The use of semiconductor materials applied in gas sensing devices is currently one of the most researched topics in air quality control and environmental protection. The research is focused on the production of new sensing materials with improved detection limits, selectivity, working temperatures and response times of the known semiconductor materials. Although theoretical models show the great importance of morphology on gas detection, a direct relation between structure size/morphology and the gas sensing properties has not been experimentally established. In this work, Radio Frequency-sputtering method is used to deposit and produce zinc oxide thin films from ceramic and metallic targets, in which the latter are submitted to thermal oxidation to obtaining ZnO porous films. The samples are deposited on platinum interdigitated electrodes and the electrical behavior is analyzed when exposed to ozone. The effects of feature size and film porosity are studied regarding the enhancement of sensor performance. The results show sensors with small features and low porosity present low ozone sensitivity and fast response; while greater features in highly porous films exhibit low sensitivity and slower responses. The optimum sensing performance is found to be somewhere between when the apparent surface area available for adsorption is maximized and the best ozone response is registered. On the other hand, the electrical behavior of doped films when exposed to ozone demonstrates cobalt presence plays a fundamental role. By inserting cobalt, we could improve the sensor response by 62% under the same conditions. However, the increase of doping concentration modify the zinc oxide conductivity to p-type and drastically decrease the sensor response due to the possible formation of cobalt oxide segregates. Our results propose RF sputtering deposition as a versatile technique in the production of semiconductor gas sensors, once high porosity and, therefore, sensitivity can be controlled through the deposition of metals, and dopants, followed by thermal oxidation. / O uso de materiais semicondutores aplicados como dispositivos sensores é atualmente um dos tópicos mais pesquisados na área de controle da qualidade do ar e proteção ambiental. As pesquisas são focadas na produção de novos materiais sensores com limites de detecção, seletividade, temperaturas de trabalho e tempos de resposta, melhores que as apresentadas pelos materiais já conhecidos. Embora os modelos teóricos mostrem a grande importância da morfologia na detecção de gases, uma relação direta entre a estrutura, tamanho/morfologia e as propriedades sensoras não tem sido experimentalmente estabelecida na literatura. Neste trabalho, sputtering de rádio frequência é utilizado para depositar e produzir filmes finos de oxido de zinco a partir de alvos cerâmicos e metálicos, em que o último é submetido à oxidação térmica para obter filmes porosos de ZnO. As amostras são depositadas em interdigitados de platina e foi estudado o seu comportamento elétrico quando é exposto a ozônio. Os efeitos de tamanhos de estrutura e porosidade dos filmes são estudados em relação à melhoria da resposta sensora. Os resultados obtidos mostram que os sensores com tamanhos de estrutura menores e baixa porosidade apresentam baixa sensibilidade e rápidas respostas; no entanto, as estruturas maiores em filmes altamente porosos exibem baixas sensibilidades e maiores tempos de resposta. O melhor desempenho sensor encontra-se em um ponto médio em que a aparente área superficial para adsorção é maximizada e é registrada a melhor reposta ao ozônio. Por outro lado, o comportamento elétrico dos filmes dopados demonstrou que a presença de cobalto desempenha um papel fundamental. Com a inserção de cobalto, a resposta sensora foi melhorada em 62% sob as mesmas condições de medida. Porém, o aumento das concentrações de cobalto modificou a condutividade do oxido de zinco para comportamentos tipo-p e diminuiu drasticamente a resposta do sensor, devido a possível segregação de óxido de cobalto. Os nossos resultados propõem o método de deposição RF-Sputtering como uma técnica versátil na produção de sensores semicondutores para gases, uma vez que a porosidade e assim a sensibilidade pode ser controlada por meio da deposição de metais e dopantes seguido por oxidação térmica.

Nesta dissertação, estuda-se a reação de carboxilação de metano com CO2 para a produção de ácidos e acetatos. Esses dois gases contribuem para a intensificação do efeito estufa, relacionado aos problemas ambientais enfrentados atualmente. Dessa forma, o aproveitamento dessas fontes para a produção de compostos de alto valor agregado é de grande interesse. Para isso, um catalisador com óxido de zinco suportado em grafeno foi sintetizado e caracterizado a partir de diferentes técnicas, com o objetivo de se avaliar as propriedades morfológicas, texturais e estruturais do catalisador, bem como a sua estabilidade térmica e redutibilidade. O desempenho do catalisador foi avaliado na reação de metano com CO2 e O2 em testes de reação superficial com temperatura programada, com a formação de gases como CO, H2 e H2O, e em testes a partir da técnica de Espectroscopia no Infravermelho, com o estudo da interação dos gases metano e CO2 com o catalisador, assim como dos mecanismos que levam à formação dos gases observados e das evidências que indicam o processo de formação de ácido ou acetatos na superfície do catalisador. / The present study is dedicated to the carboxilation reaction of methane with CO2 for acid and acetates production. These two gases contribute to the intensification of the greenhouse effect, related to the environmental problems currently faced. Thus, the use of these sources for the production of compounds with high added value is of large interest. In this study, a zinc oxide catalyst supported on graphene was synthesized and characterized using different techniques, with the objective of evaluating the morphological, textural and structural properties of the catalyst, as well as its thermal stability and reducibility. The catalyst performance was evaluated in the reaction of methane with CO2 and O2 in tests of the surface reaction at programmed temperature, with the formation of gases such as CO, H2 and H2O, and in tests using Infrared Spectroscopy technique, for the study of the interaction of methane and CO2 with the catalyst, as well as for studying the mechanisms that lead to the formation of the gases observed, and the evidence that indicates the process of formation of acids or acetates on the catalyst surface.

Um experimento foi realizado com o objetivo de avaliar diferentes alternativas nutricionais no controle de diarréia de leitões. Foram utilizados 128 leitões de uma linhagem comercial, desmamados com idade média de 21 dias, sendo metade de cada sexo. Os leitões foram distribuídos em 32 baias, sendo cada unidade experimental composta por quatro leitões. O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso, com os animais distribuídos em oito tratamentos e quatro repetições de quatro animais (dois machos e duas fêmeas). Tratamentos: T1 - alto calcário, sem óxido de zinco, sem ácido benzóico; T2 - alto calcário, com óxido zinco, sem ácido benzóico; T3 - baixo calcário, sem óxido de zinco, sem ácido benzóico; T4 - baixo calcário, com óxido zinco, sem ácido benzóico; T5 - alto calcário, sem óxido zinco, com ácido benzóico; T6 - alto calcário, com óxido de zinco, com ácido benzóico; T7 - baixo calcário, sem óxido de zinco, com ácido benzóico; T8 - baixo calcário, com óxido de zinco, com ácido benzóico. As dietas foram fornecidas em dois períodos: de 1 a 14 dias pós-desmame (Fase I) e de 15 a 28 dias pós-desmame (Fase II). A partir do 29º dia os animais receberam uma mesma dieta até os 70 dias de idade. As características zootécnicas avaliadas foram: o ganho de peso, o consumo de ração, índice de conversão alimentar e a incidência de diarréia. Além disso, foram avaliadas a altura das vilosidades do duodeno, a profundidade das criptas e a relação altura de vilosidades/profundidade de cripta. Ao final do experimento, foi coletada a tíbia para a avaliação da densidade óssea. O óxido de zinco diminuiu a incidência de diarréia e foi mais eficiente em melhorar o GPMD e o CRMD de 1 a 14 dias pós-desmame. O ácido benzóico associado ao baixo calcário melhorou o GPMD de 15 a 28 dias pós-desmame e teve efeito positivo na morfologia duodenal. A diminuição do nível de calcário não prejudicou a densidade mineral óssea dos animais. / One trial was conducted to evaluate different nutritional alternatives for diarrhea control in weanling piglets. One hundred twenty eight piglets (half male and half female) were weaned with approximately 21 days of age. The piglets were distributed in 32 pens and each one was an experimental unit with four piglets. In a block design, the animals were distributed in eight treatments and four replications with four animals each (two male and two female). Treatments: T1 - high limestone, without zinc oxide and benzoic acid; T2 - high limestone, with zinc oxide and without benzoic acid; T3 - low limestone, without zinc oxide and benzoic acid; T4 - low limestone, with zinc oxide and without benzoic acid; T5 - high limestone, without zinc oxide and with benzoic acid; T6 - high limestone, with zinc oxide and benzoic acid; T7 - low limestone, without zinc oxide and with benzoic acid; T8 - low limestone, with zinc oxide and benzoic acid. The diets were given in two periods: d 1 - 14 postweaning (Phase I) and d 15 - 28 postweaning (Phase II). The animals were fed with common diet from d 29 until 70 days of age. Parameters evaluated were: body weight gain, fed conversion, and diarrhea incidence. In addition, duodenum\'s villus height, crypt depth, and villus height/crypt depth were evaluated. At the end of time trial, tibia was collected for bone density analyze. Zinc oxide reduced diarrhea incidence and improved GDW and DC from d 1 - 14 postweaning. Benzoic acid with low limestone level improved GDW from d 15 - 28 postweaning and duodenal morphology was affected positively. The lower level of limestone did not affect mineral bone density of the animals.

Orientador: Lucas Fugikawa Santos / Banca: Giovani Fornereto Gozzi / Banca: Roberto Mendonça Faria / Resumo: Neste trabalho, foram estudadas as propriedades elétricas de filmes finos de óxido de zinco (ZnO) depositados por solução (spin-coating) de um precursor orgânico (acetato de zinco) em diferentes condições ambientais (temperatura, umidade e irradiância de luz), controladas em laboratório. A corrente dos dispositivos produzidos foi monitorada em função do tempo usando como parâmetros a irradiância de luz (entre 107 e 433 W/m2) usando uma lâmpada com espectro na região do ultravioleta-visível-infravermelho próximo (UV-vis-NIR) com o intuito de simular o espectro solar, a dose de irradiação (controlada pelo tempo de irradiação, entre 30 minutos e 120 minutos), a tensão aplicada (5 V e 30 V), a umidade relativa do ambiente (entre 30% e 80%) e a temperatura (32 oC e 50 oC). Além de um tempo de resposta considerável (da ordem de vários minutos) para a condutividade atingir o seu valor final após a incidência de luz, percebeu-se um fenômeno de fotocondutividade persistente (após o desligamento da luz). Diversos parâmetros de resposta (valor máximo de condutância, condutância final sob irradiação, tempo de subida, tempo de queda, etc.) foram definidos e utilizados como dados de entrada de uma análise de resultados baseados em uma análise multifatorial completa, de dois níveis, envolvendo como fatores as condições ambientais da realização dos ensaios. O design experimental (DOE) utilizado teve 5 fatores (temperatura, umidade, dose, irradiância e temperatura), totalizando 32 corridas... / Abstract: In the present work, the electrical properties of zinc oxide (ZnO) thin-films deposited from organic precursor (zinc acetate) solutions by spin-coating were studied at different laboratory controlled conditions (temperature, humidity and lightirradiation). The current of the devices was monitored as a function of time using parameters as the light-irradiation (between 107 and 433 W/m2) using a lamp with the spectrum in the UV-visible-near infrared (UV-vis-NIR) region, simulating the solar spectrum, the irradiation dose (controlled by the irradiation time, between 30 and 120 minutes), the applied voltage (between 5 and 30 V), the environment relative humidity (between 30% and 80%) and the temperature (between 32 oC and 50 oC). Besides, a considerable response time (in the order of few minutes) needed for the conductivity to achieve its final value under irradiation, a persistent photoconductivity effect (after the light was put off) was observed. Several response parameters (maximum conductance, final conductance under irradiation, risetime, fall time, etc.) were defined and used as input data of a two-level full-multifactorial analysis involving as factors the environmental experimental conditions. A design of experiments (DOE) using 5 factors (temperature, humidity, irradiance, dose and temperature), totalizing 32 experimental runs, added to additional 3 intermediate factor value runs to increase the number of degrees of freedom in the system. Analysis of variance (ANOVA) ... / Mestre

Neste trabalho se realiza a síntese e caracterização de nanofios de óxido de zinco. Adicionalmente se apresenta o processo de montagem de um dispositivo para medidas elétricas deste material. Estuda-se complementarmente o efeito do tratamento de plasma sobre as propriedades de fotoluminescência do material. Nanofios foram sintetizados pelo mecanismo vapor-líquido-sólido (VLS), utilizando ouro como catalizador e safira c-plane como substrato. As amostras foram caracterizadas utilizando microscopia eletrônica de varredura, fotoluminescência a temperatura ambiente, difração de raios X, e microscopia eletrônica de transmissão. Os nanofios obtidos têm seção transversal com formato quase hexagonal, e larguras de aproximadamente 46 nm. O comprimento deles varia de 3 a 10 μm. Os resultados de difração de raios x e microscopia eletrônica de transmissão mostram que eles são monocristalinos com rede cristalina tipo wurtzita, e com direção de crescimento no eixo c. Foram estudados os efeitos da potência de plasma de oxigênio (O2) na fotoluminescência dos nanofios a temperatura ambiente. A diferença na fotoluminescência após diferentes tratamentos de plasma de O2 mostra que a razão entre a emissão da região do band gap e da banda do visível pode ser modificada pelo tratamento. Este efeito corrobora com a hipótese de que a banda verde de luminescência está relacionada às vacâncias de zinco. A variação percentual da razão entre as duas regiões apresenta uma dependência linear com a potência do plasma. / In this work, we performed the synthesis and characterization of zinc oxide nanowires. We also report an assembly process to measure the electrical properties of this material. We study the plasma treatment effect on the photoluminescence spectra of the nanowires. Nanowires were synthesized via vapor-liquid-solid mechanism, using gold as catalyst and c-plane sapphire as substrate. The samples were characterized using scanning electron microscopy, room temperature photoluminescence, x-rays diffraction and transmission electron microscopy. Our nanowires show a quasi-hexagonal cross section, with diameters of approximately 46 nm. Their lengths ranged from 3 to 10 μm. Our results show monocrystalline wurtzite crystal nanowires with c growth direction. We also study the plasma power effect of oxygen (O2) plasma treatment on the room temperature photoluminescence spectra of the nanowires. Our results show that the deep level emission to near band emission ratio decreases with the plasma treatment. This effect supports the hypothesis that claims the green band luminescence is related to the oxygen vacancies. Furthermore, the relative ratio change depends linearly on the plasma power.

O presente trabalho realiza a investigação de interações hiperfinas em amostras de óxido de zinco dopado com metais de transição por meio da técnica de Correlação Angular γ - γ Perturbada (CAP), baseada em interações hiperfinas. Para a realização das medidas, utilizou-se núcleos de prova radioativos de 111In -> 111 Cd que decaem através da cascata gama 171-245keV com nível intermediário de 245keV (I = 5+/2, Q = 0.83b, T1/2 = 84.5ns). Inicialmente, amostras de óxido de zinco dopadas com diferentes metais de transição foram confeccionadas por meio de um processo sol-gel para a obtenção de amostras óxidas. Realizou-se, então, o processo de caracterização destas amostras por meio de diferentes técnicas (Difração de Raios-X, Microscopia Eletrônica de Varredeura e Espectroscopia EDS) onde se sucedeu a investigação de interações hiperfinas (por meio da técnica CAP) a fim de se obter maior compreensão a respeito das interações quadrupolares elétricas presentes nas amostras, bem como a possibilidade da existência de comportamento ferromagnético à temperatura ambiente, aspecto este que vem sendo intensamente investigado, e que é de elevado interesse no que diz repeito à futuras aplicações. Os resultados obtidos foram analisados e discutidos em face dos modelos e das informações encontradas na literatura. As discussões foram realizadas em função das diferentes temperaturas de medida, tratamentos térmicos, tamanho das partículas, tipo e concentração de elementos dopantes, possibilitando uma discussão detalhada bem como a interpretação física dos resultados obtidos, apresentando-se as respectivas conclusões. / In the present work, a microscopic investigation of hyperfine interactions in zinc oxide samples doped with transition metals was carried out by means of Perturbed Angular γ γ Correlation technique (PAC), which is based on hyperfine interactions. This technique makes use of 111In -> 111 Cd radioactive probe nuclei, which decay through the well known cascade 171-245keV with an intermediate level of 245keV (I = 5+/2 ,Q = 0.83b, T1/2 = 84.5ns). First, zinc oxide samples doped with different transition metals were obtained by means of a sol-gel method for production of oxide samples. Then, samples were characterized by means of different techniques (X-Ray Difraction, Scanning Electronic Microscopy and Energy Dispersive Spectroscopy), followed by the investigation of hyperfine interactions (using PAC technique), in order to increase the understanding concerning electric quadrupole interactions in these samples, as well as the possibility of obtaining ferromagnetic behavior at room temperature, which has been extensively investigated and is an aspect of high interest concerning future applications. Results obtained from measurements were analyzed and compared with the information found in literature. Discussions were made as function of different measurement temperatures, annealing procedures, particle size, type and concentration of doping elements, making possible to produce a detailed discussion as well as the physical interpretation of the results obtained, presenting the respective conclusions.

O interesse na preparação de filmes finos de óxidos pelo processo sol-gel aumentou nos últimos anos devido a alta qualidade dos filmes, baixo custo dos precursores orgânicos e grande importância tecnológica. Dependendo das condições de preparação e das espécies dopantes, é possível obter filmes com características diversas: piezelétricos, luminescentes, isolantes, semicondutores ou condutores. Filmes de óxido de zinco (ZnO) podem ser usados na formação de camadas semicondutoras. Além disso, a dopagem deste composto com elementos da família IIIA promove um aumento da condutividade e a dopagem com íons de terras raras origina filmes luminescentes. A literatura sobre filmes de óxido de zinco, contudo, é em sua maior parte descritiva e não há uma compreensão total do processo e mecanismos envolvidos na formação dos filmes. No contexto do presente trabalho, filmes de ZnO:Al e ZnO:Eu foram preparados através do processo sol-gel não-alcóxido. Neste método, sais orgânicos são usados ao invés dos alcóxidos na preparação de sóis orgânicos. Ao contrário do primeiro método, a literatura relacionada à técnica sol-gel a base de acetatos é ainda muito limitada. Portanto, um dos objetivos desta pesquisa é investigar os mecanismos existentes nos estágios iniciais de formação dos filmes. Efeito da temperatura, velocidade de deposição e nível de dopagem foram estudados. Acetato de zinco dihidratado e nitrato de alumínio nonahidratado foram refluxados em etanol a 75°C por um período de tempo dependente da concentração das soluções. Os níveis de dopagem do íon Al3+ foram de 0,8 e 5%. Ácido lático foi adicionado à solução etanólica para promover a hidrólise do acetato de zinco. Os aditivos acetilacetona e dietanolamina foram adicionados aos sóis antes da deposição para melhorar a homogeneidade dos filmes. Os sóis foram transferidos para substratos de vidro através do método de imersão-emersão (dip-coating). A formação de géis foi obtida por evaporação do solvente. Os filmes do óxido inorgânico foram formados por tratamento térmico a 450°C por 1 hora em atmosfera de ar. Ciclos de deposição de uma ou mais camadas, intermediadas ou não por calcinação, foram realizados. Por análise térmica e FTIR observa-se que acetato de zinco funde a 200-250°C e que concomitantemente ZnO:Al começa a ser formado como mostra a banda de estiramento de ZnO de baixa intensidade nos espectros. Não é observada perda de massa após 450°C, o que indica a total decomposição dos precursores orgânicos e na mesma temperatura o estiramento ZnO é intensificado. Medidas feitas com a técnica de microbalança a cristal de quartzo (QCM) evidenciaram a importância da calcinação após cada transferência dos sóis para substratos sólidos. A cinética de evaporação do solvente no estágio pós-deposição também foi verificada com esta técnica. Resultados de difração de raios X (XRD) a partir de amostras de ZnO:Al calcinadas a 450°C após cada transferência de sóis para substratos sólidos mostram cristalinidade com picos de baixa intensidade para os planos (100), (002) e (101). Também foi verificado que a cristalinidade do material aumenta com a temperatura. Micrografias de força atômica (AFM) mostram uma cobertura completa da superfície do substrato e a ausência de craqueamento ou buracos na superfície dos filmes. A presença de dietanolamina nos sóis promove um decréscimo no tamanho médio das partículas de ZnO:Al. Espectros de emissão nas regiões do UV e visível mostram a emissão verde característica de ZnO atribuída a centros de defeito auto-ativados. Filmes de ZnO:Al apresentam transmitância superior a 80% na região do visível mas a energia do band gap é maior do que a esperada. Os picos de emissão vermelha dos íons Eu3+ são observados nos espectros dos precursores orgânicos. Ao contrário, somente o pico em 615 nm é notado nos espectros das amostras calcinadas devido ao efeito de supressão pela matriz de ZnO. / The interest in the preparation of thin films by the sol-gel process has increased in last years due to the high quality of the films, low cost of the organic precursors and the great technological importance. Depending on the preparation conditions and dopant species, it is possible to obtain films with piezelectric, luminescent, isolating, conductive and semiconductive features. Zinc oxide (ZnO) films be used to form semiconductive layers. Further, by doping with elements of the family IIIA the conductivity can be tuned and with the rare earths doping fluorescent films can be obtained. The literature on doped zinc oxide films however is mostly descriptive and there is not a complete understanding of the process and mechanisms involved in the film formation. In the context of the present work ZnO:Al and ZnO:Eu films were prepared through the non-alcoxide sol-gel process. In this method, organic salts instead of alcoxides are used for the organic sol preparation. Conversely to the latter method, the literature concerning the sol-gel technique through acetates is very limited yet. Therefore, one of the aims of this research is to further investigate the chemical mechanisms that play a role in the initial stages of film formation. Conditions like temperature, withdrawal speed and doping level were studied. Zinc acetate dihydrate and aluminium nitrate nonahydrate were mixed in an ethanolic solution that was refluxed at 75ºC for a period of time dependent of the concentration of the solutions. The aluminium doping levels were 0.8 and 5%. Lactic acid was added to the ethanolic solution to promote the zinc acetate hydrolysis. The additives acetylacetone and diethanolamine were added to the sols prior to deposition to improve the film homogeneity. The formed sols were transferred to previous cleaned and hydrophilized glass substrates by the dip-coating method. The gel formation was obtained by solvent evaporation. The inorganic oxide films were formed by heat treatment in a furnace at 450°C for 1 hour in air. Single and multiple coating cycles, followed or not by calcination, were performed. Thermal (TA) and infrared (FTIR) analyses of the dried sols were performed in order to follow the chemical modifications that occur during the oxide formation. It is seen that zinc acetate melts at 200-250ºC and at the same time ZnO:Al begins to be formed as confirmed by the low intensity Zn-O stretch band in the spectra. No weight loss is seen after 450ºC indicating the completion of the decomposition of the organic precursors and at the same temperature the Zn-O stretch is intensified. Measurements performed with the quartz crystal microbalance (QCM) evidenced the importance of calcination after each transfer of the sols to solid substrates. The kinetics of solvent evaporation in the post-deposition stage was also verified with this technique. X-ray diffraction (XRD) results from ZnO:Al samples fired at 450ºC after each transfer of the sols to solid substrates show cristalinity with low intensity peaks for the (100), (002) and (001) planes. It was also verified that crystallinity of the material increases with temperature. Atomic force (AFM) micrographies show that no cracks or voids are present on the film surface and a complete coverage of the surface is obtained. The presence of diethanolamine in the sols promotes a decrease in the mean particle size of the ZnO:Al. UV and visible emission spectra show the characteristic green emission of ZnO due to the self-activated defect centers. The ZnO:Al films present transmittance values above 80% in the visible region but the band gap energy is larger than expected. The red emission peaks of the Eu3+ ion are observed in the spectra of the organic precursor sols. Conversely, only the emission peak at 615 nm (5D0 -> 7F2) is seen in the spectra of the calcined samples due to the quenching of the ZnO host.

Electrical and optical properties of the (N,Ga)-doped ZnO films have been studied. Three growth regions were identified to obtain ZnO films with different conduction types depending on the N/Ga flux ratio in doping process. The PL spectra show evident competition between neutral-donor bound exciton (D0X) and neutral-acceptor bound exciton (A0X) according to the N/Ga ratio. From the temperature-dependent PL spectra, the nitrogen acceptor level was identified to be about 126 meV in (N,Ga)-doped p-type ZnO. / For nitrogen doping of ZnO thin films, DMHy was used as the nitrogen dopant source. A narrow temperature window from about 500°C to 550°C for efficient nitrogen doping was identified. However, p-type ZnO was not obtained by nitrogen mono-doping, which results from the low solubility of N and the self-compensating effect of native defects, and/or N-induced complexes. By co-doping N with Ga in proper ratios, p-type ZnO films were successfully achieved with a high hole concentration of 3.51 x 1017 --2.41 x 1018cm-3, Hall mobility of 1.1 --4.29 cm2/V-s and resistivity of 0.6 -- 16.2 O cm. But the conduction type critically depends on the growth conditions. Based on the successfully fabrication of (N,Ga)-doped p-type ZnO, a p-ZnO:(N,Ga)/n-ZnO homojunction was fabricated. The I-V measurement shows clear rectifying behavior with a turn-on voltage of about 3.7 V. / Further investigation of the effect of N/Ga doping ratios on the conduction type of ZnO samples reveals that successful doping depends much on engineering a stable local chemical bonding environment. Under mono-doping conditions (via N-Zn4), nitrogen solubility is limited and nitrogen acceptors are readily compensated by native donors and/or N-related donors; under appropriate N/Ga flux ratios, cluster-doping (via Ga-N3O and Ga-N4) can be realized to achieve p-type ZnO; while excessively high N/Ga ratios cause the doped ZnO n-type conductivity again, which may be because that under excessively high N/Ga ratio range, N-Zn4 configuration dominates and thus cause more N-related donors and degrade the ZnO film quality, similar as the mono-doping case. By tuning the N/Ga ratio in doping, it is expected to create appropriate chemical environments to enhance the formation of desired dopant species for stable p-type ZnO. / In this work, Metal-organic chemical vapour deposition (MOCVD) growth of ZnO and its p-type doping have been studied. The group V element N was used as primary dopant to make ZnO p-type. In the growth of ZnO by MOCVD, it was found that the structural and morphological properties of deposited ZnO strongly depend on growth conditions. Low VI/II ratio and high growth rate favor the growth of ZnO nanostructures (nanowires, nanobelts); while high VI/II ratio and low growth rate favor the growth of ZnO thin films. / The semiconductor ZnO is currently gaining intense interest in the research community because of its prospect in optoelectronic applications, such as blue/ultraviolet emitters and detectors, and high speed electronic devices. However, making reliable and reproducible p-type ZnO is still a bottleneck, which impedes the practical application of ZnO-based devices. The difficulty is mainly due to the self-compensation effect of native defects and the low solubility limit of acceptor dopants. Although substantial research is currently being carried out worldwide towards this goal, the effective p-type dopant and its doping process have not yet been identified. / Wang, Hui. / "Apr 2008." / Adviser: Aaron H. P. Ho. / Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 70-03, Section: B, page: 1860. / Thesis (Ph.D.)--Chinese University of Hong Kong, 2008. / Includes bibliographical references. / Electronic reproduction. Hong Kong : Chinese University of Hong Kong, [2012] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Electronic reproduction. [Ann Arbor, MI] : ProQuest Information and Learning, [200-] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Abstracts in English and Chinese. / School code: 1307.

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O presente trabalho realiza a investigação de interações hiperfinas em amostras de óxido de zinco dopado com metais de transição por meio da técnica de Correlação Angular γ - γ Perturbada (CAP), baseada em interações hiperfinas. Para a realização das medidas, utilizou-se núcleos de prova radioativos de 111In -> 111 Cd que decaem através da cascata gama 171-245keV com nível intermediário de 245keV (I = 5+/2, Q = 0.83b, T1/2 = 84.5ns). Inicialmente, amostras de óxido de zinco dopadas com diferentes metais de transição foram confeccionadas por meio de um processo sol-gel para a obtenção de amostras óxidas. Realizou-se, então, o processo de caracterização destas amostras por meio de diferentes técnicas (Difração de Raios-X, Microscopia Eletrônica de Varredeura e Espectroscopia EDS) onde se sucedeu a investigação de interações hiperfinas (por meio da técnica CAP) a fim de se obter maior compreensão a respeito das interações quadrupolares elétricas presentes nas amostras, bem como a possibilidade da existência de comportamento ferromagnético à temperatura ambiente, aspecto este que vem sendo intensamente investigado, e que é de elevado interesse no que diz repeito à futuras aplicações. Os resultados obtidos foram analisados e discutidos em face dos modelos e das informações encontradas na literatura. As discussões foram realizadas em função das diferentes temperaturas de medida, tratamentos térmicos, tamanho das partículas, tipo e concentração de elementos dopantes, possibilitando uma discussão detalhada bem como a interpretação física dos resultados obtidos, apresentando-se as respectivas conclusões. / In the present work, a microscopic investigation of hyperfine interactions in zinc oxide samples doped with transition metals was carried out by means of Perturbed Angular γ γ Correlation technique (PAC), which is based on hyperfine interactions. This technique makes use of 111In -> 111 Cd radioactive probe nuclei, which decay through the well known cascade 171-245keV with an intermediate level of 245keV (I = 5+/2 ,Q = 0.83b, T1/2 = 84.5ns). First, zinc oxide samples doped with different transition metals were obtained by means of a sol-gel method for production of oxide samples. Then, samples were characterized by means of different techniques (X-Ray Difraction, Scanning Electronic Microscopy and Energy Dispersive Spectroscopy), followed by the investigation of hyperfine interactions (using PAC technique), in order to increase the understanding concerning electric quadrupole interactions in these samples, as well as the possibility of obtaining ferromagnetic behavior at room temperature, which has been extensively investigated and is an aspect of high interest concerning future applications. Results obtained from measurements were analyzed and compared with the information found in literature. Discussions were made as function of different measurement temperatures, annealing procedures, particle size, type and concentration of doping elements, making possible to produce a detailed discussion as well as the physical interpretation of the results obtained, presenting the respective conclusions.