Propriedades elétricas e fotoelétricas de Nanofitas de SnO2

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Emilson Ribeiro Viana Junior
• Orientador(a): Juan Carlos Gonzalez Perez
• Banca de defesa: Simone Silva Alexandre, Franklin Massami Matinaga, Ihosvany Camps Rodríguez, Marcelo Ornaghi Orlandi
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais
• Palavras-chave em Português: Física
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9HTFFG

Essa tese trata do estudo das propriedades elétricas e fotoelétricas de nanofitas isoladas de óxido de estanho, SnO2. Para a realização desse trabalho, nanofitas de SnO2 foram crescidas pelo método vapor-líquido-sólido. Utilizando- -se técnicas de litografia ótica foram fabricados transistores de efeito de campo de nanofitas isoladas com a finalidade de estudar seu transporte elétrico em diversas condições de temperatura, iluminação e atmosferas. Inicialmente estudamos a morfologia e estrutura cristalina das nanofitas utilizando as técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura, Microscopia de Força Atômica, Microscopia Eletrônica de Transmissão e Difração de Raios-X. Após essa caracterização básica foram fabricados os dispositivos. O transporte elétrico das nanofitas de SnO2 foi estudado através de medidas, no escuro, da resistividade em função da temperatura. Diferentes modelos de condução foram utilizados para analisar os dados experimentais em várias faixas de temperatura: transporte termicamente ativado nas bandas de condução e valência, transporte por saltos entre primeiros vizinhos em bandas de defeitos e finalmente transporte por saltos de alcance variável em bandas de defeito. Através desses estudos mostramos que ainda que as nanofitas apresentem dimensões nanométricas da seção transversal, o que poderia sugerir que o transporte é unidimensional, em termos da condução por saltos nas bandas de defeitos as nanofitas de SnO2 se comportam como um sistema tridimensional. A condutividade das nanofitas de SnO2 foi também medida sob iluminação ultravioleta, variando-se a temperatura da amostra de 400 K até 4 K. Calculamos que a densidade de cargas foto-induzidas na nanofita pela luz UV é tão alta, acima de 150 K, que ultrapassa a densidade crítica de Mott e a nanofita transita do estado isolante ou semicondutor para o estado metálico. Experimentalmente observamos a transição metal-isolante a 240 K. A observação dessa transição nessas nanoestruturas mostra o potencial delas para aplicações em novos tipos de dispositivos eletrônicos. Esse fenômeno é resultado do elevado grau de desordem nas nanofitas. O efeito da quantização da condutividade na banda de condução foi observado nas nanofitas de SnO2 através de oscilações na curva característica da corrente de dreno em função da tensão de porta do transistor, a baixas temperaturas. O confinamento quântico dos elétrons criou sub-bandas de energia, que são sucessivamente preenchidas quando variamos o nível de Fermi no material através do aumento ou diminuição a tensão da porta. A separação energética máxima entre as sub-bandas observadas foi estimada em 5,5 meV, o que está de acordo com resultados experimentais e a dependência térmica das oscilações que desaparecem para temperaturas acima de 50 K. A fotocondutividade nas nanofitas de SnO2 foi estudada em função da temperatura e para diferentes atmosferas: ar, hélio e vácuo. As nanofitas apresentam um grande e rápido aumento da condutividade elétrica quando submetidas à iluminação ultravioleta. Esse efeito cresce quando diminuímos a temperatura ou a concentração de oxigênio no ambiente. Porém, quando a luz UV é desligada, a fotocorrente decai lentamente com tempos característicos da ordem de horas, o que caracteriza o efeito da Fotocondutividade Persistente. Esse feito foi explicado através dos fenômenos de absorção e dessorção de oxigênio molecular na superfície da fita. A dependência térmica da Fotocondutividade Persistente foi explicada através da ativação térmica de um buraco de um nível aceitador EA para a banda de valência, com uma energia de ativação de 230 meV.