Alternativas para o crescimento de nanofios semicondutores III-V

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Oliveira, Douglas Soares de, 1988-
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1627681
Resumo: Orientadora: Mônica Alonso Cotta
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spelling Alternativas para o crescimento de nanofios semicondutores III-VAlternative approaches to III-V semiconductors nanowire growthNanofios semicondutoresVapor-líquido-sólidoCristais - DefeitosNanofios planaresSemicondutores III-VSemiconductors nanowiresVapor-liquid-solidCrystals - DefectsPlanar nanowiresIII-V semiconductorsOrientadora: Mônica Alonso CottaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb WataghinResumo: Nesta tese, abordamos três temas relacionados com síntese de nanofios semicondutores III-V pelo método vapor-líquido-sólido, e que têm sido pouco explorados na literatura. Buscando alternativas ao uso de ouro como catalisador, investigamos o crescimento de nanofios de InP catalisados por prata. Mostramos que sua síntese pelo método vapor-líquido-sólido é possível e determinamos as condições de crescimento para que os nanofios tenham estrutura cristalina wurtzita, sem falhas de empilhamento, e baixo crescimento radial. Além disso, observamos que os nanofios também podem ser sintetizados por um processo no qual seu ápice é rombudo, e algumas vezes maior que a nanopartícula catalisadora. Por fim, comparamos a formação de oscilações periódicas espontâneas de diâmetro em nanofios de InP catalisados por ouro e prata. Verificamos que a menor taxa de crescimento dos nanofios catalisados com prata pode ser responsável pela maior distância média na formação das oscilações de diâmetro. Em um segundo trabalho, procurando novas estratégias para integração de nanofios em dispositivos planares, estudamos a síntese por vapor-líquido-sólido de nanofios planares de InP catalisados por ouro. Discutimos o papel das energias de interface e composição do catalisador para o favorecimento da formação de nanofios planares ou verticais, mostrando que o aumento da diferença entre os valores da energia por unidade de área da interface sólido-líquido e da interface sólido-vapor favorece a formação de nanofios verticais, enquanto que um decréscimo nessa diferença favorece a formação de nanofios planares. Verificamos também que, enquanto camadas espessas de óxido entre os nanofios e o substrato levam ao crescimento de nanofios sem direção preferencial, camadas mais finas promovem crescimento direcionado. Finalmente, no terceiro tema desta tese, nós realizamos um estudo aprofundado sobre as características estruturais e morfológicas de nanofios de InGaP crescidos na direção [211]. Mostramos que a síntese de nanofios III-V nesta direção depende da formação de defeitos cristalinos paralelos ao seu eixo de crescimento. Estes defeitos, no entanto, decompõem a interface entre o nanofio o catalisador em facetas <111> com polaridades diferentes, que não são equivalentes. Verificamos que falhas de empilhamento atravessam preferencialmente as facetas <111>A, equilibrando a taxa de crescimento entre facetas não equivalentes, e permitindo um crescimento estável. Por fim, mostramos que existe a formação de uma estrutura core-shell não concêntrica espontânea devido a assimetria entre as facetas laterais do nanofioAbstract: In this thesis we report results on three different subjects ¿ largely unexplored in literature ¿ related to the synthesis of III-V semiconductor nanowires using the vapor-liquid-solid method. In search for new catalysts to replace Au, we investigated the growth of silver-catalyzed InP nanowires. We show that the vapor-liquid-solid method can indeed be achieved with Ag nanoparticles, and established the growth conditions under which InP nanowires present pure wurtzite crystal structure and high aspect ratios. Additionally, a second synthesis process is reported, in which a blunt structure is formed at the nanowire apex. Finally, we compared the formation of spontaneous diameter oscillations in InP catalyzed by these two metal nanoparticles. We propose that the lower growth rate for silver catalyzed nanowires could be related to their higher average pitch between diameter oscillations. Looking for new strategies to integrate nanowires into planar devices, as a second subject of investigation, we studied the synthesis of gold catalyzed, planar InP nanowires grown through vapor-liquid-solid method. First we addressed the role of surface energies and catalyst composition in determining the nanowire configuration type, planar or vertical, on the substrate. We show that increasing the difference between solid-liquid and solid-vapor interfacial energy per unit area favors the formation of planar nanowires, while a decrease in this difference leads to the formation of vertical nanowires. We also observe that a thick oxide layer between nanowire and substrate induces a non-directional growth. Thin layers, on the other hand, promote directional growth. As the third and final subject of this thesis, we present an extensive study of the structural and morphological properties of core-shell [211]-oriented InGaP nanowires. We show that crystalline defects parallel to the nanowire axis are necessary in order to obtain long and stable [211]-oriented III-V nanowires. Those defects, however, will generate two <111> facets with different polarities. We also show that stacking fault formation in the crystal region corresponding to the {111}A facet termination balances the growth rates for these different facets and induces stable growth. Finally, we discuss how these results and the spontaneously-formed, non-concentric core-shell structure are related to the nanowire surface polarityDoutoradoFísicaDoutor em CiênciasFAPESP2011/22876-0, 2013/24902-3CAPESCNPQ[s.n.]Cotta, Mônica Alonso, 1963-Riul Júnior, AntonioCouto Júnior, Odilon Divino DamascenoChiaramonte, ThalitaBaptista, Daniel LorscheitterUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb WataghinPrograma de Pós-Graduação em FísicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASOliveira, Douglas Soares de, 1988-2016info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf135 f. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1627681OLIVEIRA, Douglas Soares de. Alternativas para o crescimento de nanofios semicondutores III-V. 2016. 135 f. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1627681. 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