Orientadores: Luiz Fernando Zagonel, Mônica Alonso Cotta / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2017-05-11T13:05:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva, Bruno Cesar da_M.pdf: 3758085 bytes, checksum: 042d8ff5a8d495ad70b0f10c888cd418 (MD5) Previous issue date: 2016 / Made available in DSpace on 2017-06-14T17:38:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_BrunoCesarda_M.pdf: 3758085 bytes, checksum: 042d8ff5a8d495ad70b0f10c888cd418 (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Neste trabalho, estudamos a dinâmica de crescimento de nanofios de GaP crescidos pelo método VLS (Vapor-Líquido-Sólido) via Epitaxia por Feixe Químico (CBE), usando nanopartículas catalisadoras de ouro. Investigando o efeito da temperatura na dinâmica de crescimento de nanofios de GaP encontramos uma grande variedade de nanofios em cada amostra, caracterizadas por diferentes direções de crescimento e/ou morfologias, apresentando sempre uma população dominante. Com o aumento da temperatura (510°C) observamos uma transição drástica na morfologia da população dominante, de nanofios típicos para uma nova e inesperada morfologia assimétrica. Mostramos ainda que modificando o tamanho da nanopartícula catalisadora de 5nm para 20nm os nanofios assimétricos ainda são favorecidos a alta temperatura. Procurando compreender o mecanismo de formação dos nanofios assimétricos, mostramos que estas estruturas cristalizam-se na fase WZ, com baixa densidade de defeitos, comparadas às outras amostras. Além disso, mostramos que a assimetria destes nanofios não é oriunda de diferenças de polaridade nas facetas laterais ou formação de defeitos cristalográficos que pudessem modificar a dinâmica de crescimento de modo a levar à morfologia assimétrica. Desta forma, propomos um cenário de crescimento simplificado, no qual a estrutura assimétrica é formada pela combinação do crescimento de nanofios ordinários, via VLS, junto com estruturas que crescem livre de catalizador via mecanismo VS (Vapor-Sólido), estas duas estruturas então se juntam, transferindo material e dando lugar a facetas de menor energia, resultando na formação da estrutura assimétrica. Por fim, medidas de fotoluminescência mostram a emissão característica no verde do GaP WZ para os nanofios assimétricos, mesmo com a estrutura não estando passivada, confirmando a boa qualidade cristalina das nossas amostras / Abstract: In this work, we study the growth dynamics of GaP nanowires grown by VLS (Vapor-Liquid-Solid) method via Chemical Beam Epitaxy (CBE) using gold nanoparticles as catalyst. Investigating the effect of temperature on the growth dynamics of GaP nanowires we find a wide variety of nanowires in each sample, characterized by different growth directions and/or morphologies, always having a dominant population. With increasing temperature (510°C), we observed a dramatic transition in the morphology of the dominant population of typical nanowires to a new and unexpected asymmetric morphology. We also show that modifying the size of the catalyst nanoparticle from 5nm to 20mn the asymmetric nanowires are still favored at high temperature. Looking forward to understand the mechanism of formation of the asymmetric nanowires, we show that these structures crystallize in the WZ phase with low defect density when compared to the other samples. Furthermore, we show that the asymmetry of these nanowires is not derived from differences in polarity in side facets or the formation of crystallographic defects which might modify the growth dynamics so as to bring the asymmetric morphology. Thus, we propose a simplified growth scenario, in which the asymmetric structure is formed by growth combination of ordinary nanowires via VLS, along with structures that grow catalyst-free via VS (vapor-solid) mechanism, these two structures joined and by transferring materials facets with lower energy facets appear, resulting in the formation of asymmetrical structure. Finally, photoluminescence measurements show the characteristic emission in the green of WZ GaP for asymmetric nanowires, even with no passivation, which confirms the good crystalline quality of our samples / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Mônica Alonso Cotta / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T18:21:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_DouglasSoaresde_M.pdf: 3151118 bytes, checksum: 954bfe85e80e3ae53e5e5c87d10aa961 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O estudo em nanofios semicondutores é crescente, seja pelo grande potencial de aplicações previsto para eles, seja para entender a dinâmica de formação dessas nanoestruturas. Entretanto, estes dois elementos estão ligados, pois é necessário entender o processo de síntese dos nanofios semicondutores para utilizar todo o seu potencial para aplicações. Neste trabalho, crescemos e estudamos nanofios de fosfeto de índio. Os nanofios foram crescidos pela técnica vapor-líquido-sólido em uma câmara de crescimento epitaxial por feixe químico (CBE). Através de microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão, obtivemos dados para análise dos nossos resultados. Os parâmetros de crescimento utilizados foram escolhidos de forma que nossos nanofios apresentassem um número bastante significativo de falhas de empilhamento. Utilizamos também nanopartículas catalisadoras muito pequenas (~5nm). Nosso resultado principal foi uma nova morfologia para nanofios. Obtivemos nanofios com variações periódicas de diâmetro sem modificar os parâmetros durante o crescimento. Sendo a distância entre essas variações de diâmetro crescente com o inverso do fluxo do precursor de índio (Trimetil-índio) fornecido durante o crescimento. Análise por microscopia eletrônica de transmissão nos mostrou que essas oscilações periódicas de diâmetro estão associadas com um aumento muito grande no número de falhas de empilhamento e mudanças na fase cristalográfica, de wurtzita para blenda de zinco. Esta morfologia foi modelada por nós como a nanopartícula englobando parcialmente a lateral do nanofio periodicamente durante o crescimento. Nosso modelo é baseado em considerações sobre a competição entre as rotas de incorporação de índio durante o crescimento, as condições termodinâmicas para a nucleação na linha de três fases e estabilidade mecânica da nanopartícula sobre o nanofio durante o crescimento / Abstract: The study of semiconductor nanowires is growing, either due to the great potential for applications or to understand the dynamics of formation of these nanostructures. However, these two elements are linked since it is necessary to understand the synthesis of semiconductor nanowires in order to use all its potential for applications. In this work, we studied and grew nanowires of indium phosphide. These nanowires were grown by the vapor-liquid-solid method on a chemical beam epitaxy (CBE) chamber. They were studied by scanning and transmission electron microscopy. The growth parameters used were chosen so that our NWs presented a significant number of stacking faults and very small (~5nm) catalyst nanoparticles (NPs). Our main result was the observation of a new NW morphology. We have obtained NWs with periodical variations in diameter without any changes in growth parameters during the run. The distance between these oscillations depends almost linearly on the inverse of the Indium precursor flow (TMI) provided during growth. Analysis by transmission electron microscopy has shown that the periodic oscillations in diameter are associated with a very large increase of SF densities and crystallographic phase changes, from Wurtzite to Zinc Blende phase. We have modeled the formation of this morphology as the NP partly wetting the NW sidewalls periodically during growth. Our model is based in considerations of competition between the routes of incorporation of indium during growth, the thermodynamic conditions for nucleation at the three-phase line and mechanical stability of the NP on the NW during growth / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientadores: Luiz Fernando Zagonel, Mônica Alonso Cotta / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-30T22:54:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_BrunoCesarDa_M.pdf: 3896391 bytes, checksum: 02a6cadcf24734bcd669293dc473b75e (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Neste trabalho, estudamos a dinâmica de crescimento de nanofios de GaP crescidos pelo método VLS (Vapor-Líquido-Sólido) via Epitaxia por Feixe Químico (CBE), usando nanopartículas catalisadoras de ouro. Investigando o efeito da temperatura na dinâmica de crescimento de nanofios de GaP encontramos uma grande variedade de nanofios em cada amostra, caracterizadas por diferentes direções de crescimento e/ou morfologias, apresentando sempre uma população dominante. Com o aumento da temperatura (510°C) observamos uma transição drástica na morfologia da população dominante, de nanofios típicos para uma nova e inesperada morfologia assimétrica. Mostramos ainda que modificando o tamanho da nanopartícula catalisadora de 5nm para 20nm os nanofios assimétricos ainda são favorecidos a alta temperatura. Procurando compreender o mecanismo de formação dos nanofios assimétricos, mostramos que estas estruturas cristalizam-se na fase WZ, com baixa densidade de defeitos, comparadas às outras amostras. Além disso, mostramos que a assimetria destes nanofios não é oriunda de diferenças de polaridade nas facetas laterais ou formação de defeitos cristalográficos que pudessem modificar a dinâmica de crescimento de modo a levar à morfologia assimétrica. Desta forma, propomos um cenário de crescimento simplificado, no qual a estrutura assimétrica é formada pela combinação do crescimento de nanofios ordinários, via VLS, junto com estruturas que crescem livre de catalizador via mecanismo VS (Vapor-Sólido), estas duas estruturas então se juntam, transferindo material e dando lugar a facetas de menor energia, resultando na formação da estrutura assimétrica. Por fim, medidas de fotoluminescência mostram a emissão característica no verde do GaP WZ para os nanofios assimétricos, mesmo com a estrutura não estando passivada, confirmando a boa qualidade cristalina das nossas amostras / Abstract: In this work, we study the growth dynamics of GaP nanowires grown by VLS (Vapor-Liquid-Solid) method via Chemical Beam Epitaxy (CBE) using gold nanoparticles as catalyst. Investigating the effect of temperature on the growth dynamics of GaP nanowires we find a wide variety of nanowires in each sample, characterized by different growth directions and/or morphologies, always having a dominant population. With increasing temperature (510°C), we observed a dramatic transition in the morphology of the dominant population of typical nanowires to a new and unexpected asymmetric morphology. We also show that modifying the size of the catalyst nanoparticle from 5nm to 20mn the asymmetric nanowires are still favored at high temperature. Looking forward to understand the mechanism of formation of the asymmetric nanowires, we show that these structures crystallize in the WZ phase with low defect density when compared to the other samples. Furthermore, we show that the asymmetry of these nanowires is not derived from differences in polarity in side facets or the formation of crystallographic defects which might modify the growth dynamics so as to bring the asymmetric morphology. Thus, we propose a simplified growth scenario, in which the asymmetric structure is formed by growth combination of ordinary nanowires via VLS, along with structures that grow catalyst-free via VS (vapor-solid) mechanism, these two structures joined and by transferring materials facets with lower energy facets appear, resulting in the formation of asymmetrical structure. Finally, photoluminescence measurements show the characteristic emission in the green of WZ GaP for asymmetric nanowires, even with no passivation, which confirms the good crystalline quality of our samples / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Daniel Mário Ugarte / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T20:15:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tizei_LuizHenriqueGalvao_D.pdf: 12237887 bytes, checksum: e97ac7041ecfd4c30088cf9b43d9849a (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O desenvolvimento de novos materias tem grande interesse devido à ocorrência de novos fenômenos e propriedades, as quais podem ser usadas em futuras aplicações tecnológicas. Em particular, nas últimas décadas, esforços imensos foram realizados buscando compreender nanomateriais e os efeitos da redução de tamanho e de dimensão. Entre os diferentes avanços alcançados, podemos citar o desenvolvimento significativo de nanofios semicondutores (estruturas quasi-unidimensionais) com dezenas ou centenas de nanometros de espessura e milhares de nanometros de comprimento. O método mais utilizado para o crescimento de nanofios é o método catalítico chamado VLS (Vapor-Líquido-Sólido), no qual uma nanopartícula metálica serve como sorvedouro preferencial de átomos de um vapor e, também, como posição para a formação de um sólido (nanofio). O VLS foi proposto por Wagner e Ellis nos anos 60. Em nossos trabalhos, nos concentramos no estudo de nanofios de semicondutores III-V crescidos em um reator de Epitaxia de Feixe Químico (CBE) catalisados por nanopartículas de Au. Mais especificamente, estudamos nanofios de InP, InAs, InGaP, InAsP e heteroestruturas InP/InAs/InP. Como a qualidade de interfaces e homogeneidade química do material crescido, influenciam diretamente as propriedades ópticas e elétricas de nanofios, nossa pesquisa nos levou a avaliar os limites da aplicação de diversas técnicas de microscopia eletrônica de transmissão aplicadas: TEM (Microscopia Eletrônica de Transmissão), STEM (Microscopia Eletrônica de Transmissão em Varredura), HRTEM (Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução), EDS (Espectroscopia de Raios-X Dispersados em Energia) e EELS (Espectroscopia de Perda de Energia de Elétrons). Como consequência, determinamos os limites de detecção de variações químicas e de medidas de larguras de interfaces das diferentes técnicas. Em particular, devido às limitações impostas pelo dano por radiação no material, propusemos o uso de deslocamentos químicos de plasmons (EELS) para a caracterização química de nanoestruturas de semicondutores III-V. Desenvolvemos uma metodologia para a análise de seções transversais de nanofios de InAsP. Os experimentos realizados indicam a diferença entre os semicondutores produzidos por crescimento axial (catalítico) e por radial (bidimensional). Além disso, a análise química detalhada de heteroestruturas InP/InAs/InP levou a detecção de concentrações inesperados de As no segmento final de InP. Interpretamos esta observação como uma indicação de que As difunde através da nanopartícula catalisadora durante o crescimento, demonstrando uma rota de incorporação de elementos do grupo V em nanofios crescidos pelo método VLS. Finalmente, estudamos os efeitos de defeitos estruturais extendidos, como discordâncias na morfologia e distorções estruturais de nanofios. Neste sentido, observamos a torção de Eshelby em nanofios de InP contendo discordâncias em parafuso únicas. Nossos resultados mostram que as taxas de torção medida são muito maiores (até 100%) do que o previsto pela teoria elástica macroscópica. Isto mostra as mudanças significativas nas propriedades mecânicas e estruturais em nanoestruturas e ilustra o papel importante de estudos detalhados de microscopia eletrônica para a análise de deformações em nanoestruturas / Abstract: The development of new materials has great interest due to the possibility of finding new phenomena and properties, which can be used in technological applications. In particular, in the last decades, huge efforts have been made in order to understand nanomaterials and, the effects of size and dimensionality reduction. Among different advances, it is worth noting the significant development of semiconductor nanowires (quasi-one dimensional structures) with tens or hundreds of nanometers in diameter and thousands of nanometers in length. The catalytic method VLS (Vapor-Liquid-Solid) is the most used approach for nanowire preparation, in which a metal nanoparticle serves as a preferential sink for atoms from a vapor and, also, as the position for the solid nucleation; this method was proposed by Wagner and Ellis in the 60s. In our work, we have focused on the study of III-V semiconductor nanowires grown by Chemical Beam Epitaxy (CBE) catalyzed by Au nanoparticles. Specifically, we have studied different III-V nanowires (InP, InAs, InGaP and InAsP), as ell as, some heterostructured wires (InP/InAs/InP). As the quality of interfaces and the chemical homogeneity of materials directly influence the optical and electrical properties of nanowires, our research have led us to assess the limit of applicability of several characterization techniques based on transmission electron microscopy: TEM (Transmission Electron Microscopy), STEM (Scanning Transmission Electron Microscopy), HRTEM (High Resolution Transmission Electron Microscopy), EDS (Energy Dispersed X-Ray Spectroscopy) and EELS (Electron Energy Loss Spectroscopy). As a consequence, we have determined the detection limit for the measurement of chemical composition variations and interface widths. In particular, due to the limitations imposed by radiation damage on III-V nanowires, we have proposed the use of Plasmon chemical shifts (EELS) to the chemical characterization of III-V nanostructures. We have analyzed the cross sections of InAsP nanowires and we have been able to reveal a difference between the semiconductors materials produced by the axial (catalytic) and radial (bidimensional) growth. Through the detailed chemical analysis of InP/InAs/InP heterostructures we have detected an unexpected concentration of As in the last InP segment of the heterostructure. We have interpreted this result as an indication that As diffuses through the catalytic nanoparticle during growth. This demonstrates an incorporation route for group V atoms in nanowires grown by VLS. Finally, we have studied the effects of extended structural defects, like dislocations, in the morphology and structural distortions of nanowires. In this sense, we have observed the Eshelby twist in InP nanowires containing a single screw dislocation. Our results show that measured twist rates are much larger (up to 100%) than the predictions from the elasticity theory. This shows the significant change of mechanical and structural properties in nanoscale and, illustrates the important role of a careful electron microscopy studies to analyze deformations in nanostructures / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências