Investigação das propriedades estruturais, ópticas e elétricas de filmes finos de SnO2 dopado com Pb2+ e estudo da heteroestrutura TiO2/PbxSn1-xO2

Autor(es)

Stevan Brayan Oliveira dos Santos

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Bauru. 2021-04-09.
• Instituição: Universidade Estadual Paulista (Unesp). Faculdade de Ciências. Bauru
• Data de defesa: 2021-03-18
• Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi

Resumo

Este trabalho consistiu na produção de pós e filmes finos de SnO2 dopado com Pb2+, depositados através da técnica sol-gel-dip-coating. Para os pós, a caracterização se limitou a análise morfológica e composicional, porém, para os filmes foram realizadas caracterizações morfológicas, estruturais, ópticas, elétricas e eletro-ópticas. A combinação com TiO2, formando assim uma heteroestrutura, também é analisada, e caracterizada eletricamente. Resultados de EDX e MEV confirmaram a presença de chumbo no material e permitiu estimar a dopagem efetiva do SnO2, enquanto medidas de TG e DTA não mostraram diminuição de massa ou picos endotérmicos/exotérmicos referentes a formação de PbO e/ou PbO2. Os resultados indicam que a morfologia dos filmes é definida pela técnica de deposição e não pela dopagem. Medidas de difração de raios-X (DRX) confirmaram a formação de SnO2 nanocristalino na estrutura do tipo rutilo, não sendo identificados picos referentes a outras estruturas cristalinas, independente da dopagem, sugerindo que a dopagem do SnO2 com Pb2+ dá origem a uma solução sólida. Os filmes finos apresentaram dois comportamentos distintos: o bandgap aumenta para dopagens até 1%, associado aqui ao efeito Burnstein-Moss, e diminui para dopagens acima de 1%, chegando ao valor mínimo de 2,89 eV para uma alta dopagem de 25%. Por outro lado, a energia de Urbach diminui para até 1% de dopagem e aumenta consideravelmente para dopagens acima disto, indicando maior desordem e estados intrabandgap próximos a banda de valência com o aumento na dopagem, efeito relacionado à localização do íon na matriz de SnO2. Medidas de IxV mostraram um aumento da resistividade com a dopagem, associado aqui à compensação de carga gerada pelo dopante concomitante com o espalhamento gerado por mudanças estruturais. A energia de ativação para ionização de vacâncias de oxigênio aumenta com a dopagem, até que não é mais observada para dopagens superiores a 1%. Medidas de fotocondutividade e decaimento da corrente fotoexcitada mostram maior taxa de aprisionamento/recombinação de portadores e uma menor energia de captura em 300K, entretanto, com a diminuição da temperatura, os filmes de maiores dopagens apresentaram o efeito de fotocondutividade persistente (PPC). A caracterização elétrica das heteroestruturas mostraram um comportamento típico de diodo para os de maior dopagem. Espera-se que os resultados ópticos e de fotocondutividade obtidos até o momento, para o SnO2 dopado com Pb2+, possam contribuir para a produção de novos dispositivos como células solares e lasers semicondutores, onde o controle do bandgap é desejado. (AU)

• Processo FAPESP: 18/25241-4 - Investigação das propriedades estruturais, elétricas e ópticas da estrutura híbrida PbxSn1-xO2/TiO2: análise da interface e influência da temperatura do substrato
• Beneficiário: Stevan Brayan Oliveira dos Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado