Search

Orientador: Luiz Carlos Kretly Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um conjunto de processos de baixo custo para fabricação de células solares. As células solares foram fabricadas utilizando lâminas de silício monocristalino, com orientação cristalografica < I OO> e resistividade típica de 4.1 à 9.0 ohm.cm, tipo p dopadas com boro. Ajunção n-p foi obtida por difusão usando papéis dopantes. Estes papéis são de dois tipos, os que possuem boro e os com fósforo.A montagem de um conjunto de lâminas de silício com estes dopantes, dispostos alternadamente, permitiu a obtenção de uma estrutura n-p/p+, numa mesma etapa de processo. Esta estrutura mostrou-se muito interessante, pois melhora o contato ôhmico posterior como também constrói uma estrutura denominada "Back Surface Field" a qual provocará um aumento no rendimento da célula solar. Os contatos, tanto na parte superior como na posterior, foram feitos usando o processo de "Nickel eletroless plating" e "Bright eletroless gold plating",métodoque permite a obtenção de um bom contato ôhmico e com boa aderência Abstract: Not informed. Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Vitor Baranauskas Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A estrutura eletrônica dos nanotubos de carbono de parede única depende da direção de enrolamento das estruturas de grafeno, determinada pelo vetor quiral. Os nanotubos podem apresentar carácter metálico ou semicondutor. A partir deste vetor classificam-se os nanotubos em três tipos: zig-zag (n,0), armchair (n,n) e quiral (n,m). A modificação das propriedades eletrônicas dos nanotubos pode ser realizada pelo processo de dopagem, que possibilita introduzir na estrutura dos nanotubos, de forma proposital e controlada, durante o processo de síntese, algum tipo de impureza (átomos de outro elemento químico). Neste trabalho é apresentado um estudo teórico preliminar de fragmentos de nanotubos de carbono dopados com boro ou nitrogênio. Efeitos da substituição de átomos de carbono por átomos de boro ou nitrogênio nas propriedades estruturais e eletrônicas de fragmentos de nanotubos são preliminarmente discutidos. Abstract: The electronic structure of single-wall carbon nanotubes depends on the rolling direction of their graphene structures, and is determined by the quiral vector. Nanotubes may have metallic or semiconductor properties. According to the chiral indices, carbon nanotubes are classified as: zig-zag (n,0), armchair (n,n) and chiral (n,m). The modification of the electronic properties of the nanotubes may be carried out by doping processes. It is possible to introduce some type of impurity, i.e. atoms of another chemical element, to modify the structure of the carbon nanotubes during the synthesis processes. In this work a preliminary theoretical study of fragments of carbon nanotubes doped with boron or nitrogen is presented. Structural and electronic effects of carbon substitution by atoms of boron, or nitrogen have been preliminary discussed. Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Vitor Baranauskas Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Estudamos processos de dopagem do diamante crescido por deposição química a partir da fase vapor (diamante CVD) com a introdução de impurezas dopantes durante o crescimento do diamante em reatores do tipo filamento-quente. Focalizamos nossa pesquisa na dopagem do diamante com boro, ou nitrogênio, ou enxofre, visando obter diamantes com propriedades semicondutoras com condutividade eletrônica (tipo n) ou condutividade por lacunas (tipo p). Foram utilizadas contaminações intencionais utilizando: trimetil borano (B(CH3)3), ou amônia (NH3), ou dissulfeto de carbono (CS2), misturados com metano e diluídos em hidrogênio. As amostras foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (SEM), espectroscopia Raman, espectroscopia de foto-elétrons excitados por raios X (XPS), espectroscopia de emissão de raios X excitado por feixe de prótons (PIXE) e efeito Hall. As dopagens do diamante do tipo p e do tipo n foram obtidas com contaminações de boro e enxofre, respectivamente. O diamante dopado com nitrogênio não apresentou propriedades semicondutoras Abstract: We studied the diamond doping processes with introduction of doping impurities during the diamond growth in the chemical vapor deposition (CVD) technique, using a hot-filament reactor. Our research focused the use of boron, nitrogen or sulphur atoms in order to obtain diamond films with semiconductor properties of electronic (n-type) or hole (p-type) current transport mechanisms. Trimethyl-borane (B(CH3)3), or ammonia, or carbon disulphide (CS2), mixed with methane and hydrogen were used in the feed gas mixture. The diamond samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Proton-induced X-ray emission (PIXE) and Hall effect. p-type and n-type diamonds have been obtained with boron and sulphur doping, respectively. However, the nitrogen doped samples do not presented semiconductor properties Doutorado Engenharia de Eletrônica e Comunicações Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Vitor Baranauskas, Alfredo Carlos Peterlevitz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Esta tese apresenta um estudo do crescimento e caracterização do diamante nanocristalino crescido por deposição química a partir da fase vapor (diamante CVD), com a introdução de boro durante o crescimento. Nosso objetivo foi de produzir amostras com boas propriedades para emissão de elétrons para o vácuo por efeito do campo elétrico (FEE). As amostras foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura de Emissão por Campo (FESEM), micro-espectroscopia Raman e emissão de elétrons por campo elétrico. Os resultados destas caracterizações são apresentados e discutidos. Abstract: This thesis presents a study of the growth and characterization of nano crystalline diamonds produced by the hot-filament chemical vapor deposition (CVD) with the introduction of boron during the growth process. Our objective was to produce samples with good electrical properties for field induced emission of electrons (FEE) to the vacuum. Characterization of the samples by electron microscopy, Raman micro-spectroscopy, and Field Emission measurements are presented and discussed. Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Neste trabalho foram sintetizadas amostras puras da hexaferrita de estrôncio (SrFe12O19), em três diferentes temperaturas de calcinação, 1000°C, 1100°C, 1200°C. E também amostras onde íons de Ferro foram substituídos por íons de Cobalto em quatro diferentes proporções a 1200 °C, seguindo o balanceamento SrFe12-xCoxO19 onde x=0,1, x=0,3, x=0,5 e x=2,0, por meio do método de reação do estado sólido, essas amostras foram caracterizadas por difração de raios-X e histerese magnética, os resultados dos difratogramas sugerem que a fase desejada (SrFe12O19) ficou evidente, em todas as amostras, porém nas amostras substituídas x=0,3 e x =2,0 se observou a fase de hematita (Fe2O3). Na análise de histerese ficou evidenciado que o campo coercitivo e a magnetização de saturação não sofreram mudanças significativas nas amostras puras com aumento da temperatura, no entanto para as amostras dopadas notou-se uma diminuição gradativa do campo coercitivo e da magnetização de saturação. In this work, pure samples of strontium hexaferrite (SrFe12O19), were synthesized at three different calcination temperatures of 1000°C, 1100°C, 1200°C. And also samples where Fe ions were replaced by Cobalt ions in four different Quantities, following the balancing SrFe12-xCoxO19 where x = 0.1, x= 0.3, x = 0.5 and x = 2.0 a °C, through the solid state reaction method. These samples were characterized by X-ray diffraction and magnetic hysteresis, the results of the diffractograms showed that the desired phase (SrFe12O19) was evident, in all samples, but in the substituted samples x = 0.3 and x = 2.0, the phase of Hematite (Fe2O3). In the hysteresis analysis it was evidenced that the coercive field and the saturation magnetization did not undergo significant changes in the pure samples with increased temperature, however for the dosed samples there was a gradual decrease in the field Coercive and saturation magnetization.

O ZnO na fase wurtzita dopado com metal de transição (MT), como um semicondutor magnético diluído, tem grande potencial em aplicações na spintrônica. Há evidências, de vários estudos, de que as propriedades magnéticas do sistema Zn1-xMTxO estão intimamente relacionadas com a presença do dopante na rede, defeitos estruturais e presença de vacância (oxigênio ou zinco). Geralmente, os defeitos estruturais e a presença de vacância são atribuídos à substituição do átomo de Zn pelo MT e ao processo de preparação da amostra. No entanto, o ferromagnetismo à temperatura ambiente nessas amostras ainda é controverso. Ainda há muita pesquisa sobre o assunto. Estudar as propriedades magnéticas desses sistemas requer amostras com caracterização estrutural detalhada. Em resumo, o controle da composição, morfologia, qualidade cristalina e tamanho de partícula é muito importante para obter as amostras. O método Pechini é uma rota química de síntese amplamente utilizada para a preparação de óxidos. O método é conhecido por vantagens tais como mistura dos reagentes ao nível molecular, homogeneidade na distribuição iónica, amostras obtidas a baixa temperatura, baixo custo, controle do tamanho das partículas e outras características técnicas. Neste contexto utilizamos esta rota química para obter amostras do sistema Zn1-xMTxO (com a concentração variando de 1 a 8 % de Mn). As amostras foram obtidas após tratamento térmico em atmosfera de argônio e ar a temperaturas entre 500 e 1200°C. Os resultados das medidas de difração de raios X (DRX), espalhamento Raman e absorção de raios X (XANES / EXAFS) indicaram amostras, em forma de pó, livres de fases secundárias em concentrações de até 6% de Mn. Medições por microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram utilizadas para analisar o tamanho das partículas e a morfologia dos pós. As porcentagens dos constituintes atômicos do material (composição química das amostras) foram determinadas por medidas de espectroscopia de energia dispersiva por raios X (EDS). Wurtzite-type ZnO doped with transition metal (MT), as a diluted magnetic semiconductor, has great potential in applications in the spintronic. Evidence has been gathering from several studies that the magnetic properties in Zn1-xMTxO system are closed related to the presence of the dopant in the lattice, structural defects and presence of vacancy (oxygen or zinc). Generally, structural defects and presence of vacancy are attributed to the substitution of the Zn atom by MT and to the sample preparation process. However, the room-temperature ferromagnetism in these samples is still controversial. There is still a lot of research on the subject. To study the magnetic properties of these systems are required samples with detailed structural characterization. In summary, the control of the composition, morphology, crystalline quality and particle size is very important to obtain the samples. The Pechini method is a chemistry route of synthesis widely used for the preparation of oxides. The method is known for advantages such as mixtures at the molecular level of the reagents, homogeneity in ion distribution, samples obtained at low temperature, low cost, particle size control and other technical characteristics. In this context we used this chemical route to obtain samples of the Zn1-xMnxO system (with the concentration varying from 1 to 8% Mn). Samples were obtained after heat treatment in argon and air atmosphere at temperatures between 500 and 1200°C. The results of X-ray powder diffraction (XRDD), Raman scattering and X-ray absorption (XANES / EXAFS) measurements indicated samples, in powder form, free from secondary phases at concentrations up to 6% Mn. Scanning electron microscopy (SEM) measurements were used to analyze particle size and morphology of the powders. The percentages of the atomic constituents of the material (chemical composition of the samples) were determined by Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) measurements.

O óxido de zinco (ZnO) é um material altamente atrativo devido as suas propriedades eletrônicas e fotocatalíticas. É um semicondutor versátil com band gap de 3,4 eV, o qual pode ser aplicado nas atividades fotovoltaicas, fotocatalíticas, entre outros, além de servir como substrato para o crescimento de outros semicondutores. Dessa forma, o óxido de zinco apresentou muitas aplicações como detector UV, varistor, fotocatálise e sensores de gás. Quando dopados com metais de transição como Ni, Mn e Co, este material exibe ordenamento ferromagnético à temperatura ambiente. No presente trabalho, foram sintetizadas as composições nanoestruturadas ZnO:Cu e ZnO:Co, em diferentes teores de dopagem, pelo método baseado em precursor polimérico modificado cujo polímero é hidrossolúvel. Este processo permite a síntese de nanopartículas em tempo reduzido de cerca de seis horas, quando comparado aos métodos baseados em precursores poliméricos convencionais como Pechini e sol-gel, além de dispensar a necessidade da etapa de envelhecimento. Os pós sintetizados foram caracterizados quanto à composição química (fluorescência de raios X (FRX)), quanto as fases presentes (difratometria de raios X (DRX)) e morfologicamente (microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET)). Eles apresentaram particulado aglomerado (MEV) comum a esse método. Os difratogramas mostraram alta cristalinidade dos pós e, após refinamento de Rietveld (pelo programa GSAS II), os tamanhos de cristalitos inferidos pela equação de Scherrer, foram inferiores a 50 nm. Estes tamanhos reduzidos de particulado primário foram comprovados por MET, com morfologia semelhante a nanoflores (nanoflowers). Constatou-se que a concentração de dopante, bem como a temperatura afetam o tamanho médio de cristalito e os parâmetros de célula unitária, mas não àcristalinidade do material (em temperaturas elevadas de tratamento térmico). O comportamento elétrico dos óxidos de zinco dopados com Co e Cu foram estudados, onde apresentaram alta resistividade elétrica em 1050 ºC (sinterização) em altas concentrações de dopante, em maiores temperaturas de sinterização a condutividade é acrescida, porém o material ainda possui comportamento semicondutor, sendo condutivo em elevados campo elétrico. Zinc oxide (ZnO) is a highly attractive material due to its electronic and photocatalytic properties. It is a versatile semiconductor with a band gap of 3.4 eV, which can be applied in photovoltaic activities, photocatalytic, among others, besides serving as substrate for the growth of other semiconductors. In this way, zinc oxide has many applications such as UV detector, varistor, photocatalysis and gas sensors. When doped with transition metals such as Ni, Mn and Co, this material exhibits ferromagnetic arrangement at room temperature. In the present work, the nanostructured compositions ZnO: Cu and ZnO: Co were synthesized at different doping levels by the modified polymer precursor based method whose polymer is water soluble. This process allows the synthesis of nanoparticles in reduced time of about six hours when compared to methods based on conventional polymeric precursors such as Pechini and sol-gel, besides dispensing with the need of the aging step. The synthesized powders were characterized in terms of chemical composition (X-ray fluorescence (FRX)) and the present phases (X-ray diffraction (XRD)) and morphologically (scanning electron microscopy (SEM) and transmission (TEM)). They presented agglomerated particulate (SEM) common to this method. The diffractograms showed high crystallinity of the powders and, following Rietveld's refinement (by the GSAS II program), the sizes of crystallites inferred by the Scherrer equation were lower than 50 nm. These reduced sizes of primary particulate were proved by MET, with nanoflowers (nanoflowers) morphology. It was found that the dopant concentration as well as the temperature affect the mean crystallite size and unit cell parameters, but not the crystallinity of the material (at high heat treatment temperatures). The electrical behavior of zinc oxides doped with Co and Cu were studied, where they showed high electrical resistivity at 1050 ºC (sintering) at high dopant concentrations, at higher sintering temperatures the conductivity is increased, however the material still has semiconductor behavior, being conductive in high electric field. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Doutoramento em Física Esta tese apresenta um estudo experimental de sistemas de spins fornecidos por dopantes electrónicos e por defeitos capturadores de carga em nanocristais (NCs) semiconductores, por meio de técnicas de ressonância magnética. Aqui, investigámos problemas que têm efeitos limitadores de performance nas propriedades de NCs semiconductores para o seu uso em aplicações tecnológicas. Nomeadamente, estudámos a dopagem electrónica de NCs semiconductores. A dopagem é crítica para controlar o comportamento de semiconductores, que de outra forma seriam isoladores. Investigámos também defeitos capturadores de carga, que podem ter um impacto negativo na conductividade de NCs semiconductores ao capturar portadores de carga em estados electrónicos deslocalizados de NCs. Para além disso, abordámos a origem da anisotropia magnética em NCs de materiais diamagnéticos. Nesta tese, reportamos investigações usando medidas de ressonância paramagnética electrónica (RPE) quantitativa, dizendo respeito à eficiência de dopagem electrónica de Si NCs com átomos de P e à sua dependência com o ambiente envolvendo os NCs. Das medidas de RPE quantitativas, estimamos eficiências de dopagem nos NCs que são consistentes com a incorporação da maioria dos dopantes P como dadores substitucionais nos NCs. Observamos também que a eficiência de dopagem dos NCs varia em várias ordens de grandeza dependendo do ambiente envolvendo os NCs, devido a uma forte compensação dos dadores por moléculas absorbidas na superfície dos NCs. Usando espectroscopia RPE dependente da temperatura, mostramos também que a energia de ionização dos dopantes P em Si NCs aumenta relativamente ao seu correspondente cristal macroscópico devido a confinamento. Usamos espectroscopia RPE dependente da temperatura para estudar a interacção entre múltiplos dopantes incorporados num único Si NC e o seu impacto na estrutura electrónica destes NCs. Monitorizámos experimentalmente a interacção de troca em pares de dadores P (dímeros de dadores) em Si NCs através de um desvio da ressonância magnética do seu estado tripleto em relação ao paramagnetismo de Curie. Mostrámos que a interacção de troca entre dadores próximos entre si pode ser bem descrita pela teoria de massa efectiva, permitindo o cálculo de muitas configurações de dopantes e permitindo a consideração de efeitos estatísticos cruciais em conjuntos de nanocristais. Descobrimos que dímeros de dadores induzem estados discretos num NC, e que a sua separação energética difere em até três ordens de grandeza para dímeros colocados aleatoriamente num conjunto de NCs devido a uma enorme dependência da energia de troca na configuração do dímero. Investigámos também sistemas de spins induzidos por defeitos capturadores de carga e como estes defeitos podem afectar a dopagem de NCs. Identificamos a presença de dois estados de carga de um defeito em NCs de CdSe usando espectroscopia RPE combinada com a afinação electrónica de NCs através de dopagem com Ag induzida quimicamente. A partir de de RPE foto-induzido, mostramos que estes defeitos têm um papel central na fixação do nível de Fermi em conjuntos de NCs. Através da análise da dependência do sinal de RPE dos defeitos com a concentração de dopantes de Ag, mostramos também que os defeitos actuam como capturadores efectivos de electrões nos NCs. Do RPE dependente da temperatura, estimamos um limite inferior para a energia de ionização dos defeitos estudados. Com base nas características do espectro RPE dos defeitos observados, propomos que está associado a lacunas de Se com o estado paramagnético sendo o estado positivo do defeito. Para além disso, mostramos que as interacções magnéticas entre spins associados a defeitos nos NCs podem induzir efeitos de anisotropia magnética em conjuntos de NCs que não são esperados acontecer no cristal macroscópico correspondente. Usando espectroscopia de ressonância ferromagnética (RFM) com dependência angular, medimos a anisotropia magnética em conjuntos de aleatórios de NCs de CdSe através da gravação do espectro de ressonância magnética para várias orientações do campo magnético externo. As dependências angulares do campo ressonante são diferente para conjuntos aparentemente similares de NCs de CdSe. Mostramos que a forma e amplitude da variação angular do RFM pode ser bem descrita po um modelo simples que toma em consideração as interacções dipolo-dipolo entre dipolos localizados na superfície dos NCs. Os dipolos na superfície podem originar de ligações pendentes em sítios da superfície que não estão passivados por ligantes. Dos nossos cálculos, descobrimos que para diferentes conjuntos aleatórios de NCs a força da anisotropia magnética induzida por interacções dipolo-dipolo pode tomar valores abrangendo quatro ordens de grandeza, dependendo do arranjo específico dos NCs no conjunto e da distribuição específica dos dipolos na superfície de cada NC. Esta enorme variabilidade pode justificar a disparidade de anisotropias magnéticas observada nas nossas experiências. This thesis presents an experimental study of systems of spins provided by electronic dopants and by charge trapping defects in semiconductor NCs, by means of magnetic resonance spectroscopy techniques. Here, we have investigated issues that have performance-limiting effects on the properties of semiconductor NCs for their use in technological applications. Namely, we have studied the electronic doping of semiconductor NCs. Doping is critical to control the behavior of semiconductors, which would otherwise be electrically insulating. We have further investigated charge trapping defects in semiconductor NCs, which can have a negative impact on the conductivity of semiconductor NCs by capturing charge carriers from delocalized electronic states of the NCs. Moreover, we addressed the origin of magnetic anisotropy in NCs of diamagnetic materials. In this thesis, we report investigations using quantitative electron paramagnetic resonance (EPR) measurements concerning the efficiency of electronic doping of Si NCs with P atoms and its dependence on the environment surrounding the NCs. From quantitative EPR measurements, we estimate doping efficiencies in the NCs that are consistent with the incorporation of most P dopants as substitutional donors in the NCs. We further observe that the doping efficiency of the NCs varies by several orders of magnitude depending on the NCs surrounding environment due to a strong compensation of donors by molecules adsorbed to the NCs surface. Using temperature-dependent EPR spectroscopy, we further show that the ionization energy of P dopants in Si NCs increases with respect to their bulk counterpart due to confinement. We use temperature-dependent EPR spectroscopy to study the interaction between multiple P dopants incorporated in a single Si NC and its impact on the electronic structure of these NCs. We experimentally probe the exchange interaction in pairs of P donors (donor dimers) in Si NCs via a deviation of their triplet-state magnetic resonance from Curie paramagnetism. We showed that the exchange coupling of closely spaced donors can be well described by effective mass theory, enabling the calculation of many dopant configurations and allowing the consideration of statistical effects crucial in NC ensembles. We find that donor dimers induce discrete states in a NC, and that their energy splitting differs by up to three orders of magnitude for randomly placed dimers in a NC ensemble due to an enormous dependence of the exchange energy on the dimer configuration. We also investigate systems of spins induced by charge trapping defects and how these defects can affect the doping of NCs. We identify the presence of two charge states of a defect in CdSe NCs using EPR spectroscopy, combined with electronic tuning of NCs via chemically induced Ag doping. From light-induced EPR, we show that these defects have a central role on Fermi level pinning of NC ensembles. By analyzing the dependence of the EPR signal of the defects on the concentration of Ag dopants, we further demonstrate that the defects act as effective electron traps in the NCs. From temperaturedependent EPR, we estimate a lower limit for the ionization energy of the studied defects. Based on the characteristics of the EPR spectrum of the observed defect, we propose that it is associated to Se vacancies with the paramagnetic state being the positively charged state of the defect. Moreover, we show that magnetic interactions between spins associated to defects in NCs can induce magnetic anisotropy effects in NCs ensembles that are not expected to occur in their bulk counterpart. Using angulardependent ferromagnetic resonance (FMR) spectroscopy, we measure the magnetic anisotropy in different random ensembles of CdSe NCs by recording magnetic resonance spectra for various orientations of the external magnetic field. The observed angular dependencies of resonant field are different for apparently similar CdSe NC ensembles. We show that the shape and amplitude of the FMR angular variation can be well described by a simple model that considers magnetic dipole-dipole interactions between dipoles located at the NCs surface. The surface dipoles may originate from dangling bonds on surface sites that are not passivated by ligands. From our calculations, we find that for different random ensembles of NCs the strength of the magnetic anisotropy induced by dipole-dipole interactions may take values spanning four orders of magnitude, depending on the specific arrangement of the NCs in the ensemble and the specific distribution of the surface dipoles in each NC. This huge variability may justify the disparity of magnetic anisotropies observed in our experiments.

Doutoramento em Física Submitted by Cristina Santos (cmaria@ua.pt) on 2017-10-25T10:15:30Z No. of bitstreams: 1 tese-final.pdf: 73661767 bytes, checksum: 466ac8533a37cc9f68bb80000076dbdd (MD5) Made available in DSpace on 2017-10-25T10:15:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese-final.pdf: 73661767 bytes, checksum: 466ac8533a37cc9f68bb80000076dbdd (MD5) Previous issue date: 2016-07-27

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-04-28. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:24:12Z : No. of bitstreams: 1 000837239_20170416.pdf: 262560 bytes, checksum: 6476f5472ef2371c3bea94f4eaaa5262 (MD5) Bitstreams deleted on 2017-04-17T13:37:14Z: 000837239_20170416.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2017-04-17T13:38:03Z : No. of bitstreams: 1 000837239.pdf: 5726059 bytes, checksum: ebad9f215e1f252f7f81b01cde8dfac8 (MD5) Zinc oxide (ZnO) nanoparticles were prepared by a sol-gel method, adapted from a synthesis route already well established. The kinetics of the ZnO synthesis was monitored by in situ UV-visible absorbance spectroscopy, pH measurements and small angle X-ray scattering (SAXS). Results allowed proposing a new mechanism of ZnO formation and growth. The second step of this work was to establish a new route of synthesis to obtain copper doped ZnO from two different sources: copper (II) acetate and copper (II) nitrate, at predetermined Zn/Cu ratio (0,1%; 0,25%, 0,5%; 0,75% e 1,0%). These syntheses were also monitored by UV-visible and SAXS spectroscopy. The powders prepared from colloidal suspensions precipitation were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM-EDS). Results show that the synthesis method is suitable for obtaining copper doped ZnO nanoparticles. The wurtzite crystalline structure, characteristic from bulk ZnO, was kept in doped samples. In fact, both the acetate and the nitrate anions inhibit the particles formation and growth, but induce to distinct growth mechanisms: reaction limited cluster-cluster aggregation (RLCA) and diffusion limited cluster-cluster aggregation (DLCA), respectively. Otherwise, the final size of doped particles was kept irrespective of the doping nature and quantity. Qualitative tests of samples response to visible irradiation show photochromic effects, which intensity and time of duration are influenced by the amount of dopant in the sample.

This work reports the study of semiconductor nanocrystals, also known as quantum dots, focusing specifically on zinc sulfide (ZnS). Two different capping agents were used (glutathione and N-acetyl-L-cysteine) for the preparation of ZnS nanocrystals via aqueous route. The study aimed specifically at evaluating the efficacy of the capping agents in the stabilization of semiconductor nanocrystal suspensions towards coalescence as well as in controlling nanocrystal size and optical properties. In addition the effect of doping the ZnS nanocrystals with transition metal ions (Cu2+ and Co2+) on the photoluminescence properties has also been studied. Finally the possibility of energy transfer between the semiconductor nanocrystals and the safranine dye was also evaluated. Spherical-shaped glutathione and N-acetyl-L-cysteine-capped ZnS nanocrystal were obtained with diameters below 5 nm free from coalescence, showing that both iv capping agents were efficient as stabilizers. Both capping agents lead to the formation of ZnS nancrystals with blue fluorescence, typical of the involvement of surface defect states of ZnS. However, samples prepared with glutathione exhibited higher fluorescence intensities than those obtained with N-acetyl-L-cysteine. Upon doping glutathione-capped ZnS nanocrystals with both copper and cobalt the fluorescence intensities decreased gradually following the increase in nominal concentration of dopants, suggesting that cobalt ions played a similar role as copper. Considering both the effect on the intensities and the absence of d-d metal transitions this study suggests that doping reduced the concentration of cation vacancies as well as the involvement of at least one cobalt state in the transition processes. Changes in emission wavelength with different dopant concentrations were not observed probably owing to lack of influence on the nanocrystal size. Finally the preliminary study of fluorescence quenching of semiconductor nanocrystals by safranine dye indicated that significantly low concentrations were able to quench the emissions. Different components of the emission band were distinctly affected. Data analysis by Stern-Volmer plots suggested the occurrence of more than one transfer processes (energy and/or electron transfer). This study will be refined in future works. No presente trabalho foram estudados nanocristais semicondutores, tambem conhecidos como pontos quanticos ou quantum dots, selecionando-se especificamente o sulfeto de zinco (ZnS). Foram utilizados ois diferentes agentes estabilizantes (glutationa e N-acetil-L-cisteina) na obtencao de nanocristais de ZnS por via aquosa. Buscou-se avaliar, especificamente, a eficiencia dos agentes tiois na estabilizacao das suspensoes de nanocristais frente a agregacao, no controle e distribuicao de tamanhos das particulas, bem como nas propriedades opticas. Estudou-se, alem disto, o efeito da dopagem com ions de metais de transicao (Cu2+ e Co2+) nas propriedades de fluorescencia. Por fim, foi avaliada a possibilidade de transferencia de energia entre os nanocristais semicondutores dopados e o corante safranina. Os nanocristais semicondutores de ZnS estabilizados por glutationa e por N-acetil-L-cisteina foram obtidos com tamanhos abaixo de 5 nm, formas aproximadamente esfericas e livres de agregacao, evidenciando que ambos agentes ii estabilizantes foram eficientes. Ambos agentes estabilizantes levaram a formacao de nanocristais com emissoes na regiao do azul, caracteristicas do envolvimento de estados de defeito de superficie do ZnS. No entanto, as amostras preparadas com glutationa apresentaram maiores intensidades de fluorescencia, quando comparadas com aquelas preparadas com N-acetil-L-cisteina. A dopagem dos nanocristais semicondutores ZnS/Glu com ions cobre e cobalto teve um efeito de diminuir as intensidades de fluorescencia dependente da concentracao nominal dos dopantes em ambos os casos, sugerindo que o cobalto atua de modo analogo ao cobre. Considerando-se tanto o efeito sobre as intensidades de emissao do ZnS quanto a ausencia de transicoes d-d do metal, o estudo sugeriu que a dopagem reduz a concentracao de vacancias de cations, bem como o envolvimento de pelo menos um dos estados eletronicos do cobalto nos processos de transicao. Nao se observou variacoes nos comprimentos de onda para diferentes concentracoes dos dopantes, provavelmente pela ausencia de interferencia no tamanho dos nanocristais semicondutores formados. Por fim, o estudo preliminar da supressao de fluorescencia dos nanocristais semicondutores pelo efeito de diferentes concentracoes do corante safranina mostrou que concentracoes significativamente baixas do corante foram suficientes para diminuir a intensidade de fluorescencia. Diferentes componentes das bandas de emissao dos nanocristais semicondutores foram influenciados de modo distinto. A analise dos dados pelos graficos de Stern-Volmer sugeriu a ocorrencia de mais de um processo de transferencia (energia e/ou eletrons). Este estudo sera aprofundado nos trabalhos futuros.

Magnetic semiconductors have attracted the attention of scientists in recent years due, mainly, to technological applications in the field of spintronics. These semiconductors can be developed by a process called doping, where some atoms of the semiconductor matrix are randomly replaced by magnetic atoms. This property enables the fabrication of a manifold of electronic devices from the same semiconductor material. In this work the technique of high energy mechanical milling was applied to synthesize TiO_2, SnO2 and In2O3 doped with Fe2O3. The samples were structurally characterized by x-ray diffraction and Mössbauer spectroscopy. The synthesis was performed using three types of milling tools which influenced the outcome of the reactions. Compounds with formulas Sn(1-x)Fe(x)O2, Ti(1-x)Fe(x)O2 and {In(1-x)Fe(x)2}O3 were formed, with values of magnetic dopant concentration x of 2, 5 and 10% in atoms. Samples of Fe2O3-doped TiO2 were processed using a jar of polyacetal and zirconia spheres. However, the energy produced by these tools was not sufficient to complete the formation of the compound. Samples of TiO2 doped with Fe2O3 were successfully produced using stainless steel jar and spheres. The final compound was find to be contaminated with metallic iron impurities from the tools used. Furthermore, these impurities contributed to the formation of another phase, ilmenite (FeTiO3). To achieve purity, the samples were HCl washed for removal of metallic iron, but the phase related to ilmenite was not eliminated. Moreover, samples of Fe2O3-doped TiO2, SnO2, and In2O3 were synthesized using an alumina jar and zirconia spheres. These simples showed no undesirable impurities and no formation of other phases. While compounds based on TiO2 and SnO2 maintained their original crystalline structures, the compound {In(1-x)Fe(x)2O3} underwent a change in crystal phase, from its original cubic structure to a hexagonal corundum structure type. Results obtained from X-ray diffraction and Mössbauer spectroscopy showed that with increasing milling time Fe^{3+} enters in the semiconductor matrices substituting Ti^{4+}, Sn^{4+} or In^{3+} in octahedral sites. It was also observed the formation of oxygen deficient sites in the final compounds that may be attributed to long milling times or to stoichiometric imbalance between the precursor compounds used in the milling processes. Os semicondutores magnéticos atraíram a atenção de muitos cientistas nos últimos anos devido, principalmente, a aplicações tecnológicas no ramo da spintrônica. Esses semicondutores podem ser desenvolvidos por meio de um processo chamado dopagem, onde alguns átomos da matriz semicondutora são substituídos aleatoriamente por átomos magnéticos. Esta propriedade possibilita a fabricação de uma variedade de dispositivos eletrônicos a partir do mesmo material semicondutor. Neste trabalho utilizou-se a técnica de moagem mecânica de altas energias para realizar a dopagem dos óxidos TiO2, SnO2 e In2O3 com Fe2O3, que foram caracterizados estruturalmente por difração de raios-x e espectroscopia Mössbauer. A síntese foi realizada em três tipos de ferramentas de moagem que influenciaram no desenvolvimento da reação. Foram formados compostos com fórmulas Sn(1-x)Fe(x)O2, Ti(1-x)Fe(x)O2 e {(In(1-x)Fe(x)}2O3, com valores de concentração do dopante magnético x de 2, 5 e 10% em átomos. Utilizando jarra de poliacetal e esferas de zircônia foram sintetizadas amostras de TiO2 dopadas com Fe2O3. No entanto, a energia produzida por estas ferramentas não foi suficiente para completar a formação do composto. Com uma jarra e esferas de aço inox foram produzidas amostras de TiO2 dopadas com Fe2O3, que por sua vez foram contaminadas com impurezas de ferro metálico proveniente das ferramentas utilizadas. Além disso, essas impurezas contribuíram para a formação de outra fase, a ilmenita (FeTiO3). Para alcançar um grau de pureza, essas amostras foram submetidas à lavagem com solução de HCl para a retirada do ferro metálico, porém a fase referente a ilmenita não foi eliminada. Compostos formados por TiO2, SnO2 e In2O3 dopados com Fe2O3 foram sintetizados em uma jarra de alumina com esferas de zircônia. Estas amostras não apresentaram impurezas indesejáveis e não houve formação de outras fase. Enquanto os compostos baseados em TiO2 e SnO2 mantiveram suas estruturas cristalinas originais, o composto {In(1-x)Fe(x)}2O3 sofreu uma mudança de fase cristalina, da estrutura cúbica original do In2O3 para hexagonal do tipo corundum. Resultados obtidos das medidas de espectroscopia Mössbauer e difração de raios-x mostraram que, com o aumento do tempo de moagem, o Fe^{3+} entra na matriz dos compostos semicondutores substituindo o Ti^{4+}, Sn^{4+} ou In^{3+} em sítios octaédricos. Foi observado também a formação de um sítio com deficiência de oxigênio nos compostos finais que pode ser atribuído ao processo e longos tempos de moagem ou ainda ao desbalanço estequiométrico dos compostos precursores usados na moagem.

Foram determinados os parâmetros de crescimento hidrotérmico do quartzo azul na presença de diferentes dopantes de cobalto. Oito amostras foram crescidas em temperaturas de 340 e 335°C, com gradientes de 15 e 20°C. As amostras foram analisadas por ICP-AES, difratometria de raios X, espectroscopias UV-Vis e FTIR e ressonância paramagnética eletrônica. Foram também submetidas à irradiação γ e posterior tratamentos térmicos. As análises ICP-AES mostraram concentrações de cobalto nos cristais variando entre 9,90 e 129,1ppm Co. As amostras eram cristalinas, sem a presença de outras fases. A espectroscopia UV-Vis mostrou o tripleto característico do Co2+ em sítios tetraédricos. Observou-se também que uma temperatura de crescimento menor do que 340°C facilita a incorporação do cobalto na rede cristalina do quartzo. Os resultados de EPR não mostraram a presença de cobalto paramagnético nas amostras. Concluiu-se que o Co2+ no quartzo azul provavelmente forma colóides ou nanoinclusões, talvez do tipo óxido/hidróxido ou de (Si-Co-OH) que se acoplam antiferromagneticamente e de que as partículas devem ser muito menores que o comprimento de onda no intervalo espectral visível, pois nenhum efeito de espalhamento nas partículas foi observado. The hydrothermal growth parameters of blue quartz were determined in presence of different cobalt dopants. Eight samples were grown in 335 and 340°C, with temperature gradients of 15 and 20°C. The samples were analyzed by ICP-AES, X-ray diffractometry, UV-Vis and FTIR spectroscopies and EPR. The samples were also submitted to γ radiation and subsequent heat treatments. ICP-AES analysis shown cobalt concentrations in crystals varying between 9,90 and 129,1ppm Co. The samples were crystalline without the presence of any amorphous phases. UV-Vis experiments showed split-triplet bands that are typical of Co2+ ions in tetrahedral sites. It was observed that a growth temperature below 340°C facilitates the incorporation of cobalt ions into the quartz lattice. No EPR spectra for Co2+ were observed. It was concluded that in the Co2+ in blue quartz probably forms nanoparticles or colloids in form of oxides or hydroxides with antiferromagnetic coupling and that the particles must be much smaller than wavelengths in the visible, because scattering effects on particles were not observed.

The tin dioxide (SnO2) as thin film can be produce with high transparency to visible light and good electrical conductivity. The SnO2 thin films have many technological applications in industry, mainly in electronic devices that use preview display, such as devices in research laboratories. One of the most promising applications is its use as a transparent conductive oxide in photovoltaic solar cells. Due to its transparency in the visible spectrum and low resistivity, the films of tin dioxide are used as a constituent component of photovoltaic solar cells. The present work aims to use a heat furnace, which uses combustion in porous media technology for the production of thin films of tin dioxide (SnO2) on glass substrates, using the technique of spray pyrolysis. The furnace used has a chamber where the films of SnO2 are sintered and a pre-chamber, where the precursor solution is applied films on glass substrates. Spray gun was adapted to furnace and coupled to the antechamber for the spraying of the solution of tin on glass substrates. The technique of doping thin films of Fluoride was used in order to reduce the resistance to electrical current. The thin films of SnO2 was characterized by their optical transmittance spectrum and electrical resistance. The structure of films of tin oxide was study by x-ray diffraction and atomic force microscopy. O dióxido de estanho (SnO2) em forma de filme fino pode ser produzido com grande transparência à luz visível e boa condutividade elétrica. Os filmes finos de SnO2 possuem muitas aplicações tecnológicas na indústria, principalmente em aparelhos eletrônicos que utilizam display de visualização, como em dispositivos em laboratórios de pesquisa. Uma das aplicações mais promissoras é a sua utilização como óxido condutor transparente em células solares fotovoltaicas. Devido as suas características de transparência ótica no espectro visível e baixa resistividade, os filmes finos de dióxidos de estanho são empregados como componente constituinte de células solares fotovoltaicas. A proposta deste trabalho é a utilização de um forno, que utiliza a tecnologia de Combustão em Meios Porosos para fabricação de filmes finos de dióxido de estanho sobre substratos de vidro, utilizando a técnica de spray pirólise. O forno utilizado nesse projeto possui uma câmara, onde os filmes de SnO2 são sinterizados, e uma antecâmara, onde a solução precursora dos filmes é aplicada sobre substratos de vidro. Uma pistola spray foi adaptada ao forno, acoplada a antecâmara, para a aspersão da solução de estanho sobre substratos de vidro. Foi utilizada a técnica de dopagem dos filmes finos com flúor com o intuito de reduzir a resistência à corrente elétrica. Os filmes finos de SnO2 foram caracterizados em relação a transmitância ótica ao espectro visível e em relação a resistência elétrica. Também foram realizadas medidas de difração de raios-X e microscopia de força atômica para a revelação e estudo da estrutura dos filmes de óxido de estanho.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-07-23Bitstream added on 2014-06-13T19:32:46Z : No. of bitstreams: 1 silveira_jb_me_ilha.pdf: 1625672 bytes, checksum: 5fb649c1f1320fe8b2df5942ab03558b (MD5) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O presente trabalho visou a produção e o estudo das propriedades físicas de amostras de resina epóxi transparente dopadas com diferentes concentrações de nanocristais de sulfeto de cádmio (CdS). As técnicas de difração de raios-X, espectroscopia no infravermelho, espectroscopia Raman e calorimetria diferencial de varredura (DSC) foram utilizadas para estudar as propriedades estruturais. Espectroscopias de refletância e de transmitância foram utilizadas para obter a dispersão do índice de refração e do coeficiente de extinção na região do UV-Vis para amostras dopadas com diferentes concentrações de CdS. A técnica do ângulo de Brewster foi também utilizada para determinar o índice de refração das diferentes amostras. Os valores dos índices de refração obtidos através das medidas de refletância e de transmitância na região do UV-Vis e da técnica do ângulo de Brewster foram comparados e os resultados mostraram que a técnica do ângulo de Brewster além de apresentar valores que conferem com a literatura apresentou valores com alta precisão. Foram realizadas medidas de birrefringência opticamente. Foram obtidos resultados da birrefringência fotoinduzida por um fóton para diferentes concentrações de CdS por amostra e para diferentes intensidades da luz de excitação. Os resultados foram quantificados utilizando alguns dos principais modelos teóricos, onde foi observado que a resina epóxi pura apresenta birrefringência fotoinduzida e a adição do CdS contribui para o aumento da birrefringência. The present work sought production and study of the physical properties of samples of transparent epoxy resin doped with different concentrations of structures of cadmium sulfide (CdS) nanocrystals. X-ray diffraction, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy e differential scanning calorimetry techniques were used to study their structural properties. Reflectance and transmittance spectroscopy were used to obtain of the refraction index and of the extinction coefficients dispersion in the UVVis region for doped samples with different concentrations of CdS. The Brewster angle technique also was used to determine the refraction index of the different samples. The refraction index values obtained using the reflectance and transmittance measurement in the UV-Vis region and Brewster angle technique were compared and the results showed that the Brewster angle technique besides presents values that check with the literature, presented values with high precision. Measurements of optically induced birefringence were accomplished. Were obtained results of the photo induced birefringence by a photon for different concentrations of CdS for sample and for different intensities of the excitement light. The results were quantified using some of the principal theoretical models, where was observed that the pure epoxy resin presents photo induced birefringence and the addition of the CdS contributes to the increase of the birefringence.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:41:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 YONIS FORNAZIER.pdf: 1754938 bytes, checksum: eef808a207acd562bf62d6a7481cfe47 (MD5) Previous issue date: 2009-06-10 In present work, the synthesis and characterization of polyaniline has been done. The Polyaniline was prepared using aniline and (NH4)2S2O8 in acid medium at 0°C. A polymer solid was obtained yield was equal 60.4% and with molecular weight of 246.13 kg/mol, determined by the technique of viscosity. The synthesized polymer was added salts of Fe (II) and Fe (III), to study the changes in their structural properties, thermals and the conductivity. The samples were studied by techniques of elemental analysis, infrared spectroscopy (FTIR) in the Ultraviolet-Visible (UV-VIS) and Mössbauer, X-ray diffraction, SEM, EDS, Thermal Analysis (TG and DSC), and measures to of solutions of polyaniline conductivity and resistivity under pressure of solid polymer samples. The experimental results using these techniques showed that the ions Fe (II) interact with the benzenoids nitrogen supported by data from Mössbauer and resistivity, and thus can be suggested is that the formation of a complex Pani-Fe (II). Furthermore, the ions Fe (III) added to Polyaniline showed no significant interaction with the polymer chain. Therefore, it was observed that it is possible the interaction of ions Fe (II) and Fe (III) with polyaniline as esmeraldine salt, and kept its conductive properties. ix Neste trabalho foi feita a síntese e caracterização da polianilina na forma de sal esmeraldina (Pani-ES), utilizando-se anilina e (NH4)2S2O8 em meio ácido à temperatura de 0°C. Obteve-se um polímero sólido, com um rendimento de 60,4% e com massa molecular de 246,13 kg/mol, determinada pela técnica de viscosimetria. Ao polímero sintetizado foram adicionados sais de Fe(II) e Fe(III) para estudar as mudanças nas suas propriedades estruturais, térmicas e de condutividade. As amostras foram estudadas pelas técnicas de análise elementar, espectroscopia no Infravermelho (FTIR), no Ultravioleta-Visível (UV-VIS) e Mössbauer, Difração de Raios-X, MEV, EDS, Análise Térmica (TG e DSC), e medidas de condutividade das soluções de polianilina e resistividade por pressão das amostras poliméricas sólidas. Os resultados, obtidos com o uso destas técnicas experimentais mostraram que os íons Fe(II) interagiram com os nitrogênios benzenóides. Os dados de Mössbauer e resistividade comprovaram essas observações, sugerido que ocorre a formação de um complexo Pani-Fe(II). Por outro lado, os íons Fe(III) adicionados a Polianilina não mostraram interação significativa com a cadeia polimérica. Portanto, foi observado que é possível a interação de íons Fe(II) e Fe(III) com a polianilina na forma sal esmeraldina, sendo mantida suas propriedades condutoras. viii

Orientador: Luiz Carlos Barbosa Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Neste trabalho, fazemos a descrição e a análise do método utilizado na fabricação de vidros dopados com quantum dots de PbTe e das técnicas de caracterização que foram usadas para estudar as propriedades destes vidros. Foram preparadas matrizes vítreas borosilicato dopadas com 2% de PbTe, matrizes fosfato e matrizes à base de óxido de telúrio dopadas com 5 e 10% de PbTe respectivamente. A caracterização doi realizada fazendo uso das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (SEM) e de transmissão de alta resolução (HRTEM), análise térmica diferencial (DTA), análise termomecânica (TMA). Espalhamento de raios-x em baixo ângulo (SAXS) e espectroscopia de absorção linear. A aplicação desta técnicas nas matrizes borosilicatos permitiram estabelecer os tratamentos térmicos adequados para o desenvolvimento dos quantum dots semicondutores com estreita distribuição de tamanho, o mecanismo de crescimento e o estudo dos efeitos de confinamento quântico. Os resultados mostraram que aplicando tratamentos térmicos simples na matrizes borosilicato é possível desenvolver quantum dots de PbTe com dispersão de tamanho de até 8%. O crescimento destes nanocristais é governado pelo mecanismo de difusão controlada e a energia de ativação que caracteriza este processo é de 474 kJ/mol para a matriz BSZK e 133 kJ/mol para a matriz BSZPN. A análise das medidas SAXS e de espectroscopia de absorção mostraram que, o modelo da aproximação da massa efetiva não é válido para quantum dots de PbTe e que a física envolvida nos efeitos de confinamento quântico é muito mais complicada do que o modelo simples. O espectro de absorção dos vidros dopados com PbTe mostraram, o típico "blue shift"que caracteriza os efeitos de confinamento quântico e a presença de picos bem resolvidos, indicativo da estreita distribuição de tamanho dos quantum dots. De outro lado, neste estudo mostramos que, controlando o tamanho dos quantum dots, a borda de absorção pode ser deslocada na faixa de 1000 a 2000 nm e portanto, a possibilidade de obter quantum dots com gap óptico na região de 1300 e 1500 nm. Isto sugere que Vidros dopados com quantum dots de PbTe potencialmente possam ser usados para aplicações em comunicação óptica e dispositivos fotônicos Abstract: In this work, we make a description and analysis of the fabrication method's of the PbTe quantum dots (QD) doped glasses and characterization techniques used by study the properties of the glasses. We have prepared glasses doped with 5 and 10 % of PbTe respectively. The characterization was by Scanning Electron Microscopy (SEM), High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM), Differential Thermal Analysis (DTA), Thermal Mechanics Analysis (TMA), Scattering Angle Small X-Ray (SAXS) and Uv-Vis NIR Absorption Spectroscopy. Our Results shown that with simple thermal treatment in borosilicate matrixes is possible developed PbTe quantum dots narrow size distributions and the mean mechanism of growth is controlled by diffusion. In the borosilicate glasses the high size distribution for the quantum dots was 8 % and the activation energy in the BSZK matrix was 474 KJ/mol and 133 KJ/mol in the BSZPN matrix. With the SAXS and absorption spectroscopy measurements, we have shown that the effective mass approximation model's is not valid for PbTe quantum dots and the physics of quantum confinement is more complicate that box model. The absorption spectra of the doped glasses with PbTe shown the blue shift the absorption edges and wells resolved peaks. We shown that controlling the size of quantum dots is possible shifted the absorption edge between 1000 and 2000 nm therefore it is possible tuning the optic gap in the 1300 and 1500 nm region. These properties can be used for application in photonics devices Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientador: Carlos Henrique de Brito Cruz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Apresentamos nesta dissertação um estudo das propriedades ópticas de vidros dopados com pontos quânticos de CdTe. Apresentamos espectros de absorção como função da temperatura e calculamos estes espectros considerando os alargamentos inomogêneo, devido à distribuição de tamanhos dos pontos quânticos, e homogêneo, devido principalmente às interações elétron-fônon. Os resultados mostram que a largura homogênea cresce conforme o tamanho dos pontos quânticos diminui. Obtivemos também distribuições de tamanhos com desvio percentual (dependendo da amostra) de 5,8% ou 6,0% para amostras crescidas por um processo de dois tratamentos térmicos. Nós também apresentamos neste trabalho medidas de fotoluminescência resolvida no tempo em uma escala de nanossegundos para pontos quânticos de CdTe em função da temperatura da amostra (20 K e 120 K). A fotoluminescência foi resolvida espectralmente e observamos dois picos, um dominante com um deslocamento Stokes em relação ao espectro de absorção e um pico menos intenso a mais baixa energia. Medimos os tempos de decaimento para várias energias nestes picos e obtivemos um comportamento exponencial com tempos de decaimento variando de 95 ns a aproximadamente um microssegundo. O pico mais intenso da fotoluminescência apresenta o tempo de decaimento mais rápido e está relacionado com recombinação banda-a-banda. Atribuímos o pico menos intenso da fotoluminescência, com tempos de decaimento mais lentos, a estados de armadilhas Abstract: In this work we present a study of optical properties in CdTe quantum dots in doped glasses. We present absorption spectra as a function of temperature and we calculate these absorption spectra considering the inhomogeneous broadening due to the quantum dot size distribution and the homogeneous broadening, due mainly to electron-phonon interactions. The results show that the homogeneous width increases as the quantum dot size decreases. Also, we obtain size distributions with standard deviation (depending on the sample) of 5.8% or 6.0% for samples grown with a two-step heat-treatment. We also present time resolved photoluminescence measurements in a nanosecond time scale for CdTe quantum dots as a function of sample temperature (20 K and 120 K). We spectrally resolved the photoluminescence and we observe mainly two peaks, a dominant one with Stokes Shift in relation to the absorption spectra and a less intense one at lower energy. We measure the decay with decay times varyuing from 95 ns to about one microsecond. The photoluminescence most intense peak presents the faster decay time and is related to band-to-band recombination. We attribute the photoluminescence less intense peak with slower decay times to trap states Mestrado Física Mestre em Física

Orientador: Carlos Henrique de Brito Cruz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Nesta dissertação serão apresentados os resultados das experiências de espectroscopia diferencial de transmissão resolvida no tempo em amostras de vidros dopados com semicondutor de CdSSe e CdTe. No primeiro tipo de amostras estudamos as mudanças induzidas no espectro de absorção das amostras quando elas são excitadas por um pulso óptico com duração de 60 fs na região acima e abaixo do "gap". No primeiro caso, as alterações do espectro de absorção são causadas por uma não-linearidade relacionada ao efeito de preenchimento de banda e o tempo de resposta é determinado pelo tempo de recombinação dos életrons fotoexcitados. Para a excitação na região de transparência da amostra observmos que o efeito não-linear responsável pelas mudanças é o efeito Stark óptico e a sua resposta é instantânea, isto é, ela dura essencialmente enquanto a excitação está presente. Para a amostra de CdTe, que apresenta efeitos de confinamento quântico sobre os portadores fotoexcitados, observamos a ocorrência da saturação da absorção de uma região do seu espectro de absorção. O efeito correspondente a esse tipo de alteração é conhecido por "hole burning". A dinâmica de relaxação dos portadores fotoexcitados, é inicialmente dominada pela relaxação dos buracos na banda de valência. Esse processo de relaxação ocorre num intervalo de tempo menor do que 100 fs. Posteriormente, a saturação da transição 1S-1S observada se recupera totalmente em menos de 500 fs, possivelmente devido à relaxação dos portadores através de estados de armadilha associados à ligações soltas ("dangling bonds") na interface vidro-semicondutor e/ou defeitos Abstract: In this thesis the results of time resolved differential transmission spectroscopy in CdSSe and CdTe semiconductor-doped glasses are presented. In the first type of sample we have studied the induced changes in their absorption spectrum when they are excited by 60 fs optical pulses in the region below and above the gap. In the first situation, the spectral absorption changes are due to a nonlineaity related to band filling effect and the time response is determined by the photoexcited electron recombination. For excitation in the transparency region of the sample, we have observed that the nonlinear effect responsible for the changes, we have observed that the nonlinear effect responsible for the changes is the optical Stark effect and its time response is instantaneous, that is, it lasts as long as the excitation is present. For the CdTe sample, which exhibit quantum confinement effects on the photoexcited carriers, we have observed the occurrence of hole burning effects on the absorption spectrum. The relaxation dynamics of the photoexcited carriers is initially dominated by hole relaxation in the valence band. This relaxation process occurs within a time interval shorter than 100 fs. Later on, the observed bleaching of the 1S-1S transition recovers totally in less than 500 fs due to relaxation of the carriers through traps states associated to dangling bonds at the glass-semiconductor interface and/or defects Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientador: Eliermes Arraes Meneses Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Neste trabalho desenvolvemos um estudo, por meio das técnicas de fotoluminescência e excitação de luminescência, das propriedades óticas e magneto óticas de poços quânticos com dopagem modulada. Desenvolvemos um cálculo auto-consistente para a obtenção das autofunções e autovalores de energia em poços com dopagem modulada. Estes estudos nos permitiram caracterizar de forma clara que a densidade do gás bidimensional de elétrons, presente em uma das nossas estruturas, sofre uma diminuição quando a amostra é excitada por fótons de energia inferior ao "gap" da barreira de AlxGa1-xAs que confina os portadores. Mostramos também a existência de um centro profundo na liga, a uma energia de 460 meV, medida a partir do fundo da banda de condução, o qual foi associado a um estado gerado por um átomo de Si substitucional no lugar do AI. Este estado foi descrito em termos do modelo de coordenada configuracional para centros profundos. A diminuição na densidade do gás de elétrons por nós observada está relacionada à existência deste nível profundo na liga. De fato, é este centro que permite a absorção de luz no AlxGa1-xAs, mesmo para fotoexcitação com energia abaixo do "gap", processo necessário ao mecanismo que gera a diminuição na densidade de portadores no poço de GaAs Abstract: In this work we investigated the optical and magneto-optical properties of modulation doped quantum wells. This study was performed by the use of photoluminescence and photoluminescence excitation spectroscopy as experimental technics. We developed a self-consistent calculation in order to obtain the eigenfunctions and eigenvalues for electrons and holes in these structures. We have demonstrated that, in one of our samples, the density of the two dimensional electron gas is reduced by a photoexcitation done with an energy bellow de AlxGa1-xAs band gap. We have also shown the existence of a deep center, with an energy 460 meV bellow the alloy conduction band minima, which was associated to a substitutional Si atom in a AI site. We described this state within the framework of the configurational coodinate model for deep centers. The mechanism that causes the diminution of the electron gas density is related to the existence of this deep level in the barrier that confine the electrons. In fact, the generation of electron-hole pairs in the barrier, necessary to cause the diminution of the carrier density in the GaAs well, is done thought this deep center Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientador: Jacobus W. Swart Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Neste trabalho estudamos duas técnicas de dopagem em semicondutores: difusão e implantação iônica. Realizamos difusão de Estanho em Arseneto de Gálio utilizando como fonte de difusão um filme "Spin-on-Glass" (SOG) dopado, através de processamento térmico rápido. O filme SOG serve tanto de fonte como de proteção da superfície do GaAs contra a perda de Arsênio. Obtivemos camadas n+ rasas, com alta concentração de superfície (1-3.1018cm-3) e boa mobilidade (em média 1000cm2 / V.s). Estabelecemos um modelo para a difusão de Estanho dependente da sobre-pressão de vapor de Arsênio baseado nos defeitos pontuais gerados na interface SiO2/GaAs. O uso de sobre-pressão de As reduz as reações entre o SiO2 e o GaAs, produzindo assim menos defeitos pontuais (VGa e GaI, entre outros), resultando em menor coeficiente de difusão e maior energia de ativação. A adição de Gálio no filme SOG tem o mesmo efeito, porém em bem menor intensidade. Realizamos também implantação iônica de Magnésio em GaAs. Foram feitas implantações simples e dupla, co-implantando Fósforo. Estudamos o comportamento do Magnésio durante o recozimento pós-implantação. Para dose de 1.1014cm-2 e energia de 200ke V, obtivemos altas ativações. Os melhores resultados foram obtidos para recozimento a 900°C/5, 10 e 20s e a 950°C/5s. Com o aumento da dose (1.1015cm-2/100keV), a ativação cai. Porém, quando realizamos a dupla-implantação utilizando mesma .dose e energia, a ativação triplicou. Isto demonstrou que o Fósforo está realmente ocupando as vacâncias de Arsênio, aumentando, assim, as vacâncias de Gálio ( que serão ocupadas pelo Mg). Estudamos os diversos mecanismos de difusão do Magnésio, incluindo difusão "uphill". Portanto, tanto no caso da difusão de Estanho, quanto na ativação do Magnésio durante o recozimento, observa-se o efeito de defeitos pontuais tipo VGa e GaI. Isto é esperado pelo fato de ambos os dopantes tenderem a substituir posições de Gálio. Este conhecimento permite a otimização dos processos pelo controle da geração destes defeitos pontuais Abstract: In the dissertation, two doping techniques of semiconductors have been studied: diffusion and ion implantation. Diffusion of Tin into GaAs from a Spin-on-Glass (SOG) layer during rapid thermal processing (RTP) has been performed. The SOG film acts as a diffusion source as well as a protecting cap layer against incongruent As loss. Shallow n+ junctions with high electron surface concentration (1-3.1018cm-3) and good mobility (~ 1000cm2 / V.s ) have been obtained. A diffusion model has been established based on the point defects generated at the SiO2/GaAs interface and its dependency on the presence or not of As over-pressure ambient. An As over-pressure ambient reduces the reactions between SiO2 and GaAs, generating less point defects (VGa e GaI, among others), which results in a lower diffusion coefficient and higher activation energy. The addition of Ga to the SOG film presents the same effect, but much less intense. Ion implantation of Mg into GaAs has been studied. The Mg implantation has been performed in a simple and in a dual process, in this case with the co-implantation of P. The behavior of Mg during annealing after implantation has been analyzed. For doses of 1.1014cm-2 and energy of 200keV, high electrical activation is obtained for annealing at 900°C for 5, 10 and 20s, and at 950°C for 5s. By increasing the doses to 1.1015cm-2 (100keV), a strong reduction in activation is observed. However, by means of dual implantation with P, the activation is .increased by a factor of 3. This indicates that P reduces the As vacancies, increasing the Ga vacancies and consequently the activation of the Mg atoms. The different mechanisms of Mg diffusion have been identified, including the uphill diffusion. In both cases, the diffusion of Sn as the activation and diffusion of Mg after ion implantation, the effects of point defects such as VGa and GaI, is observed. This is expected based on the fact that both impurities tend to occupy Ga sites. This knowledge allows the optimization of the process by controlling the generation of the point defects Mestrado Física Mestre em Física

Orientador: Thereza Christina Robalinho Penna Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Seleneto de zinco, um importante semicondutor do tipo II-VI, é um excelente candidato para fabricação de dispositivos que emitam no azul, devido a sua larga banda proibida de 2,1 eV. No entanto, a aplicação prática deste material em dispositivos de junções p-n requer técnicas de dopagem eficientes que possam produzir materiais dos tipos n e p de baixa resistividade e cuja luminescência perto da borda da banda, a temperatura ambiente, emita predominantemente no azul. Gálio é conhecido como um bom dopante do tipo n para ZnSe, particularmente para epitaxia por feixes moleculares (MBE). A utilização de técnicas de dopagem convencional, com altas concentrações de Ga, introduz níveis de aceitadores profundos, que ocasionam a saturação e correspondente decréscimo nos valores da concentração de portadores e da mobilidade. A descoberta de novas técnicas de dopagem é imprescindível na melhoria da qualidade do material ZnSe. Estudaremos nesta tese o avanço obtido com a técnica de dopagem planar para dopagem tipo n bem como novos dopantes do tipo p para ZnSe Abstract: Zinc selenide, an important II-VI semiconductor compound, is of great potential interest for blue light-emitting devices due to its large band gap of 2.7 eV. However, practical application of this material in p-n junction injection devices demands effective doping techniques which can produce low-resistivity n- and p-type material, whose luminescence at room temperature is predominantly band edge (blue) in nature. Gallium is known to be a useful n-type dopant for ZnSe, particularly for molecular beam epitaxy (BEM). Using conventional doping techniques, however, high concentrations of Ga introduce deep acceptor levels which cause the carrier concentration to saturate and even decrease, with a corresponding drop in mobility. Thus, new doping techniques are necessary to enhance the quality of ZnSe material. We will study a new technique, planar doping, as well as a p-type dopant for ZnSe Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientador: Eliermes Arraes Meneses Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Neste trabalho nós estudamos o espectro de fotoluminescência de uma estrutura de Múltiplos Poços Quânticos com Dopagem Modulada Assimétrica (AlxGa1-xAs/GaAs). Quando a amostra é excitada por um laser de Kr+ o espectro exibe apenas uma linha proveniente dos poços de GaAs, a qual tem uma energia em torno de 1.526 eV. Sob condições de excitação similares, agora com um laser de Ar+, nós observamos a manifestação do Efeito de Fotocondutividade Permanente (PPC) o qual propicia o preenchimento da segunda sub-banda de elétrons. Neste caso, observamos duas transições, originadas nos poços, com energias em torno de 1,527 eV e de 1,545 eV. Nos dois casos (Kr+ e Ar+) as transições sofrem um deslocamento e direção a altas energias quando a potência de excitação é aumentada. À partir dos nossos resultados concluímos que as linhas em 1,527 eV (1,526 eV) e 1,545 eV correspondem as recombinações do gás bi-dimensional de elétrons confinados em duas sub-bandas distintas sendo que a ultima viola a regra de seleção para transições entre sub-bandas. Concluímos também que o deslocamento mencionado corresponde a uma diminuição na densidade do gás, o qual é explicado em termos de um mecanismo de transferência de buracos, foto-gerados nas barreira, para os poços Abstract: We have studied the photoluminescence of a GaAs/AlxGa1-xAs Asymmetric Modulation Doped Multiple Quantum Well (AMDMQW) structure. The spectra show an emission line at 1.526 eV, when the sample is excited by Kr+ laser, which corresponds to a transition in the Wells. Under similar excitation conditions by Ar+ laser, we observed the manifestation of the Permanent, Photoconductivity Effect which provides the filling of the second electron sub-band. In this case we observed two lines, at 1.527 eV and 1.545 eV, coming from the GaAs wells. In both cases (Kr+ and Ar+) these lines shift, toward higher energies as the excitation intensity increases. From our results we conclude that the lines at 1.527 (1.626 eV) and 1.545 eV correspond to transitions due to the recombination of the two dimensional electron gas (2DEG) confined in two different sub-bands and that the second one is a break down of the selection rule for transitions between sub-bands. We conclude too that the mentioned shift represents a decrease in the 2DEG density, which is explained in the base of a transference of photoexcited holes in the barrier to the GaAs quantum Wells Mestrado Física Mestre em Física

Orientadores: Gunter Zerwick, Sergio Moehlecke Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Foi feito um estudo sistemático do comportamento das curvas de transição de fase Supercondutor ® Normal do Molibdênio dopado com nitrogênio em concentrações variáveis, no intervalo de 0,55K a 0,90K utilizando um criostato de 3He. As formas das curvas permitem calcular os volumes onde se encontram os precipitados e a região na qual o nitrogênioestá em solução sólida na matriz de Mo. A resistividade em função da temperatura tem sido calculada usando-se o tempo de transição to e o campo magnético crítico HC(T) em casos especiais onde a pureza e a homogeneidade são relevantes Abstract: A sistematic study of the behaviour of Super-conducting to Normal phase transition curves in N2-dopped Molibdenum at several concentration has been done over the temperature range of 0.55K to 0.90K using a 3He cryostat. The shape of the curves allows us to compute the volumes in which we can find the precipitates, and the region where is the nitrogen solid solution. The resistivity as a function of temperature hes been calculated using the time transition to and critical magnetic field HC(T) in some special cases where the purity and homogeneity are relevant Mestrado Física Mestre em Física