Propriedades físicas de filmes finos de BiFeO3 com variações composicionais em torno da estequiometria - Freitas, Fábio Elias [UNESP] (2022)
Filmes finos do multiferroico BiFeO3 com variação composicional em torno da composição estequiométrica foram preparados sobre substratos Pt/TiO2/SiO2/Si(100), usando um método químico da rota do ácido acético, com objetivo de analisar as propriedades estruturais, elétricas e fotovoltaicas em termos do crescimento da razão Bi/Fe. As propriedades estruturais foram estudadas por difração de raios X, microscopia de força atômica (AFM), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS). As propriedades elétricas foram analisadas com base na relaxação dielétrica, condutividade elétrica e condutividade local através do grão e do contorno de grão, e também por medidas de densidade de corrente em função do campo, realizadas com e sem iluminação. E, por fim, as propriedades fotovoltaicas foram estudadas pela medida da densidade da fotocorrente em função do tempo. Os resultados de difração de raios X mostraram a obtenção de uma fase cristalina do BiFeO3 após o tratamento térmico a 600 ºC/30 min sem a presença de fase secundária. As imagens de AFM apresentaram uma topografia aproximadamente regular e similar, e as imagens de MEV evidenciaram a formação de filmes homogêneos e livres de trincas. A caracterização elétrica dos filmes foi realizada utilizando espectroscopia de impedância (EI) em função da temperatura e da frequência. Pôde-se observar que os resultados obtidos das energias de ativação do grão (g) e do contorno de grão (gb) da condutividade DC e do tempo de relaxação indicaram que o mecanismo de salto de portador de carga (hopping) é responsável pela relaxação e pela condução elétrica e que, provavelmente, os valores das energias de ativação estão associados à segunda ionização de vacâncias de oxigênio. O maior valor de corrente de fuga foi obtido para o filme com 18% de deficiência de bismuto, e o menor valor foi para o filme estequiométrico. Já o maior valor de densidade de fotocorrente obtida (J_SC ~ 4,14 μA/〖cm〗^2) foi para o filme com 15% de deficiência de bismuto; e o menor valor (J_SC ~ 0,22 μA/〖cm〗^2), para os filmes com 20% de deficiência de bismuto e 2% de excesso de bismuto, respectivamente. Apesar de os resultados da medida da corrente de fuga e da medida de densidade de fotocorrente não apresentarem uma relação direta entre elas, eles são um indicativo de que a fotocorrente nesses filmes é dominada, provavelmente, por uma combinação de defeitos.