Características estruturais e propriedades ópticas de filmes finos nanocristalinos de h-BN

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Mello, Saron Rosy Sales de, 1992-
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/4994
Resumo: Orientador: Fernando Alvarez
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spelling Características estruturais e propriedades ópticas de filmes finos nanocristalinos de h-BNStructural characteristics and optical properties of h-BN nanocrystalline thin filmsFilmes finosNitreto de boro hexagonalThin filmsHexagonal boron nitrideOrientador: Fernando AlvarezDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb WataghinResumo: Nitreto de boro hexagonal (h-BN) é formado pela alternância de átomos de nitrogênio e boro em uma rede hexagonal, onde os átomos estão ligados por ligações covalentes e as camadas por forças de interação de van der Waals (vdW). Este material, na forma de monocamada, possui alta energia de bandgap (~6 eV), enquanto que, como filme fino esse valor fica ~4,5 eV. Devido à essa propriedade, ele é comumente usado em heteroestruturas para aplicações eletrônicas e ópticas, como dispositivos emissores e detectores de UV profundo. h-BN também serve como uma interface para redução da flutuação de cargas, camada de passivação, camada dielétrica e é considerado a interface mais compatível para ancorar o grafeno. Neste estudo, filmes finos de h-BN nanoestruturados foram obtidos por pulverização catódica de rádio frequência e amostras selecionadas foram depositadas com auxílio da técnica de deposição dinâmica angular (do inglês, dinamic glancing angle deposition, DGLAD), na qual o substrato oscila em frente ao alvo numa função definida por um sistema de controlador lógico programável. Através da alteração dos parâmetros de deposição, como polarização do substrato, teor de hidrogênio na mistura gasosa constituinte do plasma e oscilação do substrato, as propriedades ópticas e estruturais desses materiais são adaptadas, o que é desejado para diferentes aplicações, como dispositivos de captura de luz e heterojunções. Os resultados obtidos mostraram a formação de filmes com estrutura turbostratic e policristalina (nanocristais). A inserção de hidrogênio no plasma durante as deposições resultou na diminuição do teor de oxigênio residual dos filmes de ~12–5% e, consequente aumento do tamanho do cristalito de ~6–16 nm, uma vez que, a diminuição do conteúdo de oxigênio favorece a formação de ligações entre boro e nitrogênio. Os valores de energia de bandgap amorfo aumentaram de ~3,7–4,2 eV para as amostras depositadas com uso de DGLAD indicando que existe uma relação direta entre o ângulo de incidência das espécies constituintes do filme na reestruturação do material, mudando as distâncias interatômicas e, consequentemente, a estrutura eletrônica de bandas. Alterações nas características morfológicas foram visíveis por microscopia eletrônica de varredura e imagens topográficas de microscopia de força atômica, indicando um perfil de crescimento típico de nanowalls. Enfim, conclui-se que a técnica DGLAD é uma rota alternativa eficaz na obtenção de materiais inovadores como h-BN permitindo um fino ajuste de suas propriedades estruturais e energia de bandgapAbstract: Hexagonal boron nitride (h-BN) is formed by alternating nitrogen and boron atoms in a hexagonal lattice, where the atoms are linked by strong covalent bonds and the layers by van der Waals (vdW) interactions forces. This material, in monolayers form has a high bandgap energy (~6 eV), while as thin films it has ~4.5 eV. Due to this property, it is commonly used in heterostructures for electronic and optical applications such as deep UV emitting devices and detectors. h-BN also serves as an interface for charge fluctuation reduction, passivation layers, dielectric layer, tunnel barrier, and it is considered the most compatible interface to anchor graphene. In this study, nanostructured h-BN thin films were obtained by radio frequency magnetron sputtering and select samples were deposited by Dynamics Glazing Angle Deposition (DGLAD) technique, in which substrate oscillates in front of sputtering target in a function defined by a Programmable Logic Controller (PLC) system. Through changing deposition parameters such as substrate polarization, hydrogen content in the gas mixture that constitutes the plasma, and substrate oscillation, optical and structural properties of these materials are adapted. That is desired for different applications, such as light capture devices and heterojunctions. The obtained results showed the formation of films with turbostratic and polycrystalline structures (nanocrystals). Hydrogen insertion into the plasma during depositions resulted in a decrease of residual oxygen content of the films by ~12–5% and, consequently, an increase in crystallite size from 6–16 nm. Decreasing oxygen content favors the formation of bonds between boron and nitrogen. Amorphous bandgap energy values increased from ~3.7 –4.2 eV for samples deposited using DGLAD indicating that there is a direct relationship between the angle of incidence of the films constituent species casing a restructuring of the material, changing interatomic distances and, consequently, the electronic band structure. Changes in morphological characteristics were visible by scanning electron microscopy and topographic images by atomic force microscopy, indicating a typical growth profile of nanowalls. Finally, it is concluded that the DGLAD technique is an effective and alternative route to obtain innovative materials such as h-BN allowing a fine tuning of their structural properties and bandgap energyMestradoFísica AplicadaMestra em FísicaCAPES88887.473650/2020-00[s.n.]Alvarez, Fernando (Físico), 1946-Riul Júnior, AntonioBurgo, Thiago Augusto de LimaUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb WataghinPrograma de Pós-Graduação em FísicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASMello, Saron Rosy Sales de, 1992-20222022-05-18T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (70 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/4994MELLO, Saron Rosy Sales de. Características estruturais e propriedades ópticas de filmes finos nanocristalinos de h-BN. 2022. 1 recurso online (70 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/4994. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1245912Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-08-01T11:23:07Zoai::1245912Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2022-08-01T11:23:07Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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