The Tin dioxide (SnO2) and Titanium dioxide (TiO2) are very promising materials in Material science. The SnO2 is commonly used as a gas sensor while the TiO2 is used as a catalyst in many reactions. Despite of the usefulness of these two substances, their surface structures lack detail investigations in the previous years. The Low Energy Electron Diffraction (LEED) technique is commonly used to characterize surfaces in the past 40 years, it is a mature system that many researches rely on its result. However, structural analysis in LEED requires comparison with computational results based on pre-defined structure models, which is a time-consuming method and the results are not guaranteed to be found. The direct determinations of structure by Patterson function inversion methods introduced by Huasheng Wu and S. Y. Tong could provide a different path to search for surface structure. In the Patterson function, each maximum in the function corresponds to a relative position vector of atomic pairs. Multiple-angle-incident LEED has to be performed to obtain an artifact-free Patterson function. Serveal SnO2 and TiO2 surfaces have been characterized by LEED and Patterson function inversion. SnO2 (110), (100), (101) , Rutile TiO2 (110), Anatase TiO2 (110) have been prepared by argon ion sputtering and annealing cycles and the cleanness has been checked by Auger Electron Spectroscopy and LEED. Reconstruction is observed based on the study of the LEED patterns. SnO2 (110) surface shows a 4 x 1 reconstruction in UHV environment while it gives 1 x 1 under annealing in oxygen and C(2 x 2) at higher annealing temperature afterward. SnO2 (100) , (101) and Rutile TiO2 (110) surfaces show 1 x 1 reconstruction in UHV environment and the reconstruction persists for further annealing. The Anatase TiO2 (110) surface shows a 3 x 4 reconstruction in UHV environment. The 3 x 4 reconstruction of Anatase TiO2 (110) surface would raise research interests as it is quite a special reconstruction. Multiple-angle-incident LEED has been performed on the SnO2 (100), (101) and Rutile TiO2 (110) surfaces. Patterson function inversion is performed on the surfaces SnO2 (100) and Rutile TiO2 (110) . Only LEED is performed on SnO2 (110) , (101) and Anatase TiO2 (110) surfaces. From Patterson functions analysis, the surface atoms positions are determined for the surface SnO2 (100) and Rutile TiO2 (110). The results show that their reconstructions are negligible, but they have obvious relaxations. / published_or_final_version / Physics / Master / Master of Philosophy

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-08-30Bitstream added on 2014-06-13T19:06:02Z : No. of bitstreams: 1 floriano_ea_dr_bauru.pdf: 1682344 bytes, checksum: a9dc55dd1f9da48c4cd793193ef74aea (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta uma abordagem teórico-experimental na investigação de filmes finos de dióxido de estanho (SnO2) não dopado, de SnO2 dopado com antimônio (Sb), de dióxido de titânio (TiO2) e também de heteroestrutura Tio2/SnO2, produzidos pelo processo sol-gel-dip-coating. O conhecimento dos mecanismos de transporte elétrico de SnO2:Sb é fundamental para o desenvolvimento de dispositivos opto-eletrônicos. Neste sentido, a contribuição deste trabalho está principalmente no estudo das propriedades elétricas de SnO2:Sb, no qual foi analisado a captura de elétrons fotoexcitados por centros de Sb e/ou vacâncias de oxigênios termicamente ativados. Os resultados, surpreendentemente, mostraram que a taxa de variação da condutividade diminui com o aumento temperatura, independente da energia da fonte de excitação (acima ou abaixo da energia do bandgap). Este comportamento está provavelmente relacionado à mobilidade eletrônica, que é dominado pelo espalhamento de portadores de carga na região do contorno de grão. Quanto à heterojunção TiO2/SnO2, o conhecimento do tipo de estrutura cristalina dos semicondutores óxidos é fundamental para sua utilização em determinadas aplicações tecnológicas. A avaliação das propriedades estruturais de filmes finos de TiO2 apresentada nesta tese mostrou que o substrato de quartzo, utilizado para deposição dos filmes, exerce influência na temperatura de transição de fase anatásio-rutilo. De modo geral, apresentamos aqui uma avaliação das propriedades ópticas, estruturais, elétricas e eletrônicas de filmes finos de SnO2 e de SnO2:SB e também das propriedades ópticas, estruturais e eletrônicas de TiO2 e heterojunção TiO2/SnO2. As propriedades eletrônicas foram obtidas a partir de simulações computacionais de SnO2 SnO2:Sb e TiO2 desenvolvidas com o programa CRYSTAL06, baseadas na Teoria do Funcional da Densidade / This work presents a theoretical-experimental approach in the investigation of undoped and Sb-doped SnO2 thin flims, TiO2 thin films and also the heterostructure TiO2/SnO2 deposited through the sol-gel-dip-coating technique. The knowledge of the electrical transport mechanisms in SnO2:Sb is fundamental towards the devolping of optoelectronic devices. Then, our contribution concerns the analysis of the electronic structure and, mainly, the investigation of the electrical properties of SnO2:Sb, where the electron capture by thermally activated Sb centers and/or oxygen vacancies was proposed. Results, surpisingly, show that the conductivity variation rate increases with temperature, independent on excitation source energy (above or below the gandgap energy). This behavior is probaly related to the electronic mobility, which is dominated by the charge carrier scattering at boundary layer. Concerning the heterojunction TiO2/SnO2, the determination of the crystalline structure type of oxide semiconductors if fundamental for application in specific technologies. The evalution of structural properties of TiO2 films show that the quartz substrate, used for film deposition, influences the transition temperature of the anatase-rutile phases. In summary, we present an evalution of optical, structural, electrical and electronic properties of SnO2 and SnO2:Sb as well as optical, structured, and electronic properties of TiO2/SnO2. Electronic properties were obtained from computacional simulations of SnO2, SnO2:Sb, TiO2 and TiO2/SnO2, developed with the program CRYSTAL06, through the Density Functional Theory

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Coorientador: Julio Ricardo Sambrano / Banca: Margarida Juri Saeki / Banca: Tomaz Catunda / Banca: Valeria Moraes Longo / Resumo: Este trabalho apresenta uma abordagem teórico-experimental na investigação de filmes finos de dióxido de estanho (SnO2) não dopado, de SnO2 dopado com antimônio (Sb), de dióxido de titânio (TiO2) e também de heteroestrutura Tio2/SnO2, produzidos pelo processo sol-gel-dip-coating. O conhecimento dos mecanismos de transporte elétrico de SnO2:Sb é fundamental para o desenvolvimento de dispositivos opto-eletrônicos. Neste sentido, a contribuição deste trabalho está principalmente no estudo das propriedades elétricas de SnO2:Sb, no qual foi analisado a captura de elétrons fotoexcitados por centros de Sb e/ou vacâncias de oxigênios termicamente ativados. Os resultados, surpreendentemente, mostraram que a taxa de variação da condutividade diminui com o aumento temperatura, independente da energia da fonte de excitação (acima ou abaixo da energia do bandgap). Este comportamento está provavelmente relacionado à mobilidade eletrônica, que é dominado pelo espalhamento de portadores de carga na região do contorno de grão. Quanto à heterojunção TiO2/SnO2, o conhecimento do tipo de estrutura cristalina dos semicondutores óxidos é fundamental para sua utilização em determinadas aplicações tecnológicas. A avaliação das propriedades estruturais de filmes finos de TiO2 apresentada nesta tese mostrou que o substrato de quartzo, utilizado para deposição dos filmes, exerce influência na temperatura de transição de fase anatásio-rutilo. De modo geral, apresentamos aqui uma avaliação das propriedades ópticas, estruturais, elétricas e eletrônicas de filmes finos de SnO2 e de SnO2:SB e também das propriedades ópticas, estruturais e eletrônicas de TiO2 e heterojunção TiO2/SnO2. As propriedades eletrônicas foram obtidas a partir de simulações computacionais de SnO2 SnO2:Sb e TiO2 desenvolvidas com o programa CRYSTAL06, baseadas na Teoria do Funcional da Densidade / Abstract: This work presents a theoretical-experimental approach in the investigation of undoped and Sb-doped SnO2 thin flims, TiO2 thin films and also the heterostructure TiO2/SnO2 deposited through the sol-gel-dip-coating technique. The knowledge of the electrical transport mechanisms in SnO2:Sb is fundamental towards the devolping of optoelectronic devices. Then, our contribution concerns the analysis of the electronic structure and, mainly, the investigation of the electrical properties of SnO2:Sb, where the electron capture by thermally activated Sb centers and/or oxygen vacancies was proposed. Results, surpisingly, show that the conductivity variation rate increases with temperature, independent on excitation source energy (above or below the gandgap energy). This behavior is probaly related to the electronic mobility, which is dominated by the charge carrier scattering at boundary layer. Concerning the heterojunction TiO2/SnO2, the determination of the crystalline structure type of oxide semiconductors if fundamental for application in specific technologies. The evalution of structural properties of TiO2 films show that the quartz substrate, used for film deposition, influences the transition temperature of the anatase-rutile phases. In summary, we present an evalution of optical, structural, electrical and electronic properties of SnO2 and SnO2:Sb as well as optical, structured, and electronic properties of TiO2/SnO2. Electronic properties were obtained from computacional simulations of SnO2, SnO2:Sb, TiO2 and TiO2/SnO2, developed with the program CRYSTAL06, through the Density Functional Theory / Doutor

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