OLIVEIRA, Claudio Lucas Nunes de. Excitons em Sistemas Quânticos 0-2D. 2005. 116 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2005. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T17:09:25Z No. of bitstreams: 1 2005_dis_clnoliveira.pdf: 1729842 bytes, checksum: 61191dfaedb56331176b4cb1c951e7e7 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T17:23:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2005_dis_clnoliveira.pdf: 1729842 bytes, checksum: 61191dfaedb56331176b4cb1c951e7e7 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T17:23:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2005_dis_clnoliveira.pdf: 1729842 bytes, checksum: 61191dfaedb56331176b4cb1c951e7e7 (MD5) Previous issue date: 2005 / In the last few decades the physics of low dimensional semiconductor systems have attracted much attention due to the potential applications that arise from their due to electronic and optical properties. For example, InGaAs and InGaAsP heterostructures are currently used in optoelectronic applications that operate in the infrared spectrum. In such systems, the con_nement of charges can be realized in one, two or in three dimensions. The optical properties of quantum con_nement systems are basically determined by electronic transitions. Excitons, formed by an electron-hole pair bounded by coulombic interaction, are the responsible for the emission wavelenght. The aim of this work is to computer the ground state exciton energies in quantum wells, cylindrical quantum wires and pyramidal quantum dots as a function of the their size and shape. The results show that the exciton energies of In0:4Ga0:6As/GaAs quantum wells and wires are in the range from 0.9 to 1.3 eV. The results of In0:4Ga0:6As/GaAs pyramidal quantum dots show that the e-lh (e-hh) recombination energies are approximately 1.3-1.4 (1.18-1.28) eV. / A física de sistemas semicondutores de baixa dimensionalidade tem evoluído bastante nas últimas décadas. Em parte, porque essas estruturas oferecem a oportunidade de testarmos vários modelos teóricos, mas também porque existe um grande potencial de aplicação tecnológica derivada das propriedades de tais estruturas e dos materiais que a formam. Como exemplo, temos as heteroestruturas semicondutoras formadas com os materiais InGaAs e InGaAsP que são de grande utilidade em dispositivos optoeletrônicos emitindo na região do infravermelho. Nesses sistemas podemos fazer um confinamento dos portadores de carga, como elétrons e buracos, em uma, duas ou em três direções, aos quais são chamados de poço (2D), fio (1D) e ponto quântico (0D), respectivamente. As propriedades óticas dos semicondutores são determinadas pelos autovalores e autovetores do movimento dos elétrons e buracos. Os excitons que é o par elétron-buraco interagindo entre si são os maiores responsáveis pela emissão (pico da fotoluminescência) em sistemas de confinamento em semicondutores. A interação colombiana e o tipo de confinamento imposto pela construção dessas estruturas junto com suas interfaces graduais afeta o movimento desses portadores. O nosso objetivo neste trabalho é calcular a energia de emissão dos excitons elétron-buraco leve e elétron-buraco pesado em poços, fios cilíndricos e em pontos quânticos piramidais em função de seus parâmetros de dimensionalidade. Os resultados obtidos mostram as energias do exciton no poço e no fio quântico In0.4Ga0.6As/GaAs na mesma ordem de grandeza, estando na faixa de 0.9 à 1.3 eV. Para o ponto piramidal, as energias de recombinação do par e-hh (e-lh) estão na faixa de 1.3-1.4 (1.18-1.28) eV.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3924.pdf: 7419866 bytes, checksum: f261961e660d143baa3b2de0edca2b9f (MD5) Previous issue date: 2011-10-14 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work, we have investigated Ga1-xMnxAs/GaAs/AlAs quantum wells (QWs) with low Mn concentration (x < 0.1%) grown by Molecular Beam Epitaxy at substrate temperatures of 400 and 450°C. We have investigated the time-resolved and polarized resolved photoluminescence as a function of laser power excitation, temperature and magnetic field for samples of 4nm and 6nm QW width. The emission spectra of the 4nm QW show two emission bands. The lower band energy presented a distinct behavior with a relatively long decay-time that may be associated to a spatial- and momentum-indirect recombination involving an electron from the AlAs layer and a hole at the GaMnAs QW. The higher energy band was associated to the direct transition in the GaMnAs QW. On the other hand, a wider, is also observed at high Mn concentration for the both QW widths. This band is due to donor-bound exciton emission from shallow donors, Mn interstitial, in the QWs. Our results show that circular polarization degree is very sensitive to the Mn concentration and QW width. In addition, we have also investigated the transport and optical properties of p-i-n AlAs/GaAs/AlAs double barrier resonant tunneling diodes (RTD) with a Ga0,95Mn0,05As top-layer contact and an InGaAs QW in the n-doped GaAs contact side. A reference sample with similar design, except that the magnetic layer was replaced by a C-doped GaAs was also investigated. The spin polarization in this samples was investigated by measuring the I(V) characteristic curves and circular-polarized electroluminescence (EL) and photoluminescence (PL) spectra as a function of the applied voltage and a magnetic field parallel to the tunneling current. We have observed clear evidence of hole resonances in the I(V) characteristic curves for both samples at 2K. The EL and PL intensities from both the GaAs and InGaAs QWs show a clear correlation with the resonances in the I(V) characteristics curves for both samples. The circular polarization degree from the GaAs and the InGaAs QWs attain large values and are more sensitive to the bias voltage in the Mn-doped sample. We have observed a polarization degree up to ~-80% for the GaAs QW emission from the magnetic RTD under 15T and 2K. Under light excitation, holes are photocreated in the non-magnetic side and injected along the structure, which strongly affects the degree of circular polarization of the carriers. / Neste trabalho, realizamos um estudo sistemático em poços quânticos de Ga1- xMnxAs/GaAs/AlAs (QWs) com baixa concentração de manganês (x < 0,1%) crescidos por epitaxia de feixe molecular em altas temperaturas de crescimento do substrato 400 e 450°C. Estudamos as medidas de fotoluminescência resolvida no tempo e fotoluminescência resolvida em polarização em função da potência de excitação do laser, da temperatura e do campo magnético em poços quânticos com larguras de 4nm e 6nm e com diferentes concentrações de Mn. Os espectros de emissão dos poços quânticos de 4nm apresentaram duas bandas de emissão. A banda de emissão de menor energia apresentou um tempo de decaimento relativamente longo que foi associado à recombinação indireta envolvendo elétrons confinados na banda X no AlAs com buracos confinados na banda &#61511; no Ga1-xMnxAs enquanto que a banda de maior energia foi atribuída à transição direta no poço quântico de Ga1-xMnxAs. Por outro lado, para concentrações elevadas de Mn observamos a presença de uma nova banda de emissão mais larga para todos os poços quânticos. Esta banda foi associada à emissão de éxcitons ligados a doadores devido à presença de Mn intersticial no poço quântico. Nossos resultados mostram que o grau de polarização circular é bastante sensível à concentração do manganês e à largura do poço quântico. Paralelamente, investigamos as propriedades de transporte e óticas de diodos de tunelamento ressonante de dupla barreira (DTR) do tipo p-i-n AlAs/GaAs/AlAs com contato superior tipo-n constituído por uma camada magnética de Ga0,95Mn0,05As e um poço quântico de InGaAs entre o contato inferior tipo-n e poço quântico de GaAs. Estudamos também uma amostra referência crescida de modo similar sendo que a camada magnética foi substituída por uma camada de GaAs dopado com carbono. A polarização de spin nestas amostras foi investigada medindo as curvas características I(V), os espectros de eletroluminescência (EL) e fotoluminescência (PL) resolvida em polarização em função da voltagem aplicada e campo magnético aplicado paralelamente à corrente de tunelamento. Observamos nas curvas características I(V) de ambas as amostras evidências de picos ressonantes de buracos. As intensidades de EL e PL dos poços quânticos de GaAs e de InGaAs para ambas as amostras mostram uma clara correlação com as ressonâncias da curva característica I(V). Nossos resultados mostram que o grau de polarização dos poços quânticos de GaAs e InGaAs nas amostras contendo GaMnAs atinge valores superiores e são mais sensíveis à voltagem do que a amostra referência. Em particular, observamos um grau da polarização de até ~-80% para a emissão do poço quântico de GaAs no caso do DTR magnético em 15T e 2K. Na presença de luz, buracos fotocriados na região do contato não magnético são injetados ao longo da estrutura reduzindo consideravelmente o grau de polarização dos portadores no poço quântico.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseACRB.pdf: 1851466 bytes, checksum: 1edfef66c44c8e430704ae0d7598612c (MD5) Previous issue date: 2002-10-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / We have studied the dynamic and the stationary properties of carriers in semiconductor heterostructures submitted to electric fields AC and DC and to magnetic fields within the e&#64256;ective-mass approximation based on model multiband k · p. The method used to calculate the electronic structure uses the combination of techniques of finite differences and the inverse power method. As example to test the e&#64259;ciency of the method, we have studied optical properties in multiple quantum wells of GaAs/AlGaAs containing a delta-doping nipi structure. We have calculated the single pair electron-hole energy recombination and we estimated critical temperatures where the interband optical transitions changes its character from indirect to direct. We have also calculated the electronic structure of holes in quantum wells of GaAs/Ga1&#8722;xAlxAs in the presence of longitudinal magnetic and electric parallel fields as initial part of the study of the magnetotunneling in double barrier. The resonant tunneling of the carriers in double barrier is investigated using the formalisms based on the scatterring-matrix and on the finite di&#64256;erence technique. The implicit method to simulate the time dependent transport properties is obtained in terms of Magnus expansion for the evolution operator by using a factorization based on the approach of Padé (M/M). This method has shown quite stable, besides allowing high order of precision. We have calculate the quasi-energy, medium displacement, transmission probability, AC Stark e&#64256;ect and tunneling time of the carriers in a quantum well GaAs/Ga0,7Al0,3As submitted to an AC potential, both with k = 0 and k 6= 0. Our results have revealed that carriers present dynamics completely di&#64256;erent from each other depending strongly on the ratio between applied AC frequency &#969; and the carrier localization frequency &#969;l = (E ~ ). The AC Stark e&#64256;ect has adiabatic type that is inserted into the initial conditions. The quasi-energy of all carriers, except the ligth-hole LH1 at k = 0, present a similar quasi-parabolic dependence with the intensity of the field &#946; = (eF0Lz }&#969; ), as is observed in static cases. The degree of localization of the carriers is investigated through the calculation of tunneling times. In general, states show time localization induced by laser frequencies larger that &#969;l for many states with k = 0. For k > 0 the inherent mixture among the states of the valence band produces an increase in the transmission probability. The field tilted barrier of potential leads to quasi-energies near to the border of the QW, favoring the escape of carriers from quantum well region if compared to their time localization regimes. / Obs.: Devido a restrições dos caracteres especias, verifcar resumo em texto completo para download. Estudamos as propriedades dinâmicas e estacionárias de portadores em heteroestruturas semicondutoras submetidas a campos elétricos AC e DC e a campos magnéticos DC na aproximação de massa efetiva e dentro do modelo multibandas k · p. O método usado para calcular a estrutura eletrônica é baseado na técnica de diferenças finitas e no método da potência inversa. Como exemplo para testar a eficiência do método, estudamos propriedades ópticas em múltiplos poços quânticos (MQW) de GaAs/AlGaAs contendo uma estrutura delta-doping nipi. Calculamos as energias de recombinação de um par elétron-buraco, como função da temperatura, e estimamos as temperaturas críticas onde as transições ópticas mudam de indireta para direta. Também calculamos a estrutura eletrônica de buracos em poços quânticos de GaAs/Al0,35Ga0,65As na presença de campos elétricos e magnéticos longitudinais, como parte inicial do estudo do magneto-tunelamento em duplas barreiras. O tunelamento ressonante dos portadores em duplas barreiras foi investigado usando os formalismos da matriz de espalhamento e diferenças finitas. O método implícito para simular as propriedades de transporte dependentes do tempo foi implementado baseado na expansão de Magnus para o operador evolução e sua fatorização baseada na aproximação diagonal de Padé (M/M). Este método tem se mostrado bastante estável, além de permitir altas ordens de precisão (O2M+1). Calculamos as quase-energias, deslocamentos médios, probabilidades de transmissão, efeito Stark AC e tempos de tunelamento dos vários portadores em um poço quântico GaAs/Al0,3Ga0,7As submetido a um potencial AC, com k = 0. Nossos resultados nos revelou uma dinâmica completamente distinta para cada tipo de portador que depende fortemente das frequências &#969; e de localização &#969;l = E ~. O efeito Stark AC é do tipo adiabático com as quase-energias apresentando uma dependência quase-parabólica com a intensidade do campo &#946; = eF0Lz }&#969; . O grau de localização dos portadores é investigado através do cálculo dos tempos de tunelamento. Para k 6= 0 a inerente mistura entre os estados da banda de valência produz um aumento da probabilidade de transmissão dos buracos, uma vez que suas quase-energias são muito maiores e seus movimentos ao longo de z e planar estão acoplados. Isso favorece o escape dos buracos da região do poço.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / In this work the synthesis of MgCdS ternary semiconductor nanocrystal alloys has been carried out by aqueous route through a bottom-up approach, using conventional hydrothermal heating as well as in situ onto graphene matrices. In the synthesis of MgCdS nanocrystals, the effect of each reaction parameter on the spectroscopic properties was studied aiming to understand the possibilities to control the optical properties. Emission spectra of MgCdS samples obtained in the experiments designed to optimize reaction parameters exhibited a single emission band reflecting nanocrystal growth, with quantum yields as high as 85%. Based on the presence of two bands in absorption spectra as well as atomic absorption spectrometry (AAS) data it was possible to propose that nanocrystals are composed of Cd and Mg. Concerning the structural architecture, it has been proposed that nanocrystals show a core-shell structure with a diffuse interface. Data from AAS also showed that the final composition of nanocrystals is generally different from the initial reaction Cd:Mg proportion, as the metal precursors have distinct reactivities. Morphological analyses by transmission electron microscopy (TEM) of nanocrystals evidenced the predominance of spherical shapes and sizes below 4 nm. Studies of the formation of nanocrystal alloys with Mg1-xCdxS and Cd1-xMgxS composition, by ion exchange from the binary components MgS and CdS helped the discussion of spectroscopic behavior of the ternary system MgCdS. It was possible to confirm that the introduction of a second cation (Cd2+ or Mg2+) into each binary structure (MgS or CdS) is consistent with the observation of two absorption bands and only one emission band. The addition of graphene derivatives during the synthesis of MgCdS nanocrystals was carried out aiming to improve the properties of the materials, as well as providing a physical support to the nanocrystals, favoring future applications. The presence of graphene induced shifts in the emission bands to larger wavelengths concomitant with intensity reduction, which can be taken as evidence of interactions between the materials. The morphologies of composites were characterized by typical graphene sheets decorated with spherical nanocrystals. / Neste trabalho foram realizadas as sínteses de nanocristais (NCs) semicondutores ternários de MgCdS via síntese aquosa através da metodologia bottom-up, assistida por tratamento térmico hidrotermal convencional, além da síntese in situ de nanocompósitos de MgCdS em matrizes de grafeno. A síntese do nanocristal de MgCdS foi avaliada através do efeito da variação de cada parâmetro de síntese sobre as propriedades espectroscópicas do material, a fim de se compreender as possibilidades de controle das propriedades ópticas. Os espectros de emissão dos NCs de MgCdS, referente ao estudo de otimização dos parâmetros de síntese, apresentaram uma única banda de emissão intensa que reflete o crescimento do nanocristal, com rendimentos quânticos de fotoluminescência elevados, chegando a 85%. Com base na presença de duas bandas de absorção no espectro de UV-visível, bem como de dados de espectrofotometria de absorção atômica (AAS), pode-se inferir que os nanocristais são compostos pelos metais de Cd e Mg, propondo-se a hipótese de uma arquitetura caroço-casca com interface difusa. Os dados obtidos através de AAS mostraram também que, como os precursores tem reatividades distintas, a composição dos materiais formados tende a diferir da proporção Cd2+:Mg2+ utilizada na reação. As análises morfológicas realizadas por microscopia eletrônica de transmissão (TEM) permitiram verificar o contorno esférico e uniforme das nanoesferas e estimar o tamanho dos nanocristais, sendo abaixo de 4 nm. Estudos de formação de ligas do tipo Mg1-xCdxS e Cd1-xMgxS, por troca iônica a partir dos componentes binários MgS e CdS permitiram compreender melhor os dados espectroscópicos dos nanocristais formados introduzindo ambos precursores simultaneamente. Confirmou-se que a introdução do segundo cátion (Cd2+ ou Mg2+) em cada estrutura binária (MgS ou CdS) de fato causa a formação de duas bandas de absorção e somente uma de emissão. A implementação de derivados de grafeno na síntese do MgCdS foi realizada a fim de aprimorar as propriedades gerais do material, bem como de propiciar um suporte físico aos nanocristais de MgCdS, favorecendo aplicações. A presença do grafeno na síntese do nanocristal proporcionou deslocamento da banda de emissão para maiores comprimentos de onda com redução da intensidade luminescente, evidenciando interações entre os materiais. As morfologias dos compósitos apresentam folhas de grafeno decoradas com nanocristais esféricos. / São Cristóvão, SE

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / In the last few decades the physics of low dimensional semiconductor systems have attracted much attention due to the potential applications that arise from their due to electronic and optical properties. For example, InGaAs and InGaAsP heterostructures are currently used in optoelectronic applications that operate in the infrared spectrum. In such systems, the con_nement of charges can be realized in one, two or in three dimensions. The optical properties of quantum con_nement systems are basically determined by electronic transitions. Excitons, formed by an electron-hole pair bounded by coulombic interaction, are the responsible for the emission wavelenght. The aim of this work is to computer the ground state exciton energies in quantum wells, cylindrical quantum wires and pyramidal quantum dots as a function of the their size and shape. The results show that the exciton energies of In0:4Ga0:6As/GaAs quantum wells and wires are in the range from 0.9 to 1.3 eV. The results of In0:4Ga0:6As/GaAs pyramidal quantum dots show that the e-lh (e-hh) recombination energies are approximately 1.3-1.4 (1.18-1.28) eV / A fÃsica de sistemas semicondutores de baixa dimensionalidade tem evoluÃdo bastante nas Ãltimas dÃcadas. Em parte, porque essas estruturas oferecem a oportunidade de testarmos vÃrios modelos teÃricos, mas tambÃm porque existe um grande potencial de aplicaÃÃo tecnolÃgica derivada das propriedades de tais estruturas e dos materiais que a formam. Como exemplo, temos as heteroestruturas semicondutoras formadas com os materiais InGaAs e InGaAsP que sÃo de grande utilidade em dispositivos optoeletrÃnicos emitindo na regiÃo do infravermelho. Nesses sistemas podemos fazer um confinamento dos portadores de carga, como elÃtrons e buracos, em uma, duas ou em trÃs direÃÃes, aos quais sÃo chamados de poÃo (2D), fio (1D) e ponto quÃntico (0D), respectivamente. As propriedades Ãticas dos semicondutores sÃo determinadas pelos autovalores e autovetores do movimento dos elÃtrons e buracos. Os excitons que à o par elÃtron-buraco interagindo entre si sÃo os maiores responsÃveis pela emissÃo (pico da fotoluminescÃncia) em sistemas de confinamento em semicondutores. A interaÃÃo colombiana e o tipo de confinamento imposto pela construÃÃo dessas estruturas junto com suas interfaces graduais afeta o movimento desses portadores. O nosso objetivo neste trabalho à calcular a energia de emissÃo dos excitons elÃtron-buraco leve e elÃtron-buraco pesado em poÃos, fios cilÃndricos e em pontos quÃnticos piramidais em funÃÃo de seus parÃmetros de dimensionalidade. Os resultados obtidos mostram as energias do exciton no poÃo e no fio quÃntico In0.4Ga0.6As/GaAs na mesma ordem de grandeza, estando na faixa de 0.9 à 1.3 eV. Para o ponto piramidal, as energias de recombinaÃÃo do par e-hh (e-lh) estÃo na faixa de 1.3-1.4 (1.18-1.28) eV.

Orientadores: Fernando Iikawa, Odilon Divino Damasceno Couto Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-29T15:53:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MirandaLaHera_VladimirRoger_M.pdf: 7239733 bytes, checksum: 1e843140547afd4fb68e666db8a03911 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Neste trabalho foram estudadas as propriedades ópticas de nanofios (NWs) semicondutores InAsP/InP na fase Wurzita, crescidos pelo método Vapor-Liquid-Solid (VLS) no sistema Chemical Beam Epitaxy (CBE). As medidas ópticas foram realizadas por espectroscopia de fotoluminescência em ensembles e nanofios individuais, por macro e micro-fotoluminescência. O interesse pelas ligas de InAsP é que elas apresentam energia do gap na faixa de infravermelho próximo, uma faixa espectral utilizada para a tecnologia de telecomunicações bem como em fabricação de detetores de compostos de carbono nocivos, pois eles apresentam absorção óptica nessa faixa. Além disso, InAsP na forma de estruturas na escala nanométrica, em particular, em NWs, além de ter a fase cúbica estável, que ocorre em todos os fosfetos e arsenetos de compostos III-V, a fase hexagonal wurtzita é também observada. A maioria de suas propriedades na estrutura wurtzita não ainda foi investigada em detalhes. Os nanofios heteroestruturados contendo InAsP e InP na fase wurtzita não são bem conhecidos também. O ponto principal desta tese é, portanto, investigar as propriedades ópticas desses compostos na forma de nanofios, que estão na fase wurtzita, e estudar a emissão óptica destas heteroestruturas, onde envolve o efeito de confinamento quântico, o qual pode ser utilizado para sintonizar o comprimento de onda da emissão. Investigamos NWs de ligas de InAsP com três composições diferentes, mudando o fluxo de arsina e fosfina, que foram crescidos usando três tamanhos de nanopartículas de catalizadores de Au diferentes de 2, 5 e 20 nm. Observamos que a forma do nanofio depende do tamanho de nanopartículas de Au. Para menores tamanhos, obteve-se uma forma de torre, enquanto que para o maior, a forma de agulha. A concentração de P é de cerca de 50% estimada por espectroscopia de fotoluminescência e de energia dispersiva de raios-X. A emissão óptica é de cerca de 1.5 µm, adequada para aplicação em dispositivos de telecomunicações. Nos NWs heteroestruturados de InAsP/InP, investigamos as amostras com tempos de inclusão diferentes de InAsP (2, 5, 10, 20 e 40 s) no InP, e elas foram crescidas com diferentes tamanhos de nanopartículas de Au (2, 5 e 20 nm) utilizadas como catalisador. Nessas amostras, todos os nanofios apresentam a forma de uma agulha. Os espectros de macro e micro-fotoluminescência mostram fortes emissões ópticas atribuídas à camada de InAsP e variam entre 800-1000 nm. A energia de emissão depende da quantidade de InAsP de acordo com o efeito de confinamento quântico. Também, observamos várias linhas estreitas nos espectros de micro-fotoluminescência de nanofios individuais atribuídos aos estados localizados das camadas InAsP. Essas linhas são provenientes de duas regiões, sendo uma delas da camada de InAsP axial catalisado e uma segunda, da camada lateral de InAsP devido ao crescimento epitaxial. Este resultado mostra que os NWs de InAsP/InP apresentam alta qualidade cristalina e são sistemas promissores para a aplicação em dispositivos ópticos / Abstract: In this work, we studied the optical properties of wurtzite phase InAsP alloy nanowires (NWs) and InAsP/InP heterostructure nanowires grown by Vapor-Liquid-Solid (VLS) method in a Chemical Beam Epitaxy (CBE) system. The optical measurements were carried out by photoluminescence spectroscopy in ensemble and single NWs by macro and micro-photoluminescence techniques. The interest for InAsP alloys is that they present gap energy in the near infra-red, a spectral range commonly used for the telecommunication technology as well as for harmful carbon compounds detection sensors, since their optical absorption is in the same energy range. Furthermore, the InAsP in nanoscale structures, in particular, in NWs, in addition to the stable cubic phase, which occurs in all other phosphide and arsenide III-V compounds, hexagonal wurtzite phase is also observed. Most of the properties of their wurtzite structure has not been investigated in details yet. The heterostructure NWs containing InAsP and InP in wurtzite phase are not deeply known as well. The main purpose of this thesis is, therefore, to investigate the optical properties of this compounds in NW forms, which present wurtzite phase, and to study the optical emission from the heterostructures, where the quantum confinement effect can also be used to tune the emission wavelength. We investigated InAsP alloy NWs with three compositions changing the arsine and phosphine flux and they are grown using three sizes of Au-nanoparticle catalyst, 2, 5 and 20 nm. We note that the NW shape depends on the Au-nanoparticle size. For small size, a tower-like shape was observed, while for large one, the needle-like one. The P content of the samples is around the 50 % estimated by the photoluminescence and by Energy-Dispersive X-ray spectroscopy. The optical emission is around 1.5 µm, appropriate for telecommunication device applications. For InAsP/InP heterostructure NWs, we investigated samples with different InAsP time deposition (2, 5, 10, 20 and 40 s) onto the InP and they were grown with different Au-nanoparticle size (2, 5 and 20 nm) used as catalyst. In these samples, all nanowires present needle-like shape. The macro and micro-photoluminescence spectra show strong optical emissions in 800-1000 nm range attributed to the InAsP layer emissions. The emission energy depends on the amount of InAsP according to the quantum confinement effect. We observed several sharp lines in the micro-photoluminescence spectra of single NWs attributed to the localized states of the InAsP layers. They come from two regions, one of them from the axial catalyst InAsP layer and second one, from the lateral InAsP epitaxial growth layer. The result shows that the InAsP/InP heterostructures NWs grown by VLS method in the CBE system present high crystal quality and are promising structure for optical device applications / Mestrado / Física / Mestre em Física / 1247651/2013 / CAPES

[pt] Os semicondutores à base de TiO2 atualmente em desenvolvimento na área de fotodegradação de poluentes apresentam limitações para viabilização comercial. Os desafios encontrados são, i) tornar mais eficiente a absorção de luz na faixa visível para fotogeração dos pares elétrons livres e buracos, ii) elevação da área superficial e iii) redução da taxa de recombinação elétrons livres-buracos. Este estudo focou na síntese e caracterização de um novo nanohíbrido, sensível a luz visível à base de nanofolhas de ferrititanato esfoliadas e de nanopartículas de TiO2 (anatásio) conjugadas com acetilacetona (ACAC), controlando a razão molar de titânio nos dois componentes, além de abordar diferentes rotas de síntese do nanohíbrido e estudar os componentes separadamente. Os nanohíbridos foram sintetizados pelas rotas de mistura física e de química branda sendo nomeados como MF e HM-1 respectivamente, considerando as razões molares de [Ti]anatásio/[Ti]ferrititanato de 10, 5 e 2. Todos os nanohíbridos apresentaram elevada área superficial (superior a 100 m2/g) e restauração parcial da estrutura pilarizada. Os nanohíbridos com maior razão molar de [Ti]anátasio/[Ti]ferrititanato apresentaram maior eficiência de foto-oxidação dos gases poluentes NOx, bem como a MF apresentou maior eficiência que a HM-1. O nanohíbrido com melhor desempenho, a MF de razão 10, obteve uma conversão após 5 min de aproximadamente 80 por cento e apresentou redução gradativa de conversão até 25 por cento após 2h. Contudo, o componente isolado TiO2-ACAC calcinado a 300 graus C promoveu a sensibilização do anatásio em todo o espectro visível, tendo área superficial de 137 m2/g e uma conversão do NOx superior a 95 por cento, com redução gradativa da conversão até 38,5 por cento após 2h. Os resultados do anatásio modificado podem ser compreendidos pela combinação da estrutura nanométrica, da elevada área superficial e, principalmente, pela presença de ligações de titânia com acetilacetona superficiais em monocamadas maximizando e estabilizando a fotogeração de pares elétrons/buracos. Enquanto odesempenho inferior dos nanohíbridos pode ser atribuído a presença devacâncias de oxigênio e íons de Fe3+ atuando como centros de recombinação reduzindo a formação de radicais oxidantes. / [en] Currently, the development of TiO2-based semiconductors carry out drawback at photocatalytic commercial applications for photodegradation of pollutants gases. The photocatalytic limitations are i) inefficient absorption of visible light that inhibits the photogeneration of free electron and hole pairs, ii) small surface area and iii) high rate of electron to hole recombination. The aim of this study was the synthesis and characterization of a new visible light sensitive nanohybrids based on ferrititanate exfoliated nanosheets and a charge transfer complex (TiO2-ACAC) by controlling the [Ti] anatase/[Ti] ferrititanate molar ratio and applying two different synthesis route. Besides, it was studied the individual components. The nanohybrids were synthesized through physical mixture route and soft chemical route, named respectively as MF and HM-1. The molar ratios used in this work were 10, 5 and 2. All of the heterostructures presented high surface area (higher than 100m2/g) and partial restacking of lamellar structure. The nanohybrids with higher molar ratio and synthesized through physical mixture showed the greatest photocatalytic activity with more efficient photo-oxidation of gas NOx than the nanohybrids synthesized through soft chemical route. The nanohybrid with better performance, the MF with ratio 10, obtained a NO conversion of approximately 80 percent after 5min and gradual reduction of conversion to 25 percent after 2h. Nevertheless, the TiO2-ACAC nanoparticles component calcined at 300 C degrees presented total sensitivity at the range of visible light, surface area of 137m2/g and conversion higher than 95 percent with partial photocatalytic deactivation to 38.5 percent after 2h. The results of TiO2-ACAC system studied can be described due to its nanometric structure, high surface area and, mainly, for the presence of strongly interacting between acetylacetone with Ti ions from anatase surface, while maximized and stabilized the photogeneration of electron-hole pairs and reactive oxidizing species (ROS), .O2 -. However, the lower performance of the nanohybrids ascribed to the oxygen vacancies and Fe3+ ions that acting as electron trapping center reducing the formation of ROS.

Utilizou-se um Hamiltoniano KP (6x6) do tipo Kane para, se estudar a estrutura de bandas e níveis de Landau para heteroestruturas de semicondutores zincblende dos grupos III-V e II-VI. Os efeitos do acoplamento entre as bandas de condução e valência, da mistura dos estados da banda de valência, da não-parabolicidade dos níveis, da total degenerescência dos níveis, do warping e das descontinuidades das massas efetivas nas heterointerfaces são levados em conta. Mostrou-se que a interação entre as bandas de condução e valência não pode ser desprezada, mesmo para semicondutores de gap largo, como citado em trabalhos existentes na literatura. Para um estudo sistemático do modelo, utilizou-se um poço quântico de GaAs Ga(Al)As e então aplicou-se o modelo a um sistema de semicondutores semi-magnéticos (poço quântico de CdTe Cd(Mn)Te). / A Kane-like (6x6) KP Hamiltonian is used to study the subband structure and Landau levels for group III-V and group II-VI zincblende semiconductor heterostructures. The effects of conduction-valence band coupling, valence band states mixing, nonparabolicity of the levels, the full degeneracy of the levels, warping and effective masses discontinuities at the heterointerfaces are taken into account. It is shown that the interaction between conduction-valence bands cannot be neglected, even so the semicondutctor have wide gap, as claimed in previous work in the literature. GaAs-Ga(Al)As quantum well was used as a model for a systematic study of the effects of each effective KP parameters. Then, it was applied to the study the subband structure of semi-magnetic semiconductor system (a quantum well of CdTe-Cd(Mn)Te.

Este trabalho trata do estudo das condições para a produção de padrões em escala nano e micrométricas, utilizando o processo de litografia eletrônica. A parte inicial refere-se ao estudo do elétron-resiste de PMMA incluindo a preparação da solução, o recobrimento do substrato e a secagem. Em seguida, são apresentados estudos sobre o funcionamento do sistema de litografia por feixe de elétrons em detalhe. São tratados problemas com o resiste, o substrato e a interação com a amostra. São apresentados os aspectos mais importantes dos substratos utilizados, sendo dado um enfoque a heteroestruturas semicondutoras com gás de elétrons bidimensionais. As condições para revelação do resiste e das etapas de processamento para que seja feita a replicação para o substrato do padrão gerado no resiste são também abordadas. Diversos estudos foram realizados para mostrar a influência de alguns efeitos comuns na litografia como a influência da espessura do filme de resiste e os efeitos de proximidade. Também trata da produção de padrões sobre substratos diversos como GaAs, VIDRO, ALUMINA e PRATA. A última etapa estuda a utilização de um resiste híbrido PMMA-Sílica como um método de conformação cerâmica. Finalmente é apresentado um estudo relativo a produção de diversos padrões diferentes sobre heteroestruturas semicondutoras de AlGaAs/GaAs. / The work describe the conditions for pattern production at nano and micrometric scale using the electronic lithographic process. In the first part many types of lithographic technics are compared and the aim why the electron beam lithographic nanostructured production was chosen. Detailed results about operation with the lithographic system and some problems related to electron resist, substrate and interaction between electron beam and sample are presented. The most important substrate aspects are shown. The two dimensional electron gas (2DEG) semiconductors heterostrutures and the M B E process to grow samples are discussed too. The conditions to develop electron resist and steps for pattern transfer over the substrate are discussed. Many experimental studies were realized to show the influence and some effects, common to the lithographic process, such as electron resist thickness and the proximity effect. A production of pattern on some kind of substrate like GaAs, Glass, Aluminum, Silver can also be observed. In the last part of this work some discussion about utilisation of hybrid electron resist composite PMMA-Silica was done, as well as very important technics for ceramic conformation. Finally, the main goal of this work is presented: the production of different nanostructure samples using AlGaAs/GaAs substrates.

Os resultados apresentados neste trabalho estão sistematizados em três partes. Em uma primeira etapa, efetuamos um estudo sistemático do comportamento da estrutura eletrônica em super-redes de deltas em função do período da super-rede e em função da concentração planar de dopantes. Uma nova abordagem, que se baseia no método celular e na solução autoconsistente das equações de Schroedinger e de Poisson, foi desenvolvida e aplicada para super-redes com dopagem planar tipo n em GaAs e em silício. Em ambos os casos, foi observada a transição de um comportamento eletrônico de caráter bi- para tridimensional conforme o período da super- rede diminui. No caso de super-redes de deltas de Si em GaAs foi empreendido o cálculo da energia de corte nos espectros de fotoluminescência de excitação. Uma boa concordância com as medidas experimentais foi obtida. O estudo da estrutura eletrônica para o caso de super-rede de deltas de Sb em Si foi pioneiro. Isto tornou os resultados de nossa investigação teórica de importância fundamental para experimentais e teóricos atuando na 6rea. A concordância entre nossas previsões teóricas e dados experimentais da literatura demonstram a consistência e o poder da abordagem desenvolvida. Em uma segunda etapa, foi efetuado o estudo da distribuição espacial do campo elétrico interno em heteroestruturas contendo camadas tipo \"bulk\", compostas por GaAs e (A1Ga)As. Uma nova abordagem foi desenvolvida para a execuqi3o de cálculos dos perfis de potencial eletrostático e de campo elétrico, sem assumir a ionização total dos dopantes e a não-degenerescência do material. Nosso método transforma a equação de Poisson em uma equação integral que deve ser resolvida autoconsistentemente. Os exemplos numéricos demonstram a aplicabilidade de nossa abordagem a sistemas reais. Perfis do campo elétrico calculados são usados para interpretar os espectros de fotorefletância. Em uma terceira etapa, a teoria geral da fotorefletância de heteroestruturas semicondutoras foi desenvolvida neste trabalho para tornar a interpretação de espectros de fotorefletância precisa e de aplicação eficiente. Um novo metodo de cdculo do coeficiente de reflexgo na presenga de inomogeneidade espacial da funggo dieletrica no interior de cada camada fmeceu um novo patamar de cornpreens20 dos espectros de fotorefletiincia. Este metodo e baseado na construgiio de uma matriz de transferhcia que iraclui as inomogeneidades no interior da camada de um mod0 integral. Portanto, para descrever uma camada de heteroestrutura e preciso ter apenas uma ma& de transferencia. 0s resultados de simulag6es numericas de espectros da fotoreflethcia estilo em uma concordhcia bastante boa com aqueles obtidos atravb de medidas opticas. A eficiencia de nosso metodo o torna aplicavel a simulag6es tip0 \"on-line\". 0s resultados dos metodos anteriores sgo reproduzidos como casos limites de nossa abordagem geral. / The results presented in this work can be displayed along the following three lines. In the first we performed a systematical study of the electronic structure behavior in delta superlattices as a function of superlattice period and sheet doping concentration. A new approach, based on the cellular method and on the selfconsistent solution of Schroedinger and Poisson equations, was developed and applied to superlattices with n-type delta doping in GaAs and silicon. In both cases, a transition from bi- to three- dimensional electronic behavior with the decrease of superlattice period was observed. For Si delta-doping superlattices in GaAs we performed calculations of the energy threshold in the photoluminescence excitation spectra. A good agreement with experimentally measured values was observed. Our investigation of the electronic structure of Sb delta-doping superlattices in Si was a pioneer theoretical study. Due to thls fact, the results of our work are of great importance for experimentalists and theoreticians acting in this area. The agreement between our theoretical predictions and the available experimental data demonstrates the consistency and the power of the developed approach. Along the second line we studied electric field spatial distribution inside of heterosinctures containing bulk layers of GaAs and (A1Ga)As. A new approach was developed to calculate the electrostatic potential and electric field profiles, providing the possibility to take .into account the incomplete ionization of impurities and the degeneracy of the materials. Our method transforms the Poisson equation into an integral equation, which must be solved selfconsistently. Numerical examples show the way to apply our approach to real systems. Internal electric field proiiles, calculated by means of our method are used to interpret photoreflectance spectra. In the third line, a general theory of photoreflectance for semiconductor heterostructures was developed in this work to make the interpretation of fotoreflectance spectra more precise and straightfornard. A new method to calculate the reflection coefficient in the presence of weak spatial inhomogenities of the dielectrical function inside each layer, provided us with a new degree of comprehension of the photoreflectance spectra. This method is based on the construction of a transfer matrix which includes the inhomogenities inside the layer in an integral way. This explains why we need only one matrix to describe one layer of the heterostructure. Results of our numerical simulations are in very good agreement with data of optical measurements. The efficiency of our method makes it suitable for on-line simulations. The results of previous methods emerge from our general approach as limit cases.