Resumo: Dióxido de estanho, 'SNO IND.2', é um material semicondutor com transição de banda de energia (bandgap) larga, sendo que para o cristal (bulk), a energia pode variar de 3,6 até 4,2 eV, dependendo do método utilizado no preparo do material e também do teórico utilizado para o cálculo do bandgap. Suas propriedades ópticas, elétricas e estruturais são responsáveis pela grande quantidade de aplicações tecnológicas, tais como sensores para deteccção de gases, dispositivos óptico-eletrônicos, varistores e mostradores (displays) de cristal liquido entre outras. A natureza de transição de bandas de energia de 'SNO IND.2' tem sido motivo de controvérsia entre vários trabalhos já publicados, tanto teóricos quanto experimentais. Neste trabalho, apresentamos uma revisão de trabalhos teóricos e experimentais, selecionados da literatura, a respeito da natureza da transição direta ou indireta do bandgap do material. Apresentamos também um estudo das propriedades ópticas e estruturais de filmes finos de 'SNO IND.2', depositados sobre substrato de vidro e principalmente sobre substrato de quartzo, pela técnica de dip-coating via sol-gel. A influência dos dopantes foi analisada através de caracterização estrutural por difração de raios-X e também de medidas de absorção óptica. Além disso, também foram realizados cálculos da estrutura de bandas de cristal (bulk), superfície (110) e superfície (101), usando métodos de Primeiros-Princípios. Estes resultados são comparados ao bandgap obtido experimentalmente através de dados de absorção óptica e fotocondutividade em função do comprimento de onda da luz. / Abstract: Tin dioxide, 'SNO IND.2', is a wide bandagap semiconductor. For the bulk, the bandgap energy may vary in the range 3.6 to 4.2 eV, depending on the method used for its preparation or on the theoretical method employed for the bandgap calculation. The combination of its optical, electrical and structural properties is responsible by the large number of technological applications, such as gas sensors, opto-electronic devices, varistors and liquid crystal display, among others. The bandgap nature has been the focus of controversy among many published papers, either experimental as well as theoretical. In this work, we present a review of published theoretical and experimental papers, selected from the literature, concerning the driect or indirect bandgap nature. A study of optical and structural properties od 'SNO IND.2' thin films, deposited by sol-gel-dip-coating technique, on glass and mainly quartz substrates, is also shown. The influence of doping is also analyzed by the structural characterization through X-ray diffraction data as well as optical absorption measurements. Besides, band structure calculation is also shown, performed on bulk, besides (110) and (101) surfaces, using the First Principles method. These results are compared to experimentally obtained bandgap, through experimental data of optical absorption and photoconductivity as function of light wavelength. / Orientador: Luís Vicente de Andrade Scalvi / Coorientador: Júlio Ricardo Sambrano / Banca: Margarida Juri Saeki / Banca: Sérgio Ricardo de Lázaro / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Mestre

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Banca: Margarida Juri Saeki / Banca: Tomaz Catunda / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: A proposta deste trabalho é a investigação das propriedades elétricas e ópticas de filmes finos de dióxido de estanho (Sn'O IND. 2') obtidos via sol-gel e por solução alcoólica depositados via dip-coating, e, filmes de alumina ('Al IND. 2''O IND. 3') obtidos por deposição de filmes de alumínio (Al) via evaporação resistiva e tratamento térmico em diferentes ambientes, para promover a oxidação de Al. A investigação individual quanto às propriedades ópticas e elétricas desses materiais conhecer seu comportamento na forma de filmes, e estudar a região interfacial de Sn'O IND. 2' e 'Al IND. 2''O IND. 3'. As caracterizações estruturais dos filmes foram feitas por difração de raios-X (DRX), e, no caso dos filmes de alumina, utilizou-se também microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia óptica. Nas caracterizações ópticas foram utilizadas técnicas de espectroscopia na região do ultravioleta e no infravermelho próximo (UV-Vis-Nir). Tanto os filmes obtidos por meio alcoólico como obtidos via SGDC foram caracterizados como sendo de Sn'O IND. 2' de estrutura tetragonal do tipo rutilo, sendo que os filmes obtidos via processo alcoólico apresentaram condutividade elétrica maior do que os filmes obtidos via SGDC. Os resultados referentes aos filmes finos de alumínio indicam que independentemente da quantidade de camadas de alumínio depositadas e da atmosfera de tratamento térmico, tem-se a oxidação do alumínio à alumina ('Al IND. 2''O IND. 3'), sendo que a estrutura dominante depende da atmosfera de tratamento. A sua utilização como camada isolante no gate em dispositivo metal-óxido-semicondutor é viável, pois a corrente fonte-dreno apresenta valores significativamente maiores do que a corrente fonte-gate. / Abstract: The main goal of this work is the investigation of properties of tin dioxide (Sn'O IND. 2') and alumina ('Al IND. 2''O IND. 3) thin films. The first one was obtained through the sol-gel process as well as alcoholic solution, via dip-coating. The alumina thin films were obtained by resistive evaporation of aluminum (Al) followed by thermal annealing in distinct atmospheres, to promote the Al oxidation. The individual investigation of optical and electrical properties of these materials aims the knowledge of their behavior as thin films, which allows studying the interface layer of the heterojunction Sn'O IND. 2' e 'Al IND. 2''O IND. 3'. Structural characterization of films was carried out by X-ray diffraction (XRD) technique and particularly on the alumina films, scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy were done. For the optical characterization, wide spectra were obtained, with spectroscopy from ultraviolet to near infrared (UV-Vis-Nir). Either the films obtained in the alcoholic solution as well as via SGDC, where characterized as Sn'O IND. 2' of tetragonal structure of rutile type, and the films obtained through alcoholic process present electrical conductivity higher than the films obtained via SGDC. Results on aluminum thin films indicate that independent on the amount of deposited aluminum and thermal annealing atmosphere, the oxidation of aluminum to alumina ('Al IND. 2''O IND. 3) takes place, but the dominant alumina structure depends on the thermal annealing atmosphere. Besides, its utilization as insulating layer at the gate of a metal-oxide semicondutor device is achievable, because the source-drain current is significantly higher than the source-gate current. / Mestre

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Banca: Valmor Roberto Mastelaro / Banca: Paulo Noronha Lisboa Filho / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Dióxido de estanho (Sn'X IND. 2') é um semicondutor de bandgap largo com condutividade do tipo-n na forma não dopada, sendo aplicado em dispositivos diversos. Neste trabalho, filmes finos e géis secos de Sn'X IND. 2' dopados com os íons terras-raras 'Ce POT. 3+' e "Eu POT 3+' foram sintetizados através do processo sol-gel. Por outro lado, filmes finos de GaAs têm também sido amplamente utilizados, devido a alta mobilidade eletrônica e transição direta. Neste trabalho, também foram produzidos filmes finos de GaAs através da técnica de evaporação resistiva. Serão mostrados e discutidos aqui resultados referentes a filmes finos de Sn'X IND. 2' dopado com íons terras-raras, filmes finos de GaAs e resultados referentes ao crescimento de filmes finos de GaAs sobre filmes finos de SnO2 dopados com terras-raras. Medidas de absorção óptica permitiram avaliar a qualidade óptica dos filmes e estimar a energia do bandgap. Dados de difração de raios-X mostraram estrutura do tipo rutilo e fase cassiterita dos filmes de Sn'X IND. 2' e também as direções principais dos filmes de GaAs. A microscopia eletrônica de varredura permitiu a espessura e a qualidade morfológica da heterojunção, tanto com relação à interface Sn'X IND. 2'/GaAs como da superfície. A investigação das propriedades elétricas em Sn'X IND. 2' mostra a alta resistividade do material devido ao caráter aceitador de íons terras-raras na matriz. Foi investigada também a captura de elétrons fotoexcitados por centros de 'Ce POT 3+' termicamente ativados. Do modelo proposto, foram obtidos parâmetros importantes, como a barreira de captura devido aos defeitos dominantes. Resistividade em função da temperatura na heterojunção Sn'X IND. 2'/GaAs mostrou a diminuição da resistência do conjunto. / Abstract: Tin dioxide (Sn'X IND. 2') is a wide bandgap semiconductor material whith n-type conductivity the undoped form. This compound has been applied for several kinds of devices. In this work, thin films and xeogels of Sn'X IND. 2' doped with the rare-earth ions 'Ce POT. 3+' and "Eu POT 3+' have been produced by the sol-gel process. On the other band, GaAs thin films have also been widely used, due to high electronic mobility and direct bandgap transition. In this work, GaAs thin films have been deposited by the resistive evaporation technique. It is shown and discussed here results concerning rare-earth doped Sn'X IND. 2' thin films. GaAs thin films and the growing of GaAs on the top of rare-earth doped Sn'X IND. 2'. Through the optical absorption spectra it has been possible to evaluate the films optical quality and to estimate the optical bandgap. X-ray diffraction data show the rutile like structure and cassiterie phase of Sn'X IND. 2' thin films and also show the main directions of GaAs films. Scanning electron microscopy allowed evaluating the thickness and morphological quality of the heterojunction, concerning the infarce as well as the surface. Investigation of electrical properties of Sn'X IND. 2' shows high resistivity of this material due to the acceptor-lide character of rare-earth ions in the matrix. It has also been investigated the trapping of photo-induced electrons by the thermally activated Ce centers. From a proposed model, it has been obtained some relevant parameters, such as the capture barrier due to the dominant defects. Data of resistivity as function of temperature for the Sn'X IND. 2'/GaAs heterojunction show the decrease of overall resistance. / Mestre

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Banca: Valdemir Garcia Ferreira / Banca: Julio Ricardo Sambrano / Banca: Carlos José Leopoldo Constantino / Banca: Carlos Antonio Ruggiero / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Neste trabalho foi realizada a simulação numérica da fase líquida no processo de deposição de filmes finos pela técnica de molhamento (dip-coating), via sol-gel, utilizando como aplicação soluções precursoras de dióxido de estanho (Sn'IND. 2'). Dióxido de estanho é um semicondutor transparente de gap largo, amplamente utilizado em muitos tipos de dispositivos. Além da técnica convencional, o trabalho analisa uma nova proposta da técnica de deposição dip-coating onde a solução se encontra em uma temperatura diferente da ambiente. Para ambas as técnicas foram realizadas a modelagem matemática dos problemas e desenvolveu-se um método numérico apropriado baseado no método MAC (Marker and Cell). O problema foi resolvido em coordenadas cartesianas bidimensionais e as equações foram discretizadas pela técnica de diferenças finitas. Os resultados numéricos são visualizados por meio da distribuição de temperatura e vetores velocidade da solução precursora, que fornecem subsídios para investigação da influência dos vetores velocidade na obtenção de filmes com boas propriedades, em relação à uniformidade e homogeneidade. Verifica-se que estas características refletem diretamente na qualidade óptica dos filmes investigados, tornando-se parâmetros importantes para aplicações em dispositivos opto-eletrônicos. Através dos resultados numéricos verificou-se que nas regiões do fluido próximas ao substrato, os módulos dos vetores velocidade são maiores, há uma maior quantidade de material sendo depositado. Notou-se também, através da distribuição de velocidades em direção ao substrato que o filme tem uma melhor uniformidade na sua espessura quando os vetores velocidade possuem os valores de seus módulos mais próximos uns dos outros. Portanto, mudando os parâmetros iniciais de viscosidade, densidade, velocidade de imersão/emersão do substrato ou temperatura no fluido pode-se estudar o comportamento. / Abstract: In this work, the numerical simulation of liquid phase in the thin film deposition, by the sol-gel-dip-coating technique, was carried out. The method was applied to tin dioxide (Sn'IND. 2') solutions. Tin dioxide is a transparent semiconductor of wide bandgap, extensively used in many types of devices. Besides the conventional procedure, this work analyses a new proposal for the deposition technique, where the solution is heated above room temperature. In both cases, the mathematical modeling was done and the appropriated numerical method was developed, based on MAC (Marker and Cell) approach. The problem was solved in two-dimensional Cartesian coordinates and the equations were discretized by the finite difference technique. The numerical results are visualized through temperature and vector velocity distributions in the precursos solution, yielding subsides to the investigation of the influence of vectors velocity in the deposition of good property films, concerning uniformity and homogeneity. It was verified that these characteristics point directly toward the optical quality of investigated films, becoming important parameters for application in optoelectronic devices. The numerical results allow verifying that in the fluid regions close to the substrate, where the velocity modulus is highter, there is a larger amount of material being deposited. It was also noticed, through the velocity distribution towards the substrate, that the film has a better thickness uniformity when the vectors velocity have modulus values closer to each other. Therefore, changing initial parameters such as viscosity, density, substrate dipping rate or fluid temperature, it is possible to evaluate the fluid behavior during the thin film deposition. / Doutor

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Banca: Sandra Helena Pulcinelli / Banca: Antonio Carlos Hernandes / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Neste trabalho foi feita a produção e caracterização de amostras em formato de pó e filmes do material semicondutor dióxido de estanho (Sn 'O IND. 2') dopado com o terra-rara cério (Ce). Os filmes finos de (Sn 'O IND. 2') são preparados pelo método sol-gel e depositados pela técnica de molhamento (dip-coating). A incorporação de 'Ce POT. 3+' ou 'Ce POT. 4+' aumenta drasticamente a resistividade, quando comparado com filmes finos não dopados. A anális estrutural foi feita utilizando a técnica de difração de raios X e o método de refinamento Rietveld, onde se constatou cristalitos de dimensões nanoscópicas entre 5-7nm, para os filmes. O grande número de cristalitos diminui a mobilidade eletrônica devido ao aumento da densidade de barreira de potencial entre os grãos por unidade de volume. Uma alta dopagem leva a uma baixa condutividade quando no sal precursor usado temos 'Ce POT. 3+', o que assegura o comportamento naturalmente aceitador desse dopante. Medidas de corrente em função da voltagem para diversas temperaturas mostram o mecanismo de condução Schottky como dominante, ainda que um processo de tunelamento pareça ser uma boa aproximação para os desvios observados quando baixos campos elétricos são aplicados. Para o dopante 'Ce POT. 4+', um aumento na largura da região de depleção do contorno de grão parece ser responsável pela alta resistividade, resultando em um maior espalhamento de elétrons. Medidas realizadas sob pressão ambiente levam a barreiras de potencial mais altas do que as medidas feitas sob vácuo, devido a absorção de oxigênio na superfície das partículas. Para temperaturas maiores do que '150 GRAUS', sob condições de vácuo, pode acontecer a eliminação de espécies 'O POT. 2 -', mudando o comportamento da relação corrente-voltagem em amostras dopadas com 'Ce POT. 4+'. / Abstract: In this work, the production and characterization of the semiconductor tin dioxide (Sn 'O IND. 2'), doped with the rare earth cerium (Ce), is done. Samples are produced in the form of thin and powders. The thin films are prepared by the sol-gel-dip-coating technique. Incorporation of 'Ce POT. 3+' ou 'Ce POT. 4+' increases drastically the resistivity, when compared to undoped thin films. Structural analysis is done by X ray diffraction technique and the Rietveld refinement method, which yields crystallites in the nanoscopic 5-7 nm range, for the films. The high number of crystallites decreases the electronic mobility due to the increase in the density of potential barriers between grains by volume unit. A high doping leads to low conductivity, when... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre