Apresentamos neste trabalho algumas propriedades do transporte de cargas de heteroestruturas contendo pontos-quânticos. Três tópicos foram explorados: no primeiro, observamos um comportamento anômalo nos platôs do efeito Hall quântico, que atribuímos à existência de estados de borda contra-rotativos; no segundo, determinamos o tempo de decoerência do sistema bidimensional de elétrons em função do estágio evolutivo de pontos-quânticos de InAs autoformados nas suas proximidades. Concluímos que a tensão mecânica acumulada durante o crescimento epitaxial \"congela\" os elétrons, reduzindo a taxa de decoerência; finalmente, testamos algumas das possíveis configurações de heteroestruturas visando a construção de fotodetectores baseados em pontos-quânticos. Observamos que a repetição da região-ativa pode ser utilizada como um parâmetro no controle das mobilidades quânticas e, por conseguinte, das propriedades de operação desses detectores. / In this work we present transport properties of heterostructures with quantum-dots. Three subjects were exploited: on the first one, we observed anomalous quantum Hall plateaus, for wich we attributed to the existence of counter-rotating edge-states; on the second subject, we determined the decoherence time of the bidimensional electron system as a function of the evolutionary stage of nearby self-assembled quantum-dots. We concluded the mechanical stress accumulated during the epitaxial growth \"freezes\" the electrons, reducing the decoherence rate; finally, we tested some base-heterostructures of infrared photodetectors. We observed the stacking of active-regions can be used as a parameter to control quantum-mobilities and, as a consequence, the operation properties of such detectors.

[pt] Detectores de infravermelho possuem larga gama de aplicações em diversos setores, desde militares (visão noturna, mísseis) até civis (aparelhos eletrônicos). Nesta dissertação estivemos interessados nas absorções intrabanda de heteroestruturas multiepitaxiais com intuito de absorver infravermelho em 4,1 micra onde se localiza a primeira janela de transmissão atmosférica. Baseamos nossas heteroestruturas de poços quânticos em semicondutores da família III-V. Discorremos quanto a produção do dispositivo de forma detalhada, juntamente com todos os processos de calibração de cada etapa. O crescimento se dá pela técnica de MOVPE que possui alta precisão em termos da espessura e composição da camada depositada. Em seguida discutimos sobre o processamento da amostra crescida para expor os contatos elétricos. E finalizamos descrevendo o processo de integração do dispositivo sobre um suporte para leitura do sinal. Finalizada a etapa de produção, fizemos um estudo quanto às características da amostra tanto qualitativamente quanto quantitativamente. Este estudo objetivou a obtenção de duas informações: comparação direta entre as geometrias de acoplamento luminoso; e medição da eficiência dos detectores produzidos. Ao fim do trabalho obtivemos um fotodetector produzido desde seu crescimento até sua montagem final. Assim como os resultados da eficiência dos mesmos que já indicaram melhorias possíveis para trabalhos futuros. Visando a formação de um mercado de produção em larga escala de fotodetectores, este trabalho identificou áreas com carência de técnicas disponíveis e que necessitam de investimento. / [en] Infrared detectors have a wide range of applications in various industries, from military (night vision, missile) to civil (electronics). In this dissertation we were interested in the intraband absorption of multiepitaxial heterostructures with aim at absorption of 4.1 microns infrared where there s located the first atmospheric transmission window. We based our quantum well heterostructures in semiconductor from the III-V family. We discourse about the production of the device in detail, along with all the calibration procedures for each step. The growth is done by MOVPE technique that has high accuracy in terms of thickness and composition of the deposited layer. We then discuss about the processing of the grown sample to expose the electrical contacts. And finally we describe the process of integration of the device over a base for reading the signal. Completed the production stage, we studied the characteristics of the sample both qualitatively and quantitatively. This study aimed to obtain two pieces of information: a direct comparison between the methods for light coupling, and measuring the efficiency of the detectors produced. At the end of the work we obtained a photodetector produced from its growth till its final assembly. Also we obtained the results of the efficiency of the sample that already indicated possible improvements for future works. If the aim is at the formation of a large-scale production of photodetectors, this study identified areas with a shortage of available techniques and in need of investment.

Apresentamos neste trabalho algumas propriedades do transporte de cargas de heteroestruturas contendo pontos-quânticos. Três tópicos foram explorados: no primeiro, observamos um comportamento anômalo nos platôs do efeito Hall quântico, que atribuímos à existência de estados de borda contra-rotativos; no segundo, determinamos o tempo de decoerência do sistema bidimensional de elétrons em função do estágio evolutivo de pontos-quânticos de InAs autoformados nas suas proximidades. Concluímos que a tensão mecânica acumulada durante o crescimento epitaxial \"congela\" os elétrons, reduzindo a taxa de decoerência; finalmente, testamos algumas das possíveis configurações de heteroestruturas visando a construção de fotodetectores baseados em pontos-quânticos. Observamos que a repetição da região-ativa pode ser utilizada como um parâmetro no controle das mobilidades quânticas e, por conseguinte, das propriedades de operação desses detectores. / In this work we present transport properties of heterostructures with quantum-dots. Three subjects were exploited: on the first one, we observed anomalous quantum Hall plateaus, for wich we attributed to the existence of counter-rotating edge-states; on the second subject, we determined the decoherence time of the bidimensional electron system as a function of the evolutionary stage of nearby self-assembled quantum-dots. We concluded the mechanical stress accumulated during the epitaxial growth \"freezes\" the electrons, reducing the decoherence rate; finally, we tested some base-heterostructures of infrared photodetectors. We observed the stacking of active-regions can be used as a parameter to control quantum-mobilities and, as a consequence, the operation properties of such detectors.

[pt] Os dispositivos orgânicos de conversão ascendente são dispositivos eletrônicos que convertem luz infravermelha em luz visível. Para isso, utilizam fotodetectores orgânicos com bandas de absorção na faixa do infravermelho próximo (NIR) que absorvem fótons de baixa energia e, utilizando uma determinada arquitetura de filmes finos orgânicos capazes de transportar, bloquear e recombinar portadores de carga, emitem fótons de mais alta energia na faixa visível. Nos últimos anos, os OUDs tornaram-se candidatos-chave para uma ampla gama de aplicações em medicina, comunicação óptica, segurança, sensores químicos e biológicos, entre outras. O caminho percorrido até hoje na construção desses dispositivos é consideravelmente curto, devido à sua complexidade de fabricação e aos desafios técnicos necessários para alcançar boas eficiências e estabilidade operacional, motivo pelo qual tem poucos trabalhos na literatura. Pelo anterior, esse trabalho visou contribuir na pesquisa dos OUDs, explorando seu funcionamento desde novas arquiteturas não reportadas. Assim, foram fabricados OUDs por deposição térmica resistiva com diferentes ftalocianinas e naftalocianinas como camadas fotodetectoras: a ftalocianina de estanho SnPc, a naftalocianina de estanho SnNc e a ftalocianina de cloroalumínio ClAlPc, todas apresentando bandas de absorção no NIR. Uma vez fabricados os dispositivos foram caracterizados do ponto de vista elétrico (curvas de corrente em função da voltagem) e óptico (luminância) no Laboratório de Optoeletrônica Molecular (LOEM). Como resultado, a naftalocianina SnNc apresentou os melhores parâmetros de desempenho: densidade de corrente da ordem de 10-2 𝑚𝐴 𝑐 𝑚 22, razão de brilho 𝐿 𝑁𝐼𝑅 𝐿 𝐷𝐴𝑅𝐾 por volta de 2350 em 12 V e eficiência de conversão fóton–fóton de 4,8%. Os demais compostos, SnPc e ClAlPc, também apresentaram resultados favoráveis para seus parâmetros, atingindo eficiências de conversão fóton–fóton de 3,7% e 3,4% respectivamente. / [en] Organic Up-Conversion Devices (OUDs) are electronic devices that convert infrared light into visible light. To achieve this, they utilize organic photodetectors with absorption bands in the near-infrared (NIR) range that absorb low-energy photons. By using a specific architecture of organic thin films capable of transporting, blocking, and recombining charge carriers, they emit higher-energy photons in the visible range. In recent years, OUDs have become key candidates for a wide range of applications in medicine, optical communication, security, chemical and biological sensors, among others. The path taken so far in the construction of these devices is considerably short due to their manufacturing complexity and the technical challenges required to achieve good efficiencies and operational stability. This is why there are few works in the literature on this subject. Given this context, this work aimed to contribute to the research on OUDs by exploring some characteristics and investigating their operation using previously unreported architectures. Thus, OUDs were fabricated by resistive thermal deposition using different phthalocyanines and naphthalocyanines as photodetector layers: tin phthalocyanine SnPc, tin naphthalocyanine SnNc, and chloroaluminum phthalocyanine ClAlPc, all presenting absorption bands in the NIR. Once the devices were fabricated, they were characterized from an electrical perspective (current-voltage curves) and an optical perspective (luminance) at the Molecular Optoelectronics Laboratory (LOEM). As a result, naphthalocyanine SnNc exhibited the best performance parameters: current density of the order of 10-2 𝑚𝐴 𝑐 𝑚 22, brightness ratio 𝐿 𝑁𝐼𝑅 𝐿 𝐷𝐴𝑅𝐾 of around 2350 at 12 V, and photon–photon conversion efficiency of 4.8%. The other compounds, SnPc and ClAlPc, also showed favorable results for their parameters, achieving photon–photon conversion efficiencies of 3.7% and 3.4%, respectively.

Orientador: Carlos Lenz Cesar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-20T14:50:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marques_GustavoPires_M.pdf: 1771357 bytes, checksum: 8ee6919633e2615608f25b33bec98e96 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O microscópio de força atômica é uma ferramenta que possibilita a medida de forças precisamente localizadas com resoluções no tempo, espaço e força jamais vistas. No coração deste instrumento está um sensor a base de uma viga (cantilever) que é responsável pelas características fundamentais do AFM. O objetivo desta pesquisa foi usar a deflexão deste cantilever para obter uma calibração rápida e precisa da força da armadilha da pinça óptica, assim como testar e comparar com os método tradicionalmente utilizados para este propósito. Para isso, foi necessário analisar e entender o condicionamento de sinais utilizados no AFM. Foram estudados cantilever tradicionais, cujo sistema de detecção é baseado na deflexão de um feixe laser em conjunto com fotodetectores, bem como cantilevers piezoresistivos. Cantilevers piezoresistivos fornecem uma alternativa simples e conveniente aos cantilevers ópticos. A integração de um elemento sensorial dentro do cantilever elimina a necessidade de um laser externo e de um detector utilizados na maioria dos AFMs. Isto elimina a etapa delicada de alinhamento da laser ao cantilever e fotodetector que normalmente precede uma medida com AFM, uma simplificação que expande o potencial do AFM para o uso em meios adversos, como câmaras de ultra alto vácuo ou, como no caso específico das Pinças Ópticas, onde existem esferas em solução líquida e também restrições de dimensão / Abstract: The atomic force microscope (AFM) is a tool that enables the measurement of precisely localized forces with unprecedented resolution in time, space and force. At the heart of this instrument is a cantilever probe that sets the fundamental features of the AFM. The objective of this research has been using the deflection of this cantilever to get a fast and accurate calibration of optical tweezers trap force, as well as testing and comparing to the traditionally used methods of calibration for this purpose. For that it was necessary to resolve and understand the sensors signals conditioning used in the AFM. Traditional cantilevers, whose detection system is based on the deflection of a laser beam in addition with a photodetector, as well as piezoresistive cantilevers has been studied. Piezoresistive cantilevers provide a simple and convenient alternative to optically detected cantilevers. Integration of a sensing element into the cantilever eliminates the need for the external laser and detector used in most AFMs. This removes the delicate step of aligning the laser to the cantilever and photodetector which usually precedes an AFM measurement, a simplification which expands the potential of the AFM for use in difficult environments such as ultrahigh vacuum chambers or, as in Optical Tweezers specific case, where there are spheres into a liquid solution as well as dimensional constraints / Mestrado / Física / Mestre em Física