Caracterização de filmes finos de ZnO:Ho crescidos por spray-pirólise
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2024 |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19613 |
Resumo: | The research investigation on the doping effects of zinc oxide thin films (ZnO) with the rare earth ion Holmium (Ho3+) and the determination of an optimal doping condition for the luminescence of the doping element. The films were deposited by the spray-pyrolysis technique considering nominal rare earth concentrations within the range of 1 to 5%. The structural properties were evaluated by X-ray Diffraction technique (XRD), and morphological and compositional characteristics by Scanning Electron Microscopy (SEM) associated with Energy Spectroscopy Dispersive (EDS). To investigate the optical properties, we employed UV-Vis Absorption Spectroscopy and Photoluminescence Spectroscopy (PL). For PL measurements, the excitation wavelengths were 450 nm and 325 nm, and temperatures around 77 K. The XRD results revealed polycrystalline films in wurtzite hexagonal structure without a preferential orientation with crystallite sizes in the (002) and (101) orientations of 6.9 and 18 nm, respectively, which increases with increasing dopant concentration. SEM micrographs show grains with average size from 1.0 to 2.75 μm. The EDS spectra, in turn, provided the actual concentrations of the rare earth. The UV-Vis absorption showed rare earth absorption in the blue, green, and red regions for samples with 3 to 5% Ho-content. The optical bandgap of ZnO host assumed values between 3.10 and 3.19 eV. The PL spectra showed UV emissions from the host and the dopant emissions in the visible range. Furthermore, the decrease of rare earth luminescence intensity with increasing temperature was attributed to electron-phonon interactions. It was also observed the degeneration in Ho3+ levels, caused by the interaction with the crystalline field of ZnO. |
id |
SCAR_a35b524f610d4b7cbd926ec569af7dc8 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/19613 |
network_acronym_str |
SCAR |
network_name_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
repository_id_str |
4322 |
spelling |
Neves, Alyne Marques Aragão dasGodoy, Marcio Peron Franco dehttp://lattes.cnpq.br/2609654784637427http://lattes.cnpq.br/8830900307319302https://orcid.org/0000-0002-8376-86422024-03-08T17:09:19Z2024-03-08T17:09:19Z2024-01-25NEVES, Alyne Marques Aragão das. Caracterização de filmes finos de ZnO:Ho crescidos por spray-pirólise. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Física) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19613.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19613The research investigation on the doping effects of zinc oxide thin films (ZnO) with the rare earth ion Holmium (Ho3+) and the determination of an optimal doping condition for the luminescence of the doping element. The films were deposited by the spray-pyrolysis technique considering nominal rare earth concentrations within the range of 1 to 5%. The structural properties were evaluated by X-ray Diffraction technique (XRD), and morphological and compositional characteristics by Scanning Electron Microscopy (SEM) associated with Energy Spectroscopy Dispersive (EDS). To investigate the optical properties, we employed UV-Vis Absorption Spectroscopy and Photoluminescence Spectroscopy (PL). For PL measurements, the excitation wavelengths were 450 nm and 325 nm, and temperatures around 77 K. The XRD results revealed polycrystalline films in wurtzite hexagonal structure without a preferential orientation with crystallite sizes in the (002) and (101) orientations of 6.9 and 18 nm, respectively, which increases with increasing dopant concentration. SEM micrographs show grains with average size from 1.0 to 2.75 μm. The EDS spectra, in turn, provided the actual concentrations of the rare earth. The UV-Vis absorption showed rare earth absorption in the blue, green, and red regions for samples with 3 to 5% Ho-content. The optical bandgap of ZnO host assumed values between 3.10 and 3.19 eV. The PL spectra showed UV emissions from the host and the dopant emissions in the visible range. Furthermore, the decrease of rare earth luminescence intensity with increasing temperature was attributed to electron-phonon interactions. It was also observed the degeneration in Ho3+ levels, caused by the interaction with the crystalline field of ZnO.A pesquisa relatada neste trabalho se propôs à investigação dos efeitos de dopagem de filmes finos de óxido de zinco (ZnO) com o íon terra-rara hólmio (Ho3+) e à determinação de uma condição ótima de dopagem para a luminescência do elemento dopante. Para a deposição dos filmes, foi empregada a técnica de spray-pirólise, considerando diferentes concentrações nominais do terra-rara dentro do intervalo de 1 a 5%. As propriedades estruturais dos filmes foram estudadas por meio da técnica de Difração de Raios-X (DRX), ao passo que as características morfológicas e de composição foram examinadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) associada à Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). Para a investigação das propriedades ópticas, foram empregadas a Espectroscopia de Absorção UV-Vis e a Espectroscopia de Fotoluminescência (PL), nesta última considerando excitações nos comprimentos de onda 450 nm e 325 nm e temperaturas em torno de 77 K. Os resultados de DRX revelaram que os filmes são policristalinos na estrutura hexagonal wurtzita do ZnO, sem uma orientação preferencial de crescimento e que os tamanhos dos cristalitos nas orientações (002) e (101) apresentaram valores de 6,9 a 18 nm, aumentando com o aumento da concentração do dopante. Das micrografias de MEV, obteve-se aspectos da superfície das amostras e que o tamanho médio dos grãos variou de 1,0 a 2,75 μm. Os espectros de EDS, por sua vez, proporcionaram as concentrações reais do terra-rara. Os resultados de Absorção UV-Vis mostraram picos de absorção do terra-rara nas amostras de 3 a 5%, que se encontravam nas regiões do azul, verde e vermelho do espectro. Foram calculadas também as bandas de absorção Eg da matriz de ZnO, que assumiu valores entre 3,10 e 3,19 eV. Os espectros de PL evidenciaram emissões da matriz, na região do UV, e do dopante, em regiões do visível. Além disso, foi observado o efeito de diminuição da intensidade da luminescência do terra-rara com o aumento da temperatura, atribuído ao aumento de interações elétron-fônon. Foi observado também o levantamento de degenerescência nos níveis do Ho3+, causado pela interação com o campo cristalino do ZnO.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosFísica - FBUFSCarAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessÓxido de zincoTerras-rarasHólmioFotoluminescênciaFilmes finosSpray-piróliseCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::PROP.OTICAS E ESPECTROSC.DA MAT.CONDENS;OUTRAS INTER.DA MAT.COM RAD.E PART.CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::SUPERFICIES E INTERFACES; PELICULAS E FILAMENTOSCaracterização de filmes finos de ZnO:Ho crescidos por spray-piróliseCharacterization of ZnO:Ho thin films grown by spray-pyrolysisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALAlyne_TCC_29jan2024_Final.pdfAlyne_TCC_29jan2024_Final.pdfapplication/pdf47490859https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19613/1/Alyne_TCC_29jan2024_Final.pdfc8ca7d2544723a10b27b295d1e4131a7MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8804https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19613/2/license_rdf4774e414fb27824b0dfca5f33e4ff24fMD52TEXTAlyne_TCC_29jan2024_Final.pdf.txtAlyne_TCC_29jan2024_Final.pdf.txtExtracted texttext/plain85612https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19613/3/Alyne_TCC_29jan2024_Final.pdf.txt1af603e9b1f5c459b3770eb7fad6fee0MD53ufscar/196132024-05-14 17:10:36.776oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/19613Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222024-05-14T17:10:36Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
dc.title.por.fl_str_mv |
Caracterização de filmes finos de ZnO:Ho crescidos por spray-pirólise |
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv |
Characterization of ZnO:Ho thin films grown by spray-pyrolysis |
title |
Caracterização de filmes finos de ZnO:Ho crescidos por spray-pirólise |
spellingShingle |
Caracterização de filmes finos de ZnO:Ho crescidos por spray-pirólise Neves, Alyne Marques Aragão das Óxido de zinco Terras-raras Hólmio Fotoluminescência Filmes finos Spray-pirólise CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::PROP.OTICAS E ESPECTROSC.DA MAT.CONDENS;OUTRAS INTER.DA MAT.COM RAD.E PART. CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::SUPERFICIES E INTERFACES; PELICULAS E FILAMENTOS |
title_short |
Caracterização de filmes finos de ZnO:Ho crescidos por spray-pirólise |
title_full |
Caracterização de filmes finos de ZnO:Ho crescidos por spray-pirólise |
title_fullStr |
Caracterização de filmes finos de ZnO:Ho crescidos por spray-pirólise |
title_full_unstemmed |
Caracterização de filmes finos de ZnO:Ho crescidos por spray-pirólise |
title_sort |
Caracterização de filmes finos de ZnO:Ho crescidos por spray-pirólise |
author |
Neves, Alyne Marques Aragão das |
author_facet |
Neves, Alyne Marques Aragão das |
author_role |
author |
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/8830900307319302 |
dc.contributor.advisor1orcid.por.fl_str_mv |
https://orcid.org/0000-0002-8376-8642 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Neves, Alyne Marques Aragão das |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Godoy, Marcio Peron Franco de |
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/2609654784637427 |
contributor_str_mv |
Godoy, Marcio Peron Franco de |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Óxido de zinco Terras-raras Hólmio Fotoluminescência Filmes finos Spray-pirólise |
topic |
Óxido de zinco Terras-raras Hólmio Fotoluminescência Filmes finos Spray-pirólise CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::PROP.OTICAS E ESPECTROSC.DA MAT.CONDENS;OUTRAS INTER.DA MAT.COM RAD.E PART. CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::SUPERFICIES E INTERFACES; PELICULAS E FILAMENTOS |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::PROP.OTICAS E ESPECTROSC.DA MAT.CONDENS;OUTRAS INTER.DA MAT.COM RAD.E PART. CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::SUPERFICIES E INTERFACES; PELICULAS E FILAMENTOS |
description |
The research investigation on the doping effects of zinc oxide thin films (ZnO) with the rare earth ion Holmium (Ho3+) and the determination of an optimal doping condition for the luminescence of the doping element. The films were deposited by the spray-pyrolysis technique considering nominal rare earth concentrations within the range of 1 to 5%. The structural properties were evaluated by X-ray Diffraction technique (XRD), and morphological and compositional characteristics by Scanning Electron Microscopy (SEM) associated with Energy Spectroscopy Dispersive (EDS). To investigate the optical properties, we employed UV-Vis Absorption Spectroscopy and Photoluminescence Spectroscopy (PL). For PL measurements, the excitation wavelengths were 450 nm and 325 nm, and temperatures around 77 K. The XRD results revealed polycrystalline films in wurtzite hexagonal structure without a preferential orientation with crystallite sizes in the (002) and (101) orientations of 6.9 and 18 nm, respectively, which increases with increasing dopant concentration. SEM micrographs show grains with average size from 1.0 to 2.75 μm. The EDS spectra, in turn, provided the actual concentrations of the rare earth. The UV-Vis absorption showed rare earth absorption in the blue, green, and red regions for samples with 3 to 5% Ho-content. The optical bandgap of ZnO host assumed values between 3.10 and 3.19 eV. The PL spectra showed UV emissions from the host and the dopant emissions in the visible range. Furthermore, the decrease of rare earth luminescence intensity with increasing temperature was attributed to electron-phonon interactions. It was also observed the degeneration in Ho3+ levels, caused by the interaction with the crystalline field of ZnO. |
publishDate |
2024 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2024-03-08T17:09:19Z |
dc.date.available.fl_str_mv |
2024-03-08T17:09:19Z |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2024-01-25 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/bachelorThesis |
format |
bachelorThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.citation.fl_str_mv |
NEVES, Alyne Marques Aragão das. Caracterização de filmes finos de ZnO:Ho crescidos por spray-pirólise. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Física) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19613. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19613 |
identifier_str_mv |
NEVES, Alyne Marques Aragão das. Caracterização de filmes finos de ZnO:Ho crescidos por spray-pirólise. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Física) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19613. |
url |
https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19613 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
rights_invalid_str_mv |
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos Câmpus São Carlos Física - FB |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFSCar |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos Câmpus São Carlos Física - FB |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFSCAR instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) instacron:UFSCAR |
instname_str |
Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
instacron_str |
UFSCAR |
institution |
UFSCAR |
reponame_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
collection |
Repositório Institucional da UFSCAR |
bitstream.url.fl_str_mv |
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19613/1/Alyne_TCC_29jan2024_Final.pdf https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19613/2/license_rdf https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19613/3/Alyne_TCC_29jan2024_Final.pdf.txt |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
c8ca7d2544723a10b27b295d1e4131a7 4774e414fb27824b0dfca5f33e4ff24f 1af603e9b1f5c459b3770eb7fad6fee0 |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1813715677017538560 |