Efeitos produzidos pelo tratamento térmico nas propriedades estruturais, morfológicas, ópticas, elétricas e sensoriais de filmes de In2O3dopados com Sn

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Huayhua, Carlos Adolfo Vilca
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/43284
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2022.
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spelling Efeitos produzidos pelo tratamento térmico nas propriedades estruturais, morfológicas, ópticas, elétricas e sensoriais de filmes de In2O3dopados com SnFilmes de ITOTratamento térmicoSensor de gásDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2022.Neste trabalho foram estudados os efeitos do tratamento térmico em atmosfera de ar e em vácuo sobre as propriedades estruturais, morfológicas, ópticas, elétricas e sensoriais de filmes de In2O3dopados com Sn (ITO) depositados usando diferentes tempos de deposição (2, 3, 4, 6, 7, 8 h) por DC “Sputtering”. Os filmes como crescidos foram divididos em dois lotes (séries). Um lote foi submetido a tratamento térmico em atmosfera de ar e o segundo lote a tratamento térmico emvácuo. Diferentes técnicas de caracterização foram utilizadas, tais como difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (SEM), espectroscopia UV-Visível (UV-Vis), medidas elétricas e efeito Hall. Através do estudo das propriedades estruturais foi determinada a formação da fase cubica bixbyite e uma fase secundaria minoritária (<8%) correspondente ao In metálico ou à fase isomórfica hexagonal. Uma diminuição na cristalinidade também foi observada nos filmes à medida que o tempo de deposição aumentou. Através da análise dasimagens de SEM foi determinada uma relação linear entre o tempo de deposição e a espessura dos filmes, tendo uma taxa de ~119 nm/h. Os valores das espessuras obtidas porSEM foramcorroborados com os valores determinados através de medidas de espectroscopia UV-Vis, usando o método de envelope. Mediante asmedidas de resistividade em função da temperatura, determinou-se que os filmes de ITO tratados em vácuo apresentam uma transição metal–isolante em T=113-153K, com uma baixa resistividade e alta concentração de portadores de carga (=8,1410−4Ω−e =6,411020−3em T=300K para o filme depositado por 8h). Já os filmes tratados termicamente em ar mostraram somente um comportamento semicondutor em toda a faixa de temperaturas, mas resistivos e com menor concentração de portadores de carga. Por outro lado, os filmes tratados em vácuo mostram valores de gap óptico ligeiramente maiores que os filmes tratados em atmosfera de ar, o que foi associado ao efeito Moss-Burstein relacionado com a maior densidade de portadores de carga. Já a diminuição no gap óptico em função da espessura dos filmes foi associada com a ocorrência de interações elétron-elétron e elétron-impurezas, conhecido como efeito de renormalização. Os resultados obtidos através da caracterização estrutural, elétrica e morfológica sugerem a presença de oxigênio em sítios intersticiais da estrutura bixbyite dos filmes tratados em atmosfera de ar, os que são responsáveis por desativar a carga extra proporcionada por íons de Sn4+ao substituir íons de In3+, induzindo uma maior desordem na estrutura cristalina bixbyite.Os testes de sensibilidade com gás metano mostraram que, apesar dos filmes tratados em atmosfera de ar conterem uma menor concentração de portadores de carga, eles apresentam uma maior sensibilidade e reprodutibilidade quando comparados aos filmes tratados em vácuo.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).In this work, we studied the effects of the thermal annealing in air atmosphereand in vacuum on the structural, morphological, optical, electrical and sensorial properties of Sn-doped In2O3films (ITO) deposited using different deposition times (2, 3, 4, 6, 7, 8 h) by DC sputtering. As-grown films were divided into two batches. One batch was subjected to thermal treatment in air atmosphere and the second batch to thermal treatment in a high vacuum condition. Different characterization techniques were used, such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), UV-Visible spectroscopy (UV-Vis), electrical measurements and the Hall effect.Through the study of structural properties, the formation of the cubic bixbyite phase and a minor secondary phase (<8%) corresponding to metallic In or to the hexagonal isomorphic phase was determined. It was determined that the degree of crystallinity of the films shows a tendency to decrease asthe deposition time increases. Through the analysis of SEM image a linear relationship between deposition time and film thickness was determined, having a rate of ~119 nm/h. The film thickness values determined from SEM images were corroborated with values determined through UV-Vis spectroscopy measurements, using the envelope method. From resistivity measurements as a function of temperature, it was determined that ITO films treated in vacuum show a metal-insulator transition at T=113-153K, with a low resistivity and high concentration of charge carriers (=8.1410−4Ω−and =6.411020−3at T=300K for the film deposited for 8h). The films annealed in air, on the other hand, showed only semiconductor behavior over the entire temperature range, but more resistive and with a lower concentration of charge carriers. On the other hand, films treated in vacuum show slightly higher optical gap values than films treated in air atmosphere, which was assigned to the Moss-Burstein effect related to thehigher density of charge carriers. The decrease in the optical gap as a function of film thickness was associated with the occurrence of electron-electron and electron-impurity interactions, known as the renormalization effect. The results obtained through the structural, electrical and morphological characterization suggest the presence of oxygen in interstitial sites of the bixbyite structure for films treated in air atmosphere, which are responsible for deactivating the extra charge provided by Sn4+ions when replacing In3+ions, inducing a greater disorder in the bixbyite crystal structure.Tests of methane gas sensitivity showed that, despite the films treated in air contain a lower concentration of charge carriers, they showed larger sensitivity and reproducibility when compared to the films treated in vacuum.Instituto de Física (IF)Programa de Pós-Graduação em FísicaCoaquira, José Antonio HuamaníAragón, Fermín Fidel Herrera200063634@aluno.unb.brHuayhua, Carlos Adolfo Vilca2022-04-01T21:55:09Z2022-04-01T21:55:09Z2022-04-012022-01-11info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfHUAYHUA, Carlos Adolfo Vilca. Efeitos produzidos pelo tratamento térmico nas propriedades estruturais, morfológicas, ópticas, elétricas e sensoriais de filmes de In2O3dopados com Sn. 2022. 64 f., il. Dissertação (Mestrado em Física) — Universidade de Brasília, Brasília, 2022.https://repositorio.unb.br/handle/10482/43284A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-02-20T16:56:58Zoai:repositorio.unb.br:10482/43284Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-02-20T16:56:58Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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