Materiais semicondutores alternativos ao silício : passivação do germânio e síntese de dissulfeto de molibdênio

Nas últimas décadas a indústria da microeletrônica evoluiu rapidamente. Atualmente, novos materiais semicondutores têm sido pesquisados para substituir o Si em dispositivos. No presente trabalho, foram estudados o processamento de dois potenciais materiais semicondutores: o germânio (Ge) e o dissulfeto de molibdênio (MoS2). No primeiro estudo, foi investigada a dopagem do óxido de germânio (GeO2). Estudos anteriores sugerem que a dopagem do GeO2 com metais resulta no aumento da estabilidade térmica desses filmes. Dessa forma, filmes de GeHfxOy foram depositados por sputtering sobre germânio. Para investigar o efeito do Hf nos filmes, técnicas de feixe de íons foram utilizadas. A estabilidade térmica dos filmes foi investigada por espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS), o transporte e incorporação de oxigênio (O) no filme foram investigados através de análises por reações nucleares. Os resultados mostram que a estabilidade térmica dos filmes de GeO2 é aumentada significativamente pela dopagem com 5% de háfnio (Hf). Porém, do ponto de vista da incorporação de O, o Hf não impede o mesmo. Para evitar a oxidação do substrato de Ge é necessário inserir uma camada passivadora de GeOxNy entre a GeHfxOy e o substrato de Ge. Assim, o uso de ambas as estratégias nos filmes dielétricos sobre Ge, é bastante promissor para aplicações em transistores MOS. Com relação ao MoS2, foi investigada a influência de um promotor de crescimento na obtenção desse material através da Deposição Química de Vapores (CVD). Além disso, foi investigado o efeito da temperatura no crescimento das camadas e o efeito da inserção desse material promotor de crescimento na homogeneidade dos filmes. Dados obtidos por Espectroscopia de fotoelétrons excitados por Raio-X (XPS) mostraram que a formação de MoS2 ocorre a partir de 550 °C. Através da espectroscopia Raman e RBS foi possível observar a quantidade de camadas formadas e a quantidade de material depositado. Evidenciando que quanto maior a temperatura do crescimento, maior o número de camadas obtidas.In the last decades, the evolution of microelectronics occurred quickly. Currently, new semiconductor materials have been investigated to replace Si in devices. In the present work, processing and synthesis of two potential semiconductor materials were studied: germanium (Ge) and molybdenum disulfide (MoS2). In the first part of this work, germanium oxide (GeO2) doping was investigated. Previous studies evidenced an increased thermal stability of GeO2 films following metal doping. In this way, GeHfxOy films were deposited by sputtering on germanium. Ion beam techniques were used to analyze the properties of the prepared structures. The thermal stability of the films was investigated by Rutherford backscattering spectrometry (RBS), while the transport and incorporation of oxygen (O) in the film were investigated using nuclear reaction analyses. Results show that doping GeO2 with 5% hafnium (Hf) significantly increases the thermal stability of the films. However, from the point of view of the O incorporation, Hf does not present the same efficiency. To mitigate the semiconductor substrate oxidation it is necessary to insert a GeOxNy passivating layer between GeHfxOy and Ge. The combined use of these passivation strategies is a very promising approach to fabricate oxide/semiconductor structures used in metal-oxide-semiconductor (MOS) transistors. Regarding MoS2, the influence of a growth promoter in obtaining this material through chemical vapor deposition (CVD) was investigated. In addition, the effect of temperature on the growth of the layers and the effect of the insertion of this growth promoter on the homogeneity of the films were investigated. Data obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) showed that the formation of MoS2 occurs already at 550 ° C. Raman spectroscopy and RBS were used to determine the number of layers formed and the amount of material deposited. Evidencing that the higher the growth temperature, the greater the number of layers obtained

Caracterização e aplicação de derivados de benzazolas em dispositivos orgânicos e emissores de luz

No presente trabalho são investigadas experimental e teoricamente as propriedades ópticas e estruturais de compostos orgânicos derivados da família hidroxifenil benzazolas visando aplicações em diodos orgânicos emissores de luz. Este trabalho baseou-se no estudo do efeito da incorporação de um radical isotiocianato nas moléculas 2-(2’-hidroxifenil)benzimidazola, 2-(2’-hidroxifenil)benzoxazola, 2-(2’-hidroxifenil)benzotiazolas. Além disso, investigou-se o efeito da remoção da ligação de hidrogênio intramolecular responsável pela ESIPT da molécula 2-(4’-isotiocianato 2’- hidroxifenil)benzotiazol. Foram realizados experimentos de absorção e fotoluminescência para verificar as energias de excitação e fluorescência dos compostos, bem como o deslocamento Stokes. As propriedades ópticas e estruturais também foram investigadas teoricamente utilizando uma abordagem computacional de cálculos de primeiros princípios, baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), implementados no programa Gaussian. Foi feita uma investigação da estrutura geométrica molecular, obtendo-se as distâncias interatômicas, estrutura dos orbitais eletrônicos, valores dos orbitais moleculares HOMO e LUMO, vibrações moleculares, e frequências dos modos vibracionais. Através da espectroscopia Raman foram obtidas as frequências dos modos vibracionais Raman ativos, que puderam ser comparados com os resultados teóricos da simulação. Após a caracterização a molécula 2-(4’-isotiocianato-2’- hidroxifenil) benzazol denominado 4OITC, foi escolhida para a construção de um Diodo Orgânico Emissor de Luz (OLED). Foram obtidos os espectros de foto e eletroluminescência dos diferentes dispositivos construídos, com objetivo de entender como as diferentes camadas do OLED interagem.In this work the optical and structural properties of organic compounds derived from hydroxyphenyl benzoxazol family are investigated experimentally and theoretically aiming at applications in Organic Light Emitting Diodes. The work is based upon the study of the effect of incorporating an isothiocyanate moiety in the molecule 2-(2'-hydroxyphenyl)benzimidazole, 2-(2'-hydroxyphenyl)benzoxazole, 2-(2'-hydroxyphenyl) benzothiazole. Furthermore, it was investigated the effect of removing the bonding of the intramolecular hydrogen responsible for ESIPT of the molecule 2- (4'-isothiocyanate 2'-hydroxyphenyl) benzothiazole. Absorption and photoluminescence experiments were performed to verify the excitation energy and the fluorescence of the compounds, as well as the Stokes shift. Optical and structural properties were also investigated theoretically using a computational approach of first principles calculations based on Density Functional Theory (DFT) implemented in Gaussian program. An investigation of molecular geometric structure was made, obtaining the interatomic distances, structure of the electronic orbitals, the molecular orbitals HOMO and LUMO values, molecular vibrations and frequencies of the vibrational modes. Through Raman spectroscopy were obtained the frequencies of the Raman active vibrational modes which could be compared with the theoretical simulation results. After it characterized, the molecule 2-(4'-isothiocyanate-2'-hydroxyphenyl)benzoxazole, called 4OITC, was chosen for the construction of an Organic Light Emitting Diode (OLED). The photo and electroluminescence spectra from the different devices built were obtained, in order to understand how the different layers of the OLED interact

Caracterização e aplicação de derivados de benzazolas em dispositivos orgânicos e emissores de luz

No presente trabalho são investigadas experimental e teoricamente as propriedades ópticas e estruturais de compostos orgânicos derivados da família hidroxifenil benzazolas visando aplicações em diodos orgânicos emissores de luz. Este trabalho baseou-se no estudo do efeito da incorporação de um radical isotiocianato nas moléculas 2-(2’-hidroxifenil)benzimidazola, 2-(2’-hidroxifenil)benzoxazola, 2-(2’-hidroxifenil)benzotiazolas. Além disso, investigou-se o efeito da remoção da ligação de hidrogênio intramolecular responsável pela ESIPT da molécula 2-(4’-isotiocianato 2’- hidroxifenil)benzotiazol. Foram realizados experimentos de absorção e fotoluminescência para verificar as energias de excitação e fluorescência dos compostos, bem como o deslocamento Stokes. As propriedades ópticas e estruturais também foram investigadas teoricamente utilizando uma abordagem computacional de cálculos de primeiros princípios, baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), implementados no programa Gaussian. Foi feita uma investigação da estrutura geométrica molecular, obtendo-se as distâncias interatômicas, estrutura dos orbitais eletrônicos, valores dos orbitais moleculares HOMO e LUMO, vibrações moleculares, e frequências dos modos vibracionais. Através da espectroscopia Raman foram obtidas as frequências dos modos vibracionais Raman ativos, que puderam ser comparados com os resultados teóricos da simulação. Após a caracterização a molécula 2-(4’-isotiocianato-2’- hidroxifenil) benzazol denominado 4OITC, foi escolhida para a construção de um Diodo Orgânico Emissor de Luz (OLED). Foram obtidos os espectros de foto e eletroluminescência dos diferentes dispositivos construídos, com objetivo de entender como as diferentes camadas do OLED interagem.In this work the optical and structural properties of organic compounds derived from hydroxyphenyl benzoxazol family are investigated experimentally and theoretically aiming at applications in Organic Light Emitting Diodes. The work is based upon the study of the effect of incorporating an isothiocyanate moiety in the molecule 2-(2'-hydroxyphenyl)benzimidazole, 2-(2'-hydroxyphenyl)benzoxazole, 2-(2'-hydroxyphenyl) benzothiazole. Furthermore, it was investigated the effect of removing the bonding of the intramolecular hydrogen responsible for ESIPT of the molecule 2- (4'-isothiocyanate 2'-hydroxyphenyl) benzothiazole. Absorption and photoluminescence experiments were performed to verify the excitation energy and the fluorescence of the compounds, as well as the Stokes shift. Optical and structural properties were also investigated theoretically using a computational approach of first principles calculations based on Density Functional Theory (DFT) implemented in Gaussian program. An investigation of molecular geometric structure was made, obtaining the interatomic distances, structure of the electronic orbitals, the molecular orbitals HOMO and LUMO values, molecular vibrations and frequencies of the vibrational modes. Through Raman spectroscopy were obtained the frequencies of the Raman active vibrational modes which could be compared with the theoretical simulation results. After it characterized, the molecule 2-(4'-isothiocyanate-2'-hydroxyphenyl)benzoxazole, called 4OITC, was chosen for the construction of an Organic Light Emitting Diode (OLED). The photo and electroluminescence spectra from the different devices built were obtained, in order to understand how the different layers of the OLED interact

Materiais semicondutores alternativos ao silício : passivação do germânio e síntese de dissulfeto de molibdênio

Nas últimas décadas a indústria da microeletrônica evoluiu rapidamente. Atualmente, novos materiais semicondutores têm sido pesquisados para substituir o Si em dispositivos. No presente trabalho, foram estudados o processamento de dois potenciais materiais semicondutores: o germânio (Ge) e o dissulfeto de molibdênio (MoS2). No primeiro estudo, foi investigada a dopagem do óxido de germânio (GeO2). Estudos anteriores sugerem que a dopagem do GeO2 com metais resulta no aumento da estabilidade térmica desses filmes. Dessa forma, filmes de GeHfxOy foram depositados por sputtering sobre germânio. Para investigar o efeito do Hf nos filmes, técnicas de feixe de íons foram utilizadas. A estabilidade térmica dos filmes foi investigada por espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS), o transporte e incorporação de oxigênio (O) no filme foram investigados através de análises por reações nucleares. Os resultados mostram que a estabilidade térmica dos filmes de GeO2 é aumentada significativamente pela dopagem com 5% de háfnio (Hf). Porém, do ponto de vista da incorporação de O, o Hf não impede o mesmo. Para evitar a oxidação do substrato de Ge é necessário inserir uma camada passivadora de GeOxNy entre a GeHfxOy e o substrato de Ge. Assim, o uso de ambas as estratégias nos filmes dielétricos sobre Ge, é bastante promissor para aplicações em transistores MOS. Com relação ao MoS2, foi investigada a influência de um promotor de crescimento na obtenção desse material através da Deposição Química de Vapores (CVD). Além disso, foi investigado o efeito da temperatura no crescimento das camadas e o efeito da inserção desse material promotor de crescimento na homogeneidade dos filmes. Dados obtidos por Espectroscopia de fotoelétrons excitados por Raio-X (XPS) mostraram que a formação de MoS2 ocorre a partir de 550 °C. Através da espectroscopia Raman e RBS foi possível observar a quantidade de camadas formadas e a quantidade de material depositado. Evidenciando que quanto maior a temperatura do crescimento, maior o número de camadas obtidas.In the last decades, the evolution of microelectronics occurred quickly. Currently, new semiconductor materials have been investigated to replace Si in devices. In the present work, processing and synthesis of two potential semiconductor materials were studied: germanium (Ge) and molybdenum disulfide (MoS2). In the first part of this work, germanium oxide (GeO2) doping was investigated. Previous studies evidenced an increased thermal stability of GeO2 films following metal doping. In this way, GeHfxOy films were deposited by sputtering on germanium. Ion beam techniques were used to analyze the properties of the prepared structures. The thermal stability of the films was investigated by Rutherford backscattering spectrometry (RBS), while the transport and incorporation of oxygen (O) in the film were investigated using nuclear reaction analyses. Results show that doping GeO2 with 5% hafnium (Hf) significantly increases the thermal stability of the films. However, from the point of view of the O incorporation, Hf does not present the same efficiency. To mitigate the semiconductor substrate oxidation it is necessary to insert a GeOxNy passivating layer between GeHfxOy and Ge. The combined use of these passivation strategies is a very promising approach to fabricate oxide/semiconductor structures used in metal-oxide-semiconductor (MOS) transistors. Regarding MoS2, the influence of a growth promoter in obtaining this material through chemical vapor deposition (CVD) was investigated. In addition, the effect of temperature on the growth of the layers and the effect of the insertion of this growth promoter on the homogeneity of the films were investigated. Data obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) showed that the formation of MoS2 occurs already at 550 ° C. Raman spectroscopy and RBS were used to determine the number of layers formed and the amount of material deposited. Evidencing that the higher the growth temperature, the greater the number of layers obtained

Annealing Effects on the Structural and Optical Properties of ZnO Nanostructures

<div><p>ZnO nanostructures were synthesized by a proteic sol-gel method, using zinc nitrate hexahydrate and gelatin as precursors. Size and shape evolution of ZnO nanostructures were achieved by annealing temperature in the range 250-1000 ºC. The crystalline structure, morphology and optical properties of the ZnO nanoparticles were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Raman Spectroscopy (RS), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), and room temperature Photoluminescence (PL). The result of structural characterization shows the formation of platelets and nanorods in the micro-scale and ZnO nanostructures with high quality hexagonal wurtzite crystal. Sharp peaks in RS after annealing temperature, related to wurtzite structure, were observed corroborating with XRD and TEM measurements. Room temperature PL spectra showed two contribution bands which peaked at ~380 nm, originating from the recombination of free excitons, and ~520 nm corresponding to the impurities and structural defects, like oxygen vacancies and zinc interstitial. The effects of annealing temperature in the structural and optical properties are detailed and the results compared among the experimental techniques. The high quality of the samples obtained by an alternative organic precursor method opens a low-cost route to technological applications of zinc oxide.</p></div