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.

Orientador: Ivan Emilio Chambouleyron / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-27T16:59:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_FrancoiseToledo_D.pdf: 928680 bytes, checksum: cd338da315f0b09e3466dba9394456d5 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Nesta tese apresentamos um estudo da dependência da fotocondutividade, I P C, com a temperatura, T, em filmes finos de a-Ge:H intrínsecos e dopados tipo p, com gálio e tipo n, com arsênio, crescidas por rf-sputtering no Laboratório de Pesquisas Fotovoltáicas do IFGW/Unicamp. Foram realizados quatro tipos de medidas nas amostras: (i) I P C em função da frequência de iluminação, para diferentes temperaturas, (ii) I P C em função da energia do fóton, para diferentes T, (iii) I P C em função de T, para energia de fóton fixa, e (iv) I P C em função da intensidade de iluminação, para diferentes T. A partir das medidas de fotocondutividade espectral observamos a diminuição da energia de Urbach, Eo, com a diminuição de T em uma amostra de a-Ge:H intrínseca, consistentemente com resultados de medidas de EXAFS (Extended X-Ray Absorption Fine Structure), evidenciando a presença de duas contribuições para Eo, a primeira da desordem estática, ou topológica do material e a segunda da desordem térmica, que se acentua com o aumento de T. Em medidas de IPC em função de T, observamos a presença de 3 regiões distintas: (I) para T < 40K, em todas as séries de amostras analisadas IPC é muito pouco ativada com T, com energias de ativação menores do que 1.5 meV, o que é compatível com um mecanismo de transporte por hopping entre estados localizados das caudas de banda próximos em distância (NNH, nearest-neighbour hopping); (II) para 150K < T < 260K, todas as amostras analisadas apresentam um comportamento ativado de IPC com T, com energias de ativação entre 102 - 167 meV, compatíveis tanto com um mecanismo de transporte do tipo hopping entre estados localizados das caudas de banda menos profundos dentro do pseudo-gap do material, como com transporte por estados estendidos próximos das bordas das bandas; e (III) para T > 260K, observamos a presença de thermal quenching, TQ, da fotocondutividade na amostra intrínseca, em todas as amostras da série dopada com As e nas amostras mais levemente dopadas com Ga. Nas demais amostras da série de Ga, o TQ é bem menos evidente, com a presença de ombros, ou platôs, em lugar de uma queda da fotocondutividade com o aumento de T. Tanto a posição da temperatura de início de TQ, como sua intensidade variam com a dopagem. Em medidas de IPC em função do fluxo de fótons, para diferentes T, observamos um comportamento do tipo I P C a Fg. Em todas as amostras observamos a presença de um gmín correspondente a um Tmín, cujos valores variam com a dopagem. De modo geral, gmín e Tmín são máximos em amostras compensadas e decrescem à medida em que a energia de Fermi se desloca desde o meio do pseudo-gap em direção às bordas das bandas de valência (dopagem tipo p) e de condução (dopagem tipo n). Em nossa explicação fenomenológica, consideramos que gmín e Tmín são a consequência de uma competição entre uma mobilidade de deriva (drift) de portadores ativada termicamente, e as variações na densidade de centros de recombinação resultantes da dopagem e da mudança de temperatura / Abstract: In this thesis we present a study of the dependence of the photoconductivity, I P C, with temperature, T, in intrinsic and Ga- (p-type) and As- (n-type) doped a-Ge:H thin films, deposited by the rf-sputtering technique in the Photovoltaics Research Laboratory of the IFGW/Unicamp. Four types of measurements were realized on samples: (i) I P C as a function of the illumination frequency, for different temperatures, (ii) I P C as a function of the photon energy, for different T, (iii) I P C as a function of T, for fixed photon energy, and (iv) I P C as a funtion of the illumination intensity, for different T. From the spectral response of the intrinsic a-Ge:H sample, we observed a decrease of the Urbach energy, Eo, with the decrease of T, consistently with results on EXAFS (Extended X-Ray Absorption Fine Structure) measurements, which emphasize the presence of two major contributions to Eo, one from the static, or topological disorder, and the other from the thermal disorder, which is enhanced with increasing T. From the measurements of IPC as a function of T, we noticed the presence of 3 distinct regions: (I) for T < 40K, in all the analyzed samples IPC is poorly activated with T, with activation energies less than 1.5 meV, which is compatible with a transport mechanism by hopping between nearest neighbours band tail localized states (NNH, nearest-neighbour hopping); (II) for 150K < T < 260K, all the samples present an activated behavior of IPC with T, with activation energies between 102 - 167 meV, consistently with either a transport mechanism by hopping between shallow band tail localized states, or a transport by extended states close to the band edges; and (III) for T > 260K, we observed the presence of thermal quenching, TQ, of the photoconductivity in the intrinsic sample, in all the As-doped a-Ge:H samples and in the most lightly Ga-doped a-Ge:H samples. In the remaining Ga-doped samples, TQ is less evident, instead we noticed the presence of a shoulder, or plateau. Both the TQ onset temperature and its intensity vary with doping. In measurements of I P C as a function of the photon flux, for different T, we observed an I P C a Fg behavior. In all samples a gmín corresponding to a Tmín was measured. Both gmín e Tmín values vary with doping. Generally, gmín e Tmín are maxima in compensated samples and decrease as the Fermi energy is shifted from midgap either to the valence (p-type doping) or conduction (n-type doping) band edges. In our phenomenological explanation, we consider gmín e Tmín as a consequence of the competition between the carriers thermally activated drift mobility, and the variations in the density of recombination centers, due to doping and temperature changes / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Inicialmente foi investigada a possibilidade de separar o germânio, contido em baixas concentrações em solução aquosa, por meio de extração com solventes orgânicos, empregando técnica simples que permitisse trabalhar com pequenos volumes de amostra. Extração eficiente foi obtida com metil-isobutil-cetona, a partir de soluções contendo acido clorídrico em teor correspondente a 7,5 N. O coeficiente de extração, determinado para uma faixa de concentração de 0,25 a 200 &#181;g de Ge/ml, foi de, aproximadamente, 96% tendo sido ainda comprovado que, por meio de três extrações sucessivas, é possível conseguir a recuperação completa do germânio existente no meio aquoso, mesmo quando em grande diluição. Com o objetivo de promover, no próprio extrato orgânico, uma reação quantitativa do germânio que se prestasse à determinação colorimétrica, foi estudada, nesse meio, a reação com molibdato e elaborado um método em que, após a formação do ácido germanomolibdico e sua separação na camada cetônica, é feita a redução do mesmo com ácido ascórbico dissolvido em etilenoglicol, sendo o meio homogenizado com álcool etílico. As soluções azuis assim obtidas, com máximo de absorção em 785 m&#181;, são extremamente estáveis, em contraste com soluções aquosas análogas, obtidas com o mesmo reagente. A região mais favorável para a determinação corresponde ao intervalo de 1,0 a 2,5&#181;g Ge/ml (concentração considerada na solução submetida à medida espectrofotométrica). Foi feito estudo minucioso das interferências, tendo-se conseguido eliminar a maioria das mesmas por meio de tratamento preliminar com cupferron e extração com a própria metil-isobutil-cetona. A interferência devida a ions fosfato é removida pela precipitação prévia com nitrato de zirconila. As(V) que também interfere é reduzido a As(III) com hidrogenossulfito na presença de iôdo e a interferência indireta de fluoreto e evitada pela adição de cloreto de alumínio. Um segundo método, mais sensível, foi também elaborado, baseado na reação do germânio com fenilfluorona diretamente na fase orgânica, após a extração com metil-isobutil-cetona de solução 7,5 N em HCl. O produto da reação, perfeitamente solúvel no meio orgânico empregado, proporciona soluções com máximo de absorção em 504 m&#181; e muito estáveis. A reação é instantânea e, nas condições estudadas, permite alcançar uma sensibilidade analítica duas vêzes maior do que quando é realizada em meio aquoso. A região de concentração mais favorável para a determinação, referida à solução utilizada na medida espectrofotométrica corresponde ao intervalo compreendido entre 0,08 e 0,30 &#181;g Ge/ml. A eliminação da maioria das interferências é feita, também neste caso, por tratamento prévio com cupferron e extração com metilisobutil-cetona. As interferências devidas a W(VI) e Nb(V) são evitadas por extração preliminar com o mesmo sol vente, na presença de excesso de tiocianato, em meio redutor. Foi também estudada a possibilidade de aplicar ambos os métodos elaborados à determinação de baixos teores de germânio, contidos em materiais complexos. O primeiro método foi empregado com bons resultados na determinação do elemento em fuligens, do tipo das provenientes de chaminés de usinas termoelétricas, contendo teor de aproximadamente 0,04% Ge. O segundo método, por ser cêrca de dez vezes mais sensível, foi usado também na determinação em carvões, com teor de cêrca de 0,001% Ge. Em todos os casos o material foi desagregado por fusão alcalina. Foi verificado que os métodos são aplicáveis sem prévia eliminação de sílica, desde que o material não contenha mais do que 50% de SiO2. A técnica usada permite empregar, na grande maioria dos casos, amostras de apenas 50 a 100 mg. / Abstract not available.

Orientador: Ivan Chambouleyron / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-24T17:31:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CampomanesSantana_RicardoRobinson_D.pdf: 2726830 bytes, checksum: 62a7b61b535508ccdba8a0dcaab28e19 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Neste trabalho são apresentadas e discutidas diversas informações relativas às propriedades estruturais e optoeletrônicas de filmes dopados tipo-n de a-Ge:H, usando impurezas de p e As (fontes sólidas) e N (usando o gás NH3). Também foram estudadas as mudanças estruturais no a-Ge:H induzidos pelo N, numa faixa de concentrações de nitrogênio de ~2-6 at. %. As amostras foram crescidas por rf- sputtering. Como técnicas de caracterização utilizaram-se medidas de condutividade no escuro e fotodeflexão (PDS) e espectroscopias de transmissão óptica (na faixa NIR- VIS) e infravermelho. No que se refere ao estudo da dopagern, foi confirmada a dopagem ativa do a- Ge:H com P e As usando pela primeira vez fontes sólidas como dopantes. Observaram-se variações da energia de ativação de ~0.3 eV e aumento da condutividade a temperatura ambiente de ~ 3 ordens de grandeza, para as três impurezas utilizadas. O As mostrou-se ser o dopante menos eficaz. Em relação ao segundo estudo, encontrou-se que o nitrogênio prefere incorporar-se nos filmes na forma de radicais NH e NH2 e foi sugerido que esses radicais induzem a formação de cavidades no material. Foi observado pela primeira vez o deslocamento da freqüência de vibração Ge-H stretching surface-like para menores energias, fato explicado como sendo devido à diminuição do volume médio das cavidades em função da concentração de nitrogênio / Abstract: In this work several informations are presented and discussed about structura1 and optoelectronic properties of doped samples of hydrogenated amorphous germanium (a-Ge:H) using P, As (solid sources) and N (using NH3) as doping impurities. In addition, we studied structura1 changes of a-Ge:H induced by N, in the nitrogen concentration range of ~2-6 at. %. The samples were deposited by rf- sputtering and characterized by Photothermal Deflection Spectroscopy (PDS), optical transmission spectroscopy in the Near InfraRed- Visible and lnfraRed and measurements of dark conductivity. With respect to doping, the active doping of a-Ge:H was confirmed for the first time by using solid sources of P and As as impurities. We observed activation energy changes about ~0.3 eV and a room temperature conductivity increase of about ~3 orders of magnitude for the three impurities used. Arsenic showed to be the less efficient dopant. In relation with the second study, we found the preferential incorporation of N as NH and NH2 radicals and we suggest that these radicals induce the creation of cavities in the material. We observed for the first time a shift of the vibration frequency of a-Ge:H stretching surface-like to lower energies, this fact was explained as being due to decreasing of the average void volume as a function of the nitrogen concentration / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientadores: Ivan Chambouleyron, David Comedi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-25T09:07:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Origo_FabioDondeo_M.pdf: 1627778 bytes, checksum: 95bb1419964a8e013e78b7f18f9c85f0 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Neste trabalho, apresentamos resultados experimentais de filmes de germânio amorfo hidrogenado, que são relacionados com a influência de parâmetros de deposição como temperatura do substrato, hidrogenação da amostra, taxa de deposição e bombardeamento in situ. As amostras foram depositadas pela técnica de Ion Assisted Ion Beam Sputtering, na qual os parâmetros de deposição são praticamente independentes ( ao contrário das técnicas usuais como glow discharge, rf e magnetron Sputtering). Desta forma, ao invés de se tratar de um trabalho de otimização, esta é uma pesquisa para compreensão da influência dos parâmetros de deposição nas propriedades das amostras. As técnicas experimentais utilizadas na caracterização dos filmes são Espectroscopía de infravermelho, Espectroscopía de 'visível' e Espectroscopía de deflexão fototérmica (PDS). Os resultados indicam que a taxa de deposição exerce pouca influência nas propriedades medidas. A hidrogenação gera diminuição da densidade de defeitos e abertura do gap . O bombardeamento in situ dos filmes de a-Ge:H proporciona aumento da quantidade de grande voids, de acordo com o aumento do parâmetro de microestrutura da amostra, obtido a partir da análise de infravermelho. Verificamos que amostras sem pico de absorção surface-like podem ser obtidas removendo-se o bombardeamento assistido na deposição / Abstract: Not informed. / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Ivan Chambouleyron / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-14T21:11:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marques_FranciscodasChagas_D.pdf: 4051528 bytes, checksum: 53a874a9b3943238fdbb05929c61eb88 (MD5) Previous issue date: 1989 / Resumo: Neste trabalho apresentamos novos resultados relativos às propriedades semicondutoras de ligas amorfas hidrogenadas de germânio. Além das condições de preparação, reportamos também suas propriedades ópticas e de transporte. em função da composição dos materiais. Pela primeira vez é apresentado um estudo sobre as propriedades estruturais e optoeletrônicas de filmes não estequiométricos, com banda proibida variável, de nitreto de germânio e ligas de germânio estanho preparados por rf sputtering e rf glow discharge. Alguns dos resultados mais importantes relativos às ligas de germânio-estanho são: a) A incorporação de Sn na rede do germânio diminui a banda proibida numa taxa constante de aproximadamente 12 meV/(at.% Sn); b) As amostras hidrogenadas possuem condutividade no escuro do tipo ativado; c) dependendo da temperatura de deposição e da presença de hidrogênio, pode ocorrer segregação de estanho metálico, d) Não foram detectadas bandas de vibração no infravermelho (entre 400 e 4000 cm-1) relativas às ligações Sn-H; e) sob as condições de preparação adotadas, todos os átomos de estanho parecem se ligar à rede do a-Ge numa configuração covalente tetragonal. Com relação às ligas de nitreto de germânio, os principais resultados são: a) A incorporação de nitrogênio aumenta a banda proibida da rede do germânio. Dependendo do método e das condições de preparação foram obtidos valores entre 0.7 a 3.6 eV; b) uma pequena quantidade de nitrogênio é suficiente para eliminar completamente a banda de absorção relativa à vibração Ge-H no espectro de infravermelho; c) a distância interatômica entre Ge e N foi determinada em 1.83 Þ, e não depende do conteúdo de nitrogênio. São apresentados ainda vários outros resultados relativos às ligas acima, assim como novos fatores relativos às propriedades ópticas e de transporte de germânio amorfo e ligas de silício germânio / Abstract: In this work some new features concerning the semiconductor properties of hydrogenated amorphous germanium alloys are presented. Together with the preparation conditions leading to these amorphous semiconductors, the dependence of their optical and transport properties as a function of material composition is reported. We report for the first time a study on the structural and optoelectronic properties of non-stoichiometric, variable band gap. germanium nitride and germanium tin films prepared by the rf sputtering and rf glow discharge methods. Some important findings concerning the a-Ge:Sn alloys follow: a) The incorporation of Sn atoms into the a-Ge network narrows the pseudo gap with a constant rate of approximately 12 meV/at% tin; b) the hydrogenated samples show an activated type, dark conductivity; c) depending on the deposition temperature and the presence of hydrogen, metallic segregation may occur; d) no Sn-H vibrations were detected in hydrogenated films in the 400-4000 cm-1 infrared range; e) under the preparation conditions reported here, all Sn atoms appear to bond to the a-Ge network in a covalent, tetrahedral configuration. Concerning the germanium nitride alloys the main findings are: a) Nitrogen incorporation widens the band gap of the Ge network. Values in the 0.7- 3.6 eV range are obtained. depending on the method and on the preparation conditions; b) a small nitrogen content, in the alloy is enough to eliminate completely the Ge-H absorption band in the infrared spectra; c) the interatomic distance between Ge and N is found to be 1.83 Þ, and does not, depend on the nitrogen content. Several other properties concerning the above two alloys, as well as new features concerning the optical and transport, properties of amorphous germanium and silicon germanium alloys, are discussed. / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Zoraide P. Arguello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-17T22:33:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_JoaoCarlosSilos_M.pdf: 22587275 bytes, checksum: a8c2e85021cc6bcc26d1474bc93307a5 (MD5) Previous issue date: 1986 / Resumo: O presente trabalho desenvolve todo procedimento a ser seguido para a confecção de espelhos para laser de CO2 de baixa potência. O material utilizado como substrato é o Germânio. Os filmes finos evaporados neste substrato para obtenção das propriedades óticas (Reflexão e Transmissão) imposta pelo Laser projetado foram Sulfeto de Zinco (dielétrico) e Alumínio (metálico). Na parte de orientação de monocristais é desenvolvido uma técnica de agilização do método de Laue de retrocesso, através da utilização de microcomputador / Abstract: Not informed. / Mestrado / Física / Mestre em Física

Nós aplicamos uma nova rotina de busca da geometria do estado fundamental de aglomerados de Silício. Este procedimento baseia-se no uso de conhecimento prévio para reduzir drasticamente o espaço de busca. Análise detalhada da geometria de aglomerados pequenos indica a presença freqüente de certos elementos estruturais. Tal investigação levou a criação do Cluster Assemble Procedure (CAP). Iniciando o trabalho a partir de estruturas otimizadas de pequenos aglomerados, nós aplicamos um ou mais CAP's para gerar aglomerados maiores. Esse procedimento foi testado em estruturas de tamanho médio de Silício (Sin, 7 < n < 10 e 14 < n < 18) em virtude de evidência experimental da co-existência de dois padrões: um prolato e outro mais esférico. Nesse trabalho obtivemos duas famílias que podem representar essa coexistência. Realizamos também uma busca sistemática pela geometria do estado fundamental de aglomerados neutros de SinGem (n+m = 3-7,12). Uma variedade de geometrias isômeras de baixa energia foi otimizada usando cálculos de energia total ab-initio através do método híbrido B3LYP. Análise vibracional harmônica foi feita para assegurar que as geometrias otimizadas eram estáveis. Devido ao seu maior tamanho, a substituição de um átomo de Silício por um de Germânio gera uma força que afeta a configuração atômica. Nossos resultados indicam que o mecanismo de "bond stretching" é o efeito dominante que determina a geometria do aglomerado. Nossos cálculos mostraram que com o aumento do número de átomos de Ge ocorre um aumento linear da distância interatômica média no aglomerado. Tal comportamento pode ser entendido como um análogo para aglomerados da lei de Vegard para as ligas.

Investigamos a passivação superficial do Germânio visando ao uso em Nanoeletrônica, que requer: (i) preparação de uma superfície plana e isenta de contaminantes e (ii) crescimento ou deposição de um dielétrico termodinamicamente estável em contato com o substrato nos ambientes e temperaturas usuais na fabricação de dispositivos. Na primeira etapa do estudo, testamos diferentes hidrácidos halogênicos associados com água deionizada (DI) e soluções oxidantes para remover o óxido de germânio nativo, invariavelmente formado quando da exposição do substrato ao ambiente. Utilizando espectroscopia de fotoelétrons, observamos que HF, HBr e HCl em alta concentração removem o óxido nativo, restando uma pequena quantidade de O e C sobre a superfície. Oxigênio foi removido com aquecimento em ultra-alto vácuo a 400°C durante 30 min, porém esse procedimento não eliminou completamente o C. Verificamos que H2O2 oxida a superfície, porém produz GeOx (x < 2), e DI remove GeO2, porém não remove GeOx. O procedimento: (i) imersão em HF 40% durante 5 min e (ii) jato de DI produz superfície livre de óxido e com rugosidade aceitável para uso em nanoeletrônica. Na segunda etapa do estudo, partimos para oxidação térmica do Ge e tratamentos térmicos pós-oxidação em ambientes reativos (O2 e NH3) com vistas à formação de filmes finos dielétricos. Utilizando espectrometria de retroespalhamento Rutherford e microscopia de força atômica, observamos que oxidar o Ge em 100 mbar de O2 seco e acima de 500°C provoca evidente sublimação do óxido. Análise com reações nucleares combinadas com tratamento térmico em 18O2 evidenciou a existência de defeitos na superfície do óxido e junto à interface com o substrato; a nitretação proposta (120 mbar de 15NH3 durante 120 min a 500°C) incorpora pequena quantidade de N ao longo de toda a espessura do óxido. Esses resultados, em particular no que se refere ao transporte atômico de O e N, contribuem para a compreensão dos processos potencialmente úteis do ponto de vista tecnológico, mas que na literatura existente são apresentados de modo bastante divergente. / We investigated the surface passivation of Germanium aiming at applications in nanoelectronics, which requires: (i) the preparation of a clean and smooth surface and (ii) the growth or deposition of a dielectric that is thermodinamically stable in contact with the substrate in the temperatures and environments found in device fabrication. In the first part of this study, we tested different hydrogen halides associated with deionized water (DI) and oxidizing solutions to remove native germanium oxide, invariably formed due to substrate exposure to the ambient. Using photoelectron spectroscopy, we observed that HF, HBr, and HCl in high concentration remove the native oxide, leaving a small amount of residual O and C on the surface. Oxygen was removed by heating to 400°C for 30 min in ultra high vacuum; this procedure, however, did not eliminate C completely. We verified that H2O2 oxidizes the substrate surface, producing GeO2 and GeOx (x < 2), and DI removes GeO2 but does not remove GeOx. The procedure: (i) immersion in HF 40% for 5 min and (ii) DI rinse produces a surface that is free of oxide and whose roughness is acceptable for nanoelectronics. In the second part of this study, we did thermal oxidation and reactive post-oxidation thermal annealing in O2 and NH3 aiming at thin dielectric films. Using Rutherford backscattering spectrometry and atomic force microscopy we observed that oxidizing Ge under 100 mbar of dry O2 above 500°C leads to sublimation of the oxide. Nuclear reaction analysis combined with thermal annealing in 18O2 evidenced defects in the oxide surface and at the oxide/semiconductor interface; the proposed nitridation (120 mbar of 15NH3 for 120 min at 500°C) introduces a small amount of N over the whole oxide thickness. These results, particularly with respect to the atomic transport of O and N, contribute to the mechanistic understanding of the processes that are potentially useful in technology but appear in a conflicting manner in the current scientific literature.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4188.pdf: 17164203 bytes, checksum: c6e846b4950688d2d677bf5aabe87316 (MD5) Previous issue date: 2012-03-06 / Universidade Federal de Sao Carlos / Abstract In this work, germanium nanowires' based devices were studied and developed and the influence of natural disorder on the electronic properties of these structures was also investigated. Parameters related to the current transport mechanisms, such as electron mobility, localization length and Schottky barrier height were determined. Such investigations were carried out initially by the fabrication of germanium nanowires using the vapour-liquid-solid method with gold nanoparticles acting as catalysts for the growth process. Morphological and structural characterizations were performed to obtain information about the material: the X-ray di_raction analysis showed a good agreement with the cubic structure of germanium and its diamond-like structure; by scanning and transmission electron microscopy it was found samples with diameter from 20 to 150 nm and length up to tens of micrometers. Furthermore, these techniques allowed the observation of an oxide layer on the surface of the nanowires, whose disordered interface originates localized states, which can also be responsible for changes in electronic properties of the system. Di_erent types of devices were developed for the investigation of the electronic transport in germanium nanowires. The experiment performed on each device allowed the analysis of the disorder's influence on the measured properties: electronic transport within the temperature ranges used for the experiments was dominated by the variable range hopping mechanism, characteristic of disordered systems instead of the expected thermal excitation, typical of semiconductor materials. Further confirmation of these data was obtained using transistor devices and the carrier mobility was found to be lower than the commonly observed values for germanium. These data also agree with the fact of disordered systems exhibits low mobility values due to the presence of localized states. Finally, it was used a device specially designed for the study of the metal/nanowires interface characteristics. In order to determine the Schottky barrier height a two barriers model was used (including temperature dependence). The obtained values (from 0.48 to 0.54 eV ) were di_erent from the usual (0.58 eV for germanium/aluminium contact), which also shows and con_rms the presence of localized states at the metal/nanowire interface, following Bardeen's model for the Schottky barrier formation. To complement this analysis theoretical simulation values for Schottky barrier (&#8764; 0.5 eV ) were calculated taking into account the contribution of surface states. This value corresponding to density of states of 1012 &#8764; 1013cm&#8722;2eV &#8722;1. Comparing both theoretical and experimental Schottky barrier heights, the presence of localized states generated by disorder was confirmed. / Neste trabalho foram desenvolvidos e estudados dispositivos baseados em nanofios de germânio e a influência da desordem natural sobre as propriedades eletrônicas destas estruturas foi investigada. Parâmetros relacionados aos mecanismos de transporte de corrente, tais como mobilidade eletrônica, comprimento de localização e altura de barreira Schottky nas interfaces metal/nanofio foram determinados. Para realizar tais investigações, inicialmente foram fabricados nanofios de germânio pelo método vapor-líquido-sólido, utilizando nanopartículas de ouro como catalisadores do processo de crescimento. Foram feitas caracteriza ções morfológicas e estruturais para obtenção de informações sobre o material, sendo as principais: a análise por difração de raios-X, cujos resultados mostraram uma grande concordância com a estrutura cúbica de germânio e sua rede tipo diamante, e as análises por microscopia eletrônica de varredura e transmissão, por meio das quais foi possível observar o diâmetro (entre 20 e 150 nm) e comprimento (até dezenas de micrometros) das amostras. Além disso, estas técnicas permitiram observar a presença de uma camada de óxido na superfície dos nanofios, cuja interface desordenada origina estados localizados, os quais podem também ser responsáveis por alterações nas propriedades eletrônicas do sistema. Foram desenvolvidos diferentes tipos de dispositivos para permitir a exploração das propriedades eletrônicas de transporte nos nanofios de germânio. Os experimentos realizados em cada dispositivo, permitiram o estudo da influência da desordem nas propriedades mensuradas: o transporte eletrônico nas faixas de temperatura usadas para os experimentos foi dominado pelo mecanismo hopping de alcance variável, característico de sistemas desordenados ao invés da esperada excitação térmica típica de materiais semicondutores. Este resultado confirmou as observações realizadas pelas técnicas de caracterização estrutural indicando a presença de uma camada de óxido na superfície dos nanofios, uma vez que a interface óxido/nanofio tende a ser desordenada. Uma confirmação adicional destes dados foi obtida em dispositivos especiais (transistores) nos quais pôde-se determinar a mobilidade de portadores que forneceu valores bem abaixo do comumente observado para o germânio. Estes dados concordam com o fato de que sistemas desordenados apresentam baixos valores de mobilidade devido à presença de estados localizados. Finalmente, foi utilizado um dispositivo especialmente desenhado para o estudo das características das interfaces metal/nanofios. Para determinar a altura de barreira de potencial nas interfaces dos contatos elétricos e em diferentes temperaturas foi usado o modelo de duas barreiras Schottky. Os valores obtidos (entre 0,48 e 0,54 eV ) foram diferentes do usual (0,58 eV para o contato de germânio com alumínio), fato que também que evidencia e confirma a presença de estados localizados nas interfaces metal/nanofios seguindo o modelo de Bardeen para o mecanismo de formação da barreira de potencial. Para complementar esta análise, valores obtidos por simulação computacional para altura de barreira Schottky (&#8764; 0.5 eV ) foram calculados levando em consideração a contribuição de estados de superfície. Este valor corresponde à densidades entre 1012 e 1013cm&#8722;2eV &#8722;1. Comparando os dados teóricos e experimentais das alturas de barreira Schottky, a presença de estados localizados, gerados por desordem, foi confirmada.