO2/Si tratadas nas mesmas condições. Foi também observada a volatilização da camada de GeO2 para tratamentos em temperaturas > 450°C. Concomitantemente a este processo, a estequiometria do óxido remanescente é modificada em função de reações químicas entre o D2 e o GeO2. Como resultado desta interação, são formados compostos voláteis que contribuem para a dessorção do óxido. Estes resultados evidenciam o amplo impacto dos parâmetros de processamento de estruturas GeO2/Ge neste tipo de atmosfera. Em relação ao grafeno, foi investigada a incorporação de H e O em grafeno monocamada (GMC) depositado sobre substratos SiO2/Si. Dados obtidos por reações nucleares (NRA) e espectroscopia Raman (ER) mostraram que a incorporação destas espécies ocorre por meio de mecanismos distintos, dependendo do intervalo de temparaturas considerado. Além disso, verificou-se que tratamentos térmicos em temperaturas a partir de 600°C provocam a remoção da camada de grafeno, introduzindo defeitos na estrutura remanescente. Ademais, foi possível estabelecer uma associação direta entre a adsorção de contaminantes presentes no ar, como o H2O, e as desordens estruturais identificadas por ER (extensamente abordadas na literatura). Por fim, também foi investigada a formação de grafeno bicamada (GBC) sobre SiC(0001) por meio de intercalação de O via tratamentos térmicos em fluxos gasosos de O2 e/ou H2O. Os experimentos evidenciaram um efeito sinérgico desses agentes oxidantes, promovendo o desacoplamento total da camada de transição (CT) do substrato de SiC. Esse efeito também foi verificado para tratamentos em fluxo de H2O em tempos maiores. Nesse caso, porém, provavelmente há incorporação de H na amostra e degradação do GBC. O desacoplamento do grafeno está relacionado à formação de uma camada de óxido na superfície do SiC. Estes resultados abrem perspectivas animadoras para a produção de estruturas GBC/SiC em larga escala usando a técnica de oxidação úmida padrão. / The development of microelectronics in the last five decades pushed the silicon (Si) technology to its limits. New semiconductor materials are mandatory in order to keep device evolution following Moore’s Law. In this context, we studied the processing steps of two emerging high-mobility semicondutors for future nanoelectronics: germanium (Ge) and graphene. In a first study, deuterium (D) incorporation in GeO2/Ge structures following D2 annealing was investigated. Higher D concentrations were obtained for GeO2/Ge samples, in comparison to their SiO2/Si counterparts annealed in the same conditions. Besides, volatilization of the oxide layer is also observed as consequence of the annealings, especially for temperatures > 450°C. Parallel to this volatilization, the stoichiometry of remnant oxide is modified due chemical reactions between D2 and GeO2. As result of this interaction, volatile compounds are formed, contributing to oxide desorption. These findings evidence the broader impact of processing parameters in the physico-chemical properties of GeO2/Ge strucutures. Concerning graphene, we investigated the incorporation of H and O within monolayer graphene deposited on SiO2/Si substrates. Nuclear reaction analysis (NRA) and Raman spectroscopy (RS) showed that the adsorbed species are incorporated following two distinct mechanisms, depending on the temperature range considered. Besides, the results revealed that treatments at temperatures  600°C promote etching of the graphene layer, introducing defects in the structure. Moreover, it was possible to stablish a direct relation between the adsorption of contaminants from atmosphere, such as H2O, and the structural disorder measured by RS – which is extensely reported in literature. Finally, the formation of bilayer graphene (BLG) on SiC(0001) by means of O intercalation was investigated upon annealings in O2 and/or H2O ambients. The RS and XPS results evidenced a sinergystic effect of these oxidant agents, promoting a complete decoupling of the buffer layer from the SiC substrate. This effect was also observed for treatments in H2O flux for longer times. However, in this case H is probably incorporated within the sample, and the BLG is degraded. Graphene decoupling is related to the formation of a thin oxide layer on SiC. These results open compelling perspectives on the production of BLG/SiC structures in wafer scales using a standard wet oxidation technique.

Orientador: Ivan Chambouleyron / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-21T00:28:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CampomanesSantana_RicardoRobinson_M.pdf: 1736211 bytes, checksum: 00482dde696b6c518c3012a131bd0bba (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: Neste trabalho apresentamos resultados nas propriedades ópticas e elétricas de filmes de germânio amorfo hidrogenado (a-Ge:H), dopados com nitrogênio. Usamos a amônia como gás dopante nos filmes de a-Ge:H. Os filmes foram preparados pela técnica rf-sputtering numa atmosfera de Ar+H2+NH3, como alvo foi utilizado c-Ge. O único parâmetro que foi variado nas deposições foi a pressão parcial de amônia, P(NH3), na faixa de 2.7x1O-6 a 1.4x1O-4 mbar. Conforme se incrementa a P(NH3) nas deposições, a condutividade no escuro à temperatura ambiente (sRT) apresenta uma mudança de 3 ordens de grandeza. A energia de ativação (Ea) decresce de 0.45 eV a 0.15 eV. Estas variações de sRT e Ea são conseqüência da incorporação de nitrogênio ligado na forma tetraédrica nos filmes (dopagem ativa). Das medidas de PDS (Photothermal Deflection Spectroscopy), discutimos o incremento da desordem topológica dos filmes depositados com P(NH3). Adicionalmente, nas medidas de espectroscopia de transmissão óptica na faixa de NIR-VIS, não observamos variação apreciável no gap de Tauc e E04 (energia do fóton correspondente a um coeficiente de absorção de 10-4 cm-1) na série de filmes. Nos espectros de transmissão no infravermelho não se observou a presença de modos de vibração associados a ligações com o nitrogênio, isto é, Ge-N e N-H; a concentração de hidrogênio ligado ao Ge , em torno de 6%, foi determinado através da banda de vibração Ge-H wagging. Finalmente, são comparados os nossos resultados da dopagem de a-Ge:H com NH3 com os resultados obtidos usando nitrogênio (N2) como gás dopante / Abstract: In this work we present results on the electrical and optical properties of nitrogen-doped hydrogenated amorphous germanium films (a-Ge:H). We used ammonia, NH3, as the doping gas for the films of a-Ge:H. The a-Ge:H samples were prepared by rf-sputtering a c-Ge target in na Ar+H2+NH3 atmosphere. The NH3 partial pressure ranged from 2.7x10-6 to 1.4x10-4 mbar. It was the on1y deposition parameter varied between different deposition runs. As the NH3 partial pressure in the chamber increases, the room-temperature dark conductivity (sRT) changes up-to 3 orders of magnitude. The activation energy of the dark conductivity decreases from 0.45 to 0.15 eV. These variations are the consequence of the incorporation of tetrahedrally bonded nitrogen atoms into the films (active doping). We discuss the increase of topological disorder in the films produced by increasing NH3 partial pressures, determined from PDS (Photothermal Deflection Spectroscopy) Moreover, spectroscopy measurements on the samples in the NIR-VIS region, show neither changes in the optical Tauc's gap nor in the E04 energy (photon energy corresponding to an absorption coefficient a = 104 cm-1). The content of hydrogen atoms bonded to Ge, around 6 % in alI the films, was determined from the integrated absorption of the Ge-H wagging vibration mode in the mid-infrared energy region. In these measurements absorption bands associated to the vibration modes H-N and Ge-N were not observed. Finally, the results of active doping of the a-Ge:H network using ammonia are compared to those obtained using nitrogen as a doping gas / Mestrado / Física / Mestre em Física