departamento de física aplicada

102 Pages·2015·5.41 MB·Portuguese

DEPARTAMENTO DE FÍSICA APLICADA

RAUL RAMOS

ESTUDO DAS PROPRIEDADES ÓPTICAS E DE TRANSPORTE
ELETRÔNICO EM FILMES FINOS DE TiO DOPADOS COM
2
NITROGÊNIO

Campinas/SP
2015

Dedico este trabalho a minha famiglia
pelo amor, dedicação e esforços
empregados durante toda labuta.
A minha eterna companheira Juliana
pelo apoio, consideração e
compreensão nesta etapa distante que
passamos juntos.
AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus, por dar-me o dom da vida e agraciar-me
com pais tão abençoados. Peço que ele me faça instrumento de suas obras e torne-
me manso e humilde de coração.
A meus pais, João C. Ramos e Maria Ap. Furlan Ramos, por serem tão
presentes e importantes em minha vida. Espero chegar a ter a dedicação de minha
mãe e a hombridade de meu pai.
Ao meu irmão Ramon Ramos, pela verdadeira cumplicidade que temos.
A minha eterna e amada esposa Juliana N. Toledo, por tamanho apoio nesta
fase difícil e distante que vencemos juntos. Minha maior alegria é saber que o
término dessa jornada me levará a acordar todos os dias ao seu lado novamente.
Ao meu orientador Prof.º Dr. Luiz Fernando Zagonel, por aceitar o desafio de
orientar um aluno com outra formação e que mudou de pesquisa no meio do
caminho. Sua boa fé me trouxe a segurança de que independente dos pormenores,
daríamos o nosso melhor e concluiríamos um bom trabalho. Desejo-lhe o máximo de
felicidade junto de sua esposa Patricia e sua filha Helena que está para nascer.
Ao Prof.º Dr. Fernando Alvarez, pelas ricas discussões sobre a pesquisa.
Aos meus amigos de laboratório Diego Scoca, Vinicius Antunes, Rafael
Merlo, Mónica Morales, Silvia Cucatti e Bruno Cesar por estarem presentes e
dispostos a me ajudar e ensinar nas tarefas necessárias à minha pesquisa.
Ao meus amigos que ingressaram comigo no IFGW, Júlio Ferencz, Lucas
Pereira, Thiago Moreno, entre tantos outros que me ajudaram muito a aprender
física.
À Prof.ª Drª. Claudia Longo e seu aluno Doutorando Miguel Tayar Galante
pelo auxílio referente as medidas de transmitância.
Ao meu amigo Leon Scoca por me acolher quando não tive onde morar.
Aos meus amigos da Química e Física que tornaram minha estadia na
UNICAMP muito mais prazerosa.
Ao Prof.° Dr. Antonio Rubens Britto de Castro, por revelar-me a beleza da
Mecânica Quântica e mostrar que não há desafios que não possam ser vencidos.
Ao Prof.º Dr. José Menon, pela magnífica aula ministrada em Física Teórica.
“Leões e tigres são grandes,
mas os lobos não trabalham em circo.”
Provérbio Siciliano
RESUMO

Ramos, R. Estudo das propriedades óticas e de transporte eletrônico em filmes
finos de TiO dopados com Nitrogênio. Campinas, 2015 102 f. Dissertação de
2
Mestrado - Curso de Mestrado em Física, Universidade Estadual de Campinas -
UNICAMP. Campinas, 2015.

Eletrodos condutores transparentes (TCE) possuem grande importância para
tecnologias de informação e geração de energia. O TCE mais eficiente na atualidade
é o ITO (In O dopado com Sn), que pode alcançar resistividades em torno de 2.10-4
2 3
Ωcm e uma transmitância ótica de 80% a 90% na região do visível. Entretanto, a
escassez dos recursos naturais de Índio e sua grande demanda sugerem a
necessidade de materiais alternativos. O presente estudo tem por objetivo investigar
as propriedades óticas, eletrônicas e estruturais de filmes finos de TiO (fase
2
anatase) dopados com Nitrogênio. A deposição dos filmes foi feita por Deposição
por Feixe de Íons (IBD) por bombardeamento de um alvo de titânio puro com íons de
��� em atmosfera de O . Os filmes, com uma espessura de ≈90 nm, foram
2
depositados em substrato de quartzo amorfo (Herasil-1) a temperaturas de 400 ou
500°C. Depois, os filmes são dopados com implantação iônica, variando o tempo de
10 a 60 minutos, com feixe de íons misto a baixa energia de �� e �� com 150 eV e
� �
sob a mesma temperatura de crescimento. Após a implantação, medidas Hall
indicam que a densidade de portadores majoritários nos filmes de anatase dopados
com nitrogênio chegam até ≈1019 cm−3 (enquanto filmes não dopados tem densidade
de cargas de ≈1012 cm−3). A resistividade dos filmes dopados chegam até 10−1 Ωcm
enquanto mantem boa transmissão ótica (>80%). De fato, dependendo do tempo de
dopagem e da temperatura do substrato durante o processo, a transmissão de até
85% podem ser obtida em 550 nm com tal resistividade (≈10−1 Ωcm). Espectroscopia
de fotoelétrons emitidos por raio-x (XPS) realizadas in situ mostram que a
composição na superfície é compatível com TiO N com concentração de
2−x x
nitrogênio de até ≈ 20%. Difração de raio-x com ângulo de incidência rasante
(GIXRD) confirmaram a estrutura cristalina anatase dos filmes antes e após a
implantação iônica à baixa energia (150 eV). Este estudo indica que é possível
dopar a amostra anatase com nitrogênio através do uso de um feixe de íons de
baixa energia. Tal abordagem é interessante por permitir um controle da
concentração de dopantes (Nitrogênio através de um precursor gasoso) de forma
mais controlada do que usualmente obtido por sputtering reativo.
Palavras-chave: Semicondutores de gap largo, óxidos condutores transparentes,
óxido de titânio.