O objetivo deste trabalho é estudar a dinâmica vibracional de dois materiais cristalinos: o germânio (Ge) e o arseneto de gálio (GaAs) por intermédio da técnica de XAFS. Inicialmente, uma breve revisão baseada nas teorias básicas de livro-texto de física é apresentada e seus resultados e simplificações discutidos com base no que se conhece atualmente sobre vibração dos átomos nos sólidos. Em seguida, a técnica de análise empregada neste trabalho, a estrutura fina estendida de absorção de raios X (EXAFS), é apresentada. É feita uma descrição pormenorizada dos parâmetros físicos que podem ser obtidos, bem como das diferenças que fazem do EXAFS uma técnica bastante sui generis. Após isso, dados de EXAFS da borda K do Ge, do gálio (Ga) e do arsênio (As), medidos como função da temperatura, no intervalo de 20-350 K, serão analisados. São obtidos, além de distâncias interatômicas e coeficientes de expansão térmica, fatores de Debye- Waller e os terceiros cumulantes das distribuições de distâncias para cada temperatura. Por meio destes resultados, puderam ser estimados coeficientes de expansão térmica linear e frequência de Einstein medidos por EXAFS. Os resultados obtidos neste trabalho são comparados, tanto qualitativamente quanto quantitativamente, com resultados já bem estabelecidos de outras medidas, por exemplo, difração de raios X (XRD), calorimetria e espalhamento inelástico de nêutrons. Uma maneira coerente de interpretar a frequência de Einstein é proposta com base em medidas de densidade de estados. Além disso, são expostas algumas limitações da técnica e do método de análise. / The main objective of this work is to study the vibrational dynamics of two crystalline materials: germanium (Ge) and gallium arsenide (GaAs) using EXAFS. Initially, a brief review of physic's textbook theories are presented and their results are discussed based on what is currently known about vibrations of crystals. Later, the theory of Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) is presented. It is made a detailed description of the physical parameters that can be obtained as well as the di erences which make EXAFS a quite sui generis technique for solid state analysis. After that, EXAFS measurements of Ge, gallium (Ga) and arsenic (As) K edges carried out as function of temperature, in the range of 20-350 K, are analyzed. Interatomic distances, thermal expansions, Debye-Waller factors and the third cumulants of the distances distributions were obtained for each temperature. Through these results, linear thermal expansion coe cients and Einstein frequencies, as measured by EXAFS, could be estimated. The results obtained in this study were compared qualitatively and quantitatively with well-established results of measurements of other techniques, for example, X-ray di raction (XRD), calorimetry and inelastic neutron scattering. A consistent manner to interpret Einstein frequencies are proposed based on density of states measurements. Besides, some limitations, both of the technique and of the analysis method, are exposed.

O objetivo deste trabalho é estudar a dinâmica vibracional de dois materiais cristalinos: o germânio (Ge) e o arseneto de gálio (GaAs) por intermédio da técnica de XAFS. Inicialmente, uma breve revisão baseada nas teorias básicas de livro-texto de física é apresentada e seus resultados e simplificações discutidos com base no que se conhece atualmente sobre vibração dos átomos nos sólidos. Em seguida, a técnica de análise empregada neste trabalho, a estrutura fina estendida de absorção de raios X (EXAFS), é apresentada. É feita uma descrição pormenorizada dos parâmetros físicos que podem ser obtidos, bem como das diferenças que fazem do EXAFS uma técnica bastante sui generis. Após isso, dados de EXAFS da borda K do Ge, do gálio (Ga) e do arsênio (As), medidos como função da temperatura, no intervalo de 20-350 K, serão analisados. São obtidos, além de distâncias interatômicas e coeficientes de expansão térmica, fatores de Debye- Waller e os terceiros cumulantes das distribuições de distâncias para cada temperatura. Por meio destes resultados, puderam ser estimados coeficientes de expansão térmica linear e frequência de Einstein medidos por EXAFS. Os resultados obtidos neste trabalho são comparados, tanto qualitativamente quanto quantitativamente, com resultados já bem estabelecidos de outras medidas, por exemplo, difração de raios X (XRD), calorimetria e espalhamento inelástico de nêutrons. Uma maneira coerente de interpretar a frequência de Einstein é proposta com base em medidas de densidade de estados. Além disso, são expostas algumas limitações da técnica e do método de análise. / The main objective of this work is to study the vibrational dynamics of two crystalline materials: germanium (Ge) and gallium arsenide (GaAs) using EXAFS. Initially, a brief review of physic's textbook theories are presented and their results are discussed based on what is currently known about vibrations of crystals. Later, the theory of Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) is presented. It is made a detailed description of the physical parameters that can be obtained as well as the di erences which make EXAFS a quite sui generis technique for solid state analysis. After that, EXAFS measurements of Ge, gallium (Ga) and arsenic (As) K edges carried out as function of temperature, in the range of 20-350 K, are analyzed. Interatomic distances, thermal expansions, Debye-Waller factors and the third cumulants of the distances distributions were obtained for each temperature. Through these results, linear thermal expansion coe cients and Einstein frequencies, as measured by EXAFS, could be estimated. The results obtained in this study were compared qualitatively and quantitatively with well-established results of measurements of other techniques, for example, X-ray di raction (XRD), calorimetry and inelastic neutron scattering. A consistent manner to interpret Einstein frequencies are proposed based on density of states measurements. Besides, some limitations, both of the technique and of the analysis method, are exposed.

O objetivo deste trabalho é estudar a dinâmica vibracional de dois materiais cristalinos: o germânio (Ge) e o arseneto de gálio (GaAs) por intermédio da técnica de XAFS. Inicialmente, uma breve revisão baseada nas teorias básicas de livro-texto de física é apresentada e seus resultados e simplificações discutidos com base no que se conhece atualmente sobre vibração dos átomos nos sólidos. Em seguida, a técnica de análise empregada neste trabalho, a estrutura fina estendida de absorção de raios X (EXAFS), é apresentada. É feita uma descrição pormenorizada dos parâmetros físicos que podem ser obtidos, bem como das diferenças que fazem do EXAFS uma técnica bastante sui generis. Após isso, dados de EXAFS da borda K do Ge, do gálio (Ga) e do arsênio (As), medidos como função da temperatura, no intervalo de 20-350 K, serão analisados. São obtidos, além de distâncias interatômicas e coeficientes de expansão térmica, fatores de Debye- Waller e os terceiros cumulantes das distribuições de distâncias para cada temperatura. Por meio destes resultados, puderam ser estimados coeficientes de expansão térmica linear e frequência de Einstein medidos por EXAFS. Os resultados obtidos neste trabalho são comparados, tanto qualitativamente quanto quantitativamente, com resultados já bem estabelecidos de outras medidas, por exemplo, difração de raios X (XRD), calorimetria e espalhamento inelástico de nêutrons. Uma maneira coerente de interpretar a frequência de Einstein é proposta com base em medidas de densidade de estados. Além disso, são expostas algumas limitações da técnica e do método de análise. / The main objective of this work is to study the vibrational dynamics of two crystalline materials: germanium (Ge) and gallium arsenide (GaAs) using EXAFS. Initially, a brief review of physic's textbook theories are presented and their results are discussed based on what is currently known about vibrations of crystals. Later, the theory of Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) is presented. It is made a detailed description of the physical parameters that can be obtained as well as the di erences which make EXAFS a quite sui generis technique for solid state analysis. After that, EXAFS measurements of Ge, gallium (Ga) and arsenic (As) K edges carried out as function of temperature, in the range of 20-350 K, are analyzed. Interatomic distances, thermal expansions, Debye-Waller factors and the third cumulants of the distances distributions were obtained for each temperature. Through these results, linear thermal expansion coe cients and Einstein frequencies, as measured by EXAFS, could be estimated. The results obtained in this study were compared qualitatively and quantitatively with well-established results of measurements of other techniques, for example, X-ray di raction (XRD), calorimetry and inelastic neutron scattering. A consistent manner to interpret Einstein frequencies are proposed based on density of states measurements. Besides, some limitations, both of the technique and of the analysis method, are exposed.

The present work is concerned with the theory of optical and magnetic properties of deeo centers in various III-V semiconductors.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-07-06Bitstream added on 2014-06-13T19:50:18Z : No. of bitstreams: 1 pineiz_tf_me_bauru.pdf: 2151623 bytes, checksum: a3aa74574b72ca684cf6ef1a0dc34297 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / 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. / 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.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-08-19Bitstream added on 2014-06-13T20:30:16Z : No. of bitstreams: 1 correa_p_me_bauru.pdf: 1146240 bytes, checksum: a8f40673e6edfa69035f9c03a71c97da (MD5) / Neste trabalho é feita a deposição de filmes finos pela técnica de Evaporação Resistiva a partir de pós de Arseneto de Gálio (GaAs) e compostos de GaAs com Óxidos e Cloretos de Érbio (Er) ou Itérbio (Yb). Trata-se de um método relativamente simples de deposição, no qual os compostos são evaporados conjuntamente. O objetivo é observar a eficiência desse método para a produção desses filmes finos, a partir de compostos que possuam diferentes características, tais como consideráveis diferenças de temperaturas de evaporação. Depositamos filmes em diferentes condições e estequiometrias e analisamos as propriedades estruturais pela técnica de difração de raios-X. A composição qualitativa das amostras foi obtida por energia dispersiva de raios-X. As propriedades ópticas foram analisadas através de medidas de transmitância óptica dentro da faixa do visível ao infravermelho médio. Realizamos também a caracterização elétrica através de medidas de resistência em função da temperatura em filmes de GaAs e composto de GaAs com 'ErCl IND 3'. Apresentamos no apêndice uma proposta de investigação das propriedades de transporte elétrico de uma dessas amostras, envolvendo um modelo para cálculo da condutividade. De imediato, a contribuição deste trabalho é para a compreensão dos fenômenos físicos que acontecem durante o processo de crescimento, e a investigação parâmetros de deposição que viabilizem o emprego da técnica para os diferentes materiais evaporados. / In this work, thin film deposition is carried out, using the resistive evaporation technique, from powders of gallium arsenide (GaAs) and erbium (Er) or ytterbium (Yb) oxides and chlorides. It is a relatively simple deposition technique, where the compounds are simultaneously evaporated. The goal is to observe the efficiency of this growth method for the production of thin films, from compounds with distinct characteristics, such as high difference between evaporation temperatures. Films have been deposited under different conditions and stoichiometry, and their structural properties were analyzed by X-ray diffraction technique. Sample composition was obtained by X-ray dispersive energy. Optical properties were analyzed through optical transmittance from visible to medium infrared. Electrical characterization was also carried out, using measurements of resistance as function of temperature for GaAs and GaAs with 'ErCl IND 3' compounds. An appendix is also presented, containing a proposal of electrical transport investigation, involving conductivity calculation. The contribution of this work is towards the understanding of physical phenomena that takes place during the growth process, and the investigation of deposition parameters with make reliable the utilization of this technique for the different evaporated materials.

A isolação elétrica de estruturas semicondutoras de InP e GaAs através de bombardeamento com íons foi estudada. Amostras de InP semi-isolante e tipo-p foram implantadas com íons P+ para produzir excesso de átomos de fósforo na ordem de 0,1%. Recozimento em ambiente de argônio no intervalo de temperatura de 400ºC a 600ºC e tempo de 30s foram feitos em sistema de tratamento térmico rápido. Medidas de efeito Hall com temperatura variável (12-300K) foram usadas para a caracterização elétrica. Uma alta concentração de portadores livres negativos foi observada. A existência destes elétrons foi atribuída a criação de anti-sítios PIn com energia acima do mínimo da banda de condução. A dependência da resistência de folha de camadas δ tipo-p de GaAs com a dose irradiada de íons de He+ foi investigada. A dose de limiar (Dth) para isolação elétrica depende da energia dos íons implantados e da concentração inicial da camada condutiva. A estabilidade térmica da isolação aumenta com o aumento da dose de irradiação e depende da razão entre a concentração de armadilhas criadas durante o bombardeamento e a concentração inicial de portadores livres. A isolação observada foi atribuída principalmente a introdução de anti-sítios AsGa e defeitos relacionados. A máxima estabilidade térmica para camadas δ tipo-p em GaAs foi de 550ºC, para doses maiores do que 10Dth. Os resultados deste trabalho podem ser usados para isolação de diferentes dispositivos discretos e integrados de InP e GaAs. / Electrical isolation of InP and GaAs structures by ion bombardment was studied. Semi-insulating and p-type InP were implanted with P+ ions to produce an excess of phosphorous atoms in the order of 0.1 at. %. Subsequent annealing in Ar ambient in the temperature interval 400ºC – 600ºC were performed for 30s in rapid thermal annealing system. Room temperature and variable temperature (12-300 K) Hall-effect measurements have been used for electrical characterization. A large amount of negative free carriers have been observed after the thermal treatments. These electrons are contributed to the creation of PIn anti-site with energy level above the minimum of the conduction band. The dose dependence of sheet resistance of p-type δ-doped GaAs structures irradiated by He+ ions was investigated. It was found that the threshold dose (Dth) for electrical isolation of the structures was determined by the energy of ions and by the concentration of initial doping. The thermal stability of isolation rises as the irradiation dose increases and is dependent on the ratio of trap centers concentration, created during the bombardment, to the initial concentration of free carriers. The isolation was attributed mainly to the introduction of AsGa anti-site related defects. The maximum thermal stability for p-type δ conductive layers in GaAs was of 550 0C for doses higher than 10 Dth. The results of this work can be used for isolation of different InP and GaAs discrete and integrated devices.

The present work is concerned with the theory of optical and magnetic properties of deeo centers in various III-V semiconductors.

Submitted by DIEGO HENRIQUE DE OLIVEIRA MACHADO null (diegomachado@fc.unesp.br) on 2016-03-05T16:15:24Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Diego versão Final.pdf: 4313685 bytes, checksum: 2ca802e4be1ac3d595efb5b0ea06251e (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-03-07T13:58:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 machado_dho_me_bauru.pdf: 4313685 bytes, checksum: 2ca802e4be1ac3d595efb5b0ea06251e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-07T13:58:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 machado_dho_me_bauru.pdf: 4313685 bytes, checksum: 2ca802e4be1ac3d595efb5b0ea06251e (MD5) Previous issue date: 2016-03-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta o desenvolvimento e algumas conclusões do estudo da heterojunção de filmes finos de SnO2 e GaAs. Os filmes de SnO2, dopados com Ce3+, foram depositados a partir do método sol-gel usando as técnicas de dip e spin coating; os filmes de GaAs foram depositados por evaporação resistiva e por sputtering. As heterojunçõesforam constituídas de filmes de SnO2 sobre filmes de GaAs, e filmes de GaAs sobre filmes de SnO2. Foram investigadas as propriedades ópticas, estruturais, morfológicas e elétricas de filmes finos constituintes das heterojunções e também a influência do dopante Ce3+. Entre os experimentos realizados estão: transmitância óptica, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia óptica, microscopia de força atômica (AFM), fotoluminescência e medidas elétricas na presença de excitações com diferentes fontes de luz monocromáticas (quarto harmônico do laser Nd:YAG (266nm), laser He-Ne (628nm), LED InGaN (450nm)). Entre as principais conclusões, verificou-se: 1) em algumas situações, condutividade independente da temperatura, sugerindo a participação de um gás de elétrons bidimensional (2DEG) na interface SnO2/GaAs; 2) o tamanho dos cristalitos, calculado a partir das análises de difração de raios X, fornece valores da ordem de 10nm tanto para filmes de SnO2 como para filmes de GaAs; 3) a energia de bandgap, avaliada com base em dados de medidas de absorbância, fornece um valor máximo de 3,6 eV para filmes de dióxido de estanho e 1,6eV para filmes de GaAs; 4) MEV e microscopia óptica de para filmes de GaAs (depositado por evaporação resistiva e sputtering) apresentam sua superfície heterogênea, com partículas de variados tamanhos. Além disso, a aderência de filmes de SnO2 sobre filmes de GaAs está relacionada com a técnica utilizada para depositar os filmes da camada de base, o melhor resultado foi obtido quando a camada é a de GaAs depositado por evaporação resistiva. Isto foi verificado utilizando microscopia de força atômica, onde ficou evidente que filmes de GaAs depositado por evaporação resistiva possuem grandes aglomerados enquanto filmes depositados por sputtering possuem uma superfície com material distribuído de maneira uniforme. Também foram realizadas medidas de fotoluminescência com excitação de um laser de Kr+ sintonizado na linha de 350nm e também utilizando um laser de He-Cd na linha de 325nm, tanto em filmes como em pastilhas de SnO2 dopado com 1at% Ce3+e também em filmes da heterojunção SnO2:Ce3+/GaAs, sendo observadas pequenas bandas características do Ce3+. / The aim of this work is to present the development and the main conclusions, related the investigation of thin film SnO2/GaAs heterojunction. Ce3+- doped SnO2 thin films were deposited by the sol-gel-dip and -spin coating techniques, whereas GaAs films were deposited by resistive evaporation and sputtering. Heterojunctions were deposited by SnO2 layer growth on top of GaAs film, and in the opposite order: GaAs on top of SnO2. Optical, structural, morphologic and electrical properties of heterojunction films were investigated, as well as the influence of Ce-doping in these measurements. Experiments carried out include: optical transmission, X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), optical microscopy, atomic force microscopy (AFM), photoluminescence and electrical measurements under optical excitation. In this last case the excitation sources are monochromatic light from the fourth harmonic of a Nd:YAG laser (266nm), a He-Ne laser (628nm) and a InGaN LED (450nm). Among the main conclusions, it was verified that: 1) in some situations, a temperature independent electrical resistivity was observed and attributed to the possible formation of a two-dimensional electron gas (2DEG) at SnO2/GaAs interface; 2) crystallite size was calculated from X-ray diffraction data, being about 10 nm either for SnO2 films as GaAs films; 3) bandgap energy, evaluated from absorbance data yield a maximum value of about 3.6eV for tin dioxide and 1.6eV for GaAs films; 4) SEM images, obtained for GaAs thin films deposited by resistive evaporation and for the heterojunction SnO2/GaAs, and optical microscopy, for sputtering deposited GaAs films and heterojunction samples, show that GaAs films present an heterogeneous surface, with particles of several distinct sizes. Besides, the adherence of SnO2 films on the GaAs layer is related to the used technique for depositing the base layer, being better in the case of resistive evaporation deposited GaAs. This was verified by atomic force microscopy, where it was evidenced that resistive evaporation deposited GaAs films present large agglomerates whereas sputtering deposited films present a surface with more uniformly distributed material. Photoluminescence data was also obtained with excitation by a Kr+ laser tuned at 350nm as well as a He-Cd laser at 325nm, either in Ce 1at% doped SnO2 pellets as SnO2:Ce3+/GaAs heterojunction, being observed small bands, characteristic of Ce3+.

The present work is concerned with the theory of optical and magnetic properties of deeo centers in various III-V semiconductors.