Efeitos de parâmetros de crescimento nas propriedades ópticas de filmes finos de ZnO:Er
Ano de defesa: | 2019 |
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Universidade Federal de São Carlos
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Programa de Pós-Graduação em Física - PPGF
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Resumo: | We report a systematic study on the structural, morphological and optical properties of Er-doped ZnO thin films grown by Spray Pyrolysis. The films were deposited on glass substrates between 230ºC - 300ºC, using as precursors zinc acetate and erbium chloride in aqueous solution. The effects of growth parameters on erbium optical properties considered the influence of film thickness, the molarity used in the precursor solution and the co-doping with Eu and Mn at different concentrations. The characterization techniques employed to investigate the quality of the films were X-ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM), in which Er, Mn and Eu doped films were analyzed. XRD results indicated that all films are polycrystalline, with wurtzite structure and preferential growth direction on c-axis (002), with no secondary phases. SEM images generally showed that the surfaces have some more porous and cracked regions in the samples synthesized with higher molarity precursor solution, which also had lower crystalline quality. Optical absorbance and photoluminescence spectroscopy (PL) techniques provided data on the influence of different growth parameters on the optical properties of the material. With the first one, Er+3 absorptions related to ground state transitions I(15/2) and levels F(7/2), H(11/2), S(3/2), F(9/2), I(11/2) and I(13/2) were identified. PL showed infrared emissions corresponding to transitions between excited states and the transition from the ground state to the first excited state, at ≈1.53µm. It was possible to identify corresponding emissions between stark levels, generated by the level break due to the effect of the lattice crystalline field. These emissions were less significant for the sample grown with lower molarity precursor solution, indicating that the larger organization of its structure leads to a lower field effect around the Er3+ ions. Co-doping decreased erbium emission intensity, with larger studies of this influence remaining as future perspectives. |
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Santos, Camila Ianhez Pereira dosGodoy, Marcio Peron Franco dehttp://lattes.cnpq.br/2609654784637427http://lattes.cnpq.br/52546616423256052020-03-11T18:24:11Z2020-03-11T18:24:11Z2019-12-19SANTOS, Camila Ianhez Pereira dos. Efeitos de parâmetros de crescimento nas propriedades ópticas de filmes finos de ZnO:Er. 2019. Dissertação (Mestrado em Física) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12320.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12320We report a systematic study on the structural, morphological and optical properties of Er-doped ZnO thin films grown by Spray Pyrolysis. The films were deposited on glass substrates between 230ºC - 300ºC, using as precursors zinc acetate and erbium chloride in aqueous solution. The effects of growth parameters on erbium optical properties considered the influence of film thickness, the molarity used in the precursor solution and the co-doping with Eu and Mn at different concentrations. The characterization techniques employed to investigate the quality of the films were X-ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM), in which Er, Mn and Eu doped films were analyzed. XRD results indicated that all films are polycrystalline, with wurtzite structure and preferential growth direction on c-axis (002), with no secondary phases. SEM images generally showed that the surfaces have some more porous and cracked regions in the samples synthesized with higher molarity precursor solution, which also had lower crystalline quality. Optical absorbance and photoluminescence spectroscopy (PL) techniques provided data on the influence of different growth parameters on the optical properties of the material. With the first one, Er+3 absorptions related to ground state transitions I(15/2) and levels F(7/2), H(11/2), S(3/2), F(9/2), I(11/2) and I(13/2) were identified. PL showed infrared emissions corresponding to transitions between excited states and the transition from the ground state to the first excited state, at ≈1.53µm. It was possible to identify corresponding emissions between stark levels, generated by the level break due to the effect of the lattice crystalline field. These emissions were less significant for the sample grown with lower molarity precursor solution, indicating that the larger organization of its structure leads to a lower field effect around the Er3+ ions. Co-doping decreased erbium emission intensity, with larger studies of this influence remaining as future perspectives.Apresentamos um estudo sistemático sobre as propriedades estruturais, morfológicas e ópticas de filmes ZnO dopados com Er obtidos por Spray-Pirólise. Os filmes foram depositados sobre substratos de vidro entre 230ºC - 300ºC, utilizando como precursores acetato de zinco e cloreto de érbio em solução aquosa. Os efeitos dos parâmetros de crescimento nas propriedades ópticas do érbio foram investigados, dentre os quais destacamos a espessura dos filmes, a molaridade utilizada na solução precursora e a co-dopagem com Eu e Mn em diferentes concentrações. As técnicas de caracterização empregadas para verificação da qualidade dos filmes foram Difração de Raios-X (DRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), nas quais filmes dopados com Er, Mn e Eu foram analisados. Os resultados de DRX indicaram que todos os filmes são policristalinos, com estrutura do tipo wurtzita e direção de crescimento preferencial no eixo-c (002), com ausência de fases secundárias. As imagens do MEV, em geral, mostraram que as superfícies possuem algumas regiões porosas e com trincas para as amostras sintetizadas com solução precursora de molaridade maior, que também apresentaram menor qualidade cristalina. As técnicas de absorbância óptica e espectroscopia de fotoluminescência (PL) forneceram os dados da influência dos diferentes parâmetros de crescimento nas propriedades ópticas do material. Com a primeira, foram identificadas absorções do Er+3 relativas a transições entre o estado fundamental I(15/2) e os níveis F(7/2), H(11/2), S(3/2), F(9/2), I(11/2) e I(13/2). A PL mostrou emissões no infravermelho correspondentes a transições entre estados excitados e a transição entre o estado fundamental e o primeiro estado excitado, em ≈1,53µm. Foi possível identificar emissões correspondentes entre níveis stark, gerados pela quebra de níveis devido ao efeito do campo cristalino da rede. Essas emissões foram menos significativas para a amostra crescida com solução precursora de molaridade menor, indicando que a maior organização da sua estrutura leva a um menor efeito de campo em torno dos íons Er+3. A co-dopagem diminuiu a intensidade de emissão do érbio, com maiores estudos dessa influência permanecendo como perspectivas futuras.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)FAPESP 2016/10973-4CAPES: código de financiamento - 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Física - PPGFUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessÉrbioInfravermelhoFotônicaZnOSpray-piróliseErbiumInfraredPhotonicsSpray PyrolysisCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAEfeitos de parâmetros de crescimento nas propriedades ópticas de filmes finos de ZnO:ErEffects of growth parameters on the optical properties of ZnO:Er thin filmsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertação_Mestrado_CamilaIanhez.pdfDissertação_Mestrado_CamilaIanhez.pdfDissertaçãoapplication/pdf38156030https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12320/1/Disserta%c3%a7%c3%a3o_Mestrado_CamilaIanhez.pdf5b00660ebcd44cd1e99b6f265d9a7f3aMD51Carta_coordenador.pdfCarta_coordenador.pdfCarta comprovante da dissertação finalapplication/pdf229956https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12320/2/Carta_coordenador.pdf6f4e140e7e0de65f49adbf6620d85dbbMD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12320/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTDissertação_Mestrado_CamilaIanhez.pdf.txtDissertação_Mestrado_CamilaIanhez.pdf.txtExtracted texttext/plain161429https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12320/4/Disserta%c3%a7%c3%a3o_Mestrado_CamilaIanhez.pdf.txtda482b4934e9ea07c8e21fc53c771fc6MD54Carta_coordenador.pdf.txtCarta_coordenador.pdf.txtExtracted texttext/plain1https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12320/6/Carta_coordenador.pdf.txt68b329da9893e34099c7d8ad5cb9c940MD56THUMBNAILDissertação_Mestrado_CamilaIanhez.pdf.jpgDissertação_Mestrado_CamilaIanhez.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6290https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12320/5/Disserta%c3%a7%c3%a3o_Mestrado_CamilaIanhez.pdf.jpg0ba8f9f4ad9ea29c9d18fcb529ab57b2MD55Carta_coordenador.pdf.jpgCarta_coordenador.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg8975https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12320/7/Carta_coordenador.pdf.jpga9ab5699a3f1455a9189577a1563114dMD57ufscar/123202021-02-25 10:05:11.874oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/12320Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-05-25T12:58:51.954912Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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