Produção e caracterização da liga semicondutora GaSe9

Abstract

Resumo: O presente trabalho consiste em produzir e caracterizar ligas calcogênicas amorfas de GaSe9, tanto na forma de p. quanto como filme-fino. A técnica utilizada para produção da liga na forma de pó foi a Moagem Mecânica, e com os pós prontos foi utilizada a técnica de evaporação térmica para sintetização dos filmes finos. Para caracterização das propriedades físicas dos pós foram utilizadas as técnicas de EXAFS, XRD, DSC, medidas de difusividade térmica em OPC. Por meio de medidas EXAFS, para diferentes valores de temperatura, foi possível obter características estruturais como distâncias interatômicas médias, números médios de coordenação, desordens estrutural e térmica, assimetria das funções de distribuição de pares e as temperaturas de Einstein e Debye. Por EXAFS também foi possível verificar a existência de ligação química entre Ga e Se, e confirmar o caráter amorfo da estrutura deste material. A técnica de XRD forneceu informações estruturais complementares, obtendo o fator de estrutura da liga. Pela análise dos dados de DSC as energias de ativação de transição vítrea e cristalização foram obtidas, sendo esta última obtida pelos métodos de Kissinger e Afify, a ordem de reação e capacidade térmica do material também foram determinadas. Pelo efeito fotoacústico foram feitas medidas de difusividade térmica, obtendo os coeficientes de expansão e difusividade térmica. Para filmes-finos as técnicas de caracterização utilizadas foram: XPS, Espectroscopias de transmitância e absorbância, e medidas elétricas tipo I x V e I x t. Por XPS a energia de banda de valência foi obtida, além de ser possível verificar que ocorrem ligações químicas entre Ga e Se. A espectroscopia de transmitância forneceu informações acerca dos parâmetros óticos do filme, tais como coeficiente de absorção, índice de refração, e coeficiente de extinção. Além de obter o gap .tico do material. Com a informação da energia de banda de valência e gap do material foi possível determinar a energia da banda de condução. Por espectroscopia de absorção nos dispositivos ITO/GaSe9, ITO/P3HT and ITO/P3HT/GaSe9, foi possível observar que o dispositivo ITO/P3HT/GaSe9 apresenta maior faixa de energia na região de absorção. Medidas elétricas realizadas a dois terminais foram feitas nos dispositivos ITO/GaSe9/Al, ITO/P3HT/A1 and ITO/P3HT/GaSe9/Al, obtendo o comportamento elétrico destes no escuro e no claro. Dadas as características observadas, para dispositivo fotodetetor ITO/P3HT/GaSe9/Al, foi também estudado o comportamento elétrico deste, em função da intensidade luminosa. PALAVRAS CHAVE: Amorfo, Ligas Semicondutoras, DR.X, EXAFS, XPS, DSC, Fotoacústica, Fotodetector, Dispositivo Híbrido.

Abstract: The present research work consists 011 production and characterization ofamorphous chalcogenics GaSe9 alloys, either as powder or as for thin-film. The technique used to prepare the alloy as powder was Mechanic Alloyng. The powder as milled was used the thermal sublimation to synthesize the thin-films. For the characterization of the physical properties of the powders, the techniques used were: XRD, EXAFS, DSC and Photoacoustic Effect. Through EXAFS measurements, for different values of temperature, it was possible to obtain strutural characteristics such as average coordination number and interatomic distance, structural and thermal disorder, asymmetry of partial distribuction functions, and Einstein and Debye temperatures. Athwart EXAFS it was also possible to verify the existence of chemical bonds between Ga and Se, and to confirm the amorphous species of this material. The XRD technique complemented structural information, obtaining the structural factor of the alloy. Throught DSC data analysis the activation energies for crystallization and glass transition were determined. The crystallization activation energies were calculated applying Kissinger and Afify methods and the reaction order and thermal capacity of the material were determined. By the photoacoustic effect, the thei'mal difusivity was determined, and also the thermal expansion, and thermal difusivity coefficients were obtained. For the thin films, the characterization techniques used were: XPS, Transmitance and Absorbance Spectroscopies, and electrical measurements of I x V and I x t. For XPS measurements the valence band energy of the film was determined, and was also possible to verify chemical bonds between Ga and Se. Transmitance spectroscopy dada provided informations over the optical parameter of the films such as absorption coeficient, index refraction and extinction coeficient. Among that, the optical gap of the material was also determined. By both information, valence band energy and gap energy, it was possible to obtain the conduction band energy of the material. Throught absorbance spectroscopy over the devices ITO/GaSe9, ITO/P3HT and ITO/P3HT/GaSe9 it was possible verify that ITO/P3HT/GaSe9 presents the largest range in energy of absorption region. Electrical measurements performed by two electrods were made at the devices ITO/GaSe9/Al, ITO/P3HT/A1 and ITO/P3HT/GaSe9/Al, observing the electrical behavior in dark and over light of the devices. Due to the observed characteristics, for the photodeteetor device ITO/P3HT/GaSe9/Al, it was also studied its electrical behavior as a function of the light intensity. KEYWORDS: Amorphous, Semiconductor Alloys, XRD, EXAFS, XPS. DSC, Photoacoustic, Photodetector, Hybrid device.