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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.88.2005.tde-25082015-112306
Documento
Autor
Nome completo
Viviany Geraldo
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2005
Orientador
Banca examinadora
Scalvi, Luis Vicente de Andrade (Presidente)
Maule, Agnieszka Joanna Pawlicka
Miranda, Paulo Barbeitas
Ribeiro, Sidney José Lima
Saeki, Margarida Juri
Título em português
Investigação do efeito da dopagem com Sb nas propriedades de SnO2 obtidos via Sol-Gel
Palavras-chave em português
Sol-Gel
Resumo em português
Dióxido de estanho (SnO2) é um óxido com características semicondutoras, cujo comportamento de transporte elétrico tem interesse crescente de aplicação tecnológica, principalmente na utilização como filmes condutores transparentes. Neste trabalho, são produzidos xerogéis (pós) e filmes finos de SnO2 dopados com antimônio (Sb) pelo processo sol-gel, usando a técnica de molhamento ("dip-coating") na deposição dos filmes, com o intuito de se investigar os fenômenos envolvidos na condutividade elétrica do material. Os filmes finos são compostos por uma grande quantidade de pequenos grãos (3-6nm), tornando o espalhamento eletrônico na região do contorno de grão um fator determinante para a condução. Experimentos de fotocondutividade são feitos com luz monocromáticas advinda de uma fonte de deutério acoplada a um monocromador apropriado à baixas temperaturas, em filmes finos de Sn02, e mostram um aumento na fotocorrente que se inicia na transição de banda ("bandgap" ≅ 3,6eV) e continua aumentando mesmo para energias superiores ao bandgap. Este resultado está relacionado com a recombinação de pares elétron-buraco fotogerados com espécies de oxigênio adsorvidas no contorno de grão. Esta relação de recombinação também é observada em medidas de decaimento da condutividade fotoexcitada com o quarto harmônico de um laser de Nd:YAG (266nm), pelas quais se verifica o fenômeno de fotocondutividade persistente nos filmes. Resultados de resistência elétrica em função da temperatura (25-300K) indicam o caráter doador do dopante. Análises por Espectroscopia de Absorção de Raios X (XAS), feitas com radiação sincrotron, mostram que o antimônio em seu estado de oxidação Sb+5, entra na rede de SnO2 em sítios na superfície do cristalito, em substituição à átomos de estanho (Sn+4), levando a um aumento na concentração de elétrons livres. Medidas de Espectroscopia de Fotoemissão de Raios X (XPS) confirmam este comportamento substitucional de Sb e sugerem sua localização na superfície dos grãos. Em adição a isso, análises de Difração de Raios X (XRD) mostram as dimensões manométricas dos grãos e indicam que o dopante inibe o crescimento desses grãos. Caracterizações óticas mostram uma diminuição da transmitância dos filmes na região do infravermelho próximo (0,8-4,5µm), proporcionalmente à adição de Sb. Este fato pode ser explicado pela teoria de Drude e tem relação com a alta concentração de portadores (cerca de 1020cm-3) e alta reflexão ótica nesta região, promovida pela dopagem. As várias caracterizações feitas, indicam que filmes finos de SnO2:Sb depositados por este processo, apresentam baixa mobilidade eletrônica influenciando a condutividade elétrica do material
Título em inglês
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Palavras-chave em inglês
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Resumo em inglês
Tin dioxide (SnO2) is an oxide with semiconducting characteristics and electrical transport behavior of growing interest for technological applications, mainly as transparent conducting films. In this work, thin films and xerogels (powder) of Sb-doped SnO2 have been produced by the sol-gel process. Films are deposited by dip-coating technique. These samples aim at the investigation of electrical conductivity phenomena of this material. Thin films grown by this technique are composed of a huge amount of tiny grains (3-6nm), leading to high electron scattering at grain boundary region, which becomes the most relevant factor to the conduction. Photoconductivity experiments on SnO2 thin films are carried out with monochromatic light from a deuterium source coupled to an appropriate monochromator, at low temperature, and shows increase in the photocurrent, beginning about bandgap transition ≈ 3.6eV) and keep increasing even for higher energy than the bandgap. This result is related to electron and hole recombination with oxygen species adsorbed at grain boundary. This recombination is also observed in measurements of decay of photo-excited conductivity, where the sample is excited with the fourth harmonic of a ND:YAG laser (266nm). These results allow the verification of persistent photoconductivity phenomena in SnO2 thin films. Electrical resistance as function of temperature (25-300K) indicates the donor nature of antimony. X-ray absorption spectroscopy (XAS), done with sincrotron radiation, shows that antimony enters into the Iattice at surface crystallite sites, substitutional to tin atoms (Sn 4+) in the Sb5+ oxidation state, leading to an increase of the free electron concentration. X-ray photoemission spectroscopy (XPS) data confirm this behavior and suggest the Sb location at grain boundary surface. In addition, X-ray diffraction analysis (XRD) shows the nanoscopic dimensions of grains and indicates that doping inhibits grain growth. Optical characterization shows transmittance decrease in the near infrared (0.8-4.5µm), proportional to Sb concentration. It can be explained by Drude's theory and is related with a high electron concentration (about 1020 cm-3), which originates optical reflection, promoted by doping. AII the characterization done in this work, indicates that SnO2:Sb thin films, deposited by this process, present low electronic mobility, influencing the electrical conductivity of this material
 
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VivianyGeraldoD.pdf (13.04 Mbytes)
Data de Publicação
2015-08-25
 
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