Formação de dipolos em heteroestruturas de GaAs e SnO2 com dopagem de terras raras, avaliação de propriedades elétricas e influência de luz - Russo, Fabricio Trombini (2021)
Este trabalho tem a proposta de contribuir com a compreensão das propriedades elétricas de heteroestruturas formadas pelo semicondutor óxido SnO2 e o semicondutor III-V GaAs, visando aplicações em dispositivos optoeletrônicos, como por exemplo, transistores de efeito de campo transparentes e Lasers. A heteroestrutura GaAs/SnO2, depositada na forma de filmes finos, onde a camada de SnO2 é dopada com íons terras raras trivalentes Er3+ ou Eu3+, permite a luminescência desses íons quando o SnO2 é depositado sobre o GaAs o que não é observado quando a camada dopada é depositada sobre substrato de vidro. A formação de dipolos elétricos nas camadas individuais e na interface de GaAs e SnO2, pode, dentre outras evidências, estar também relacionada à essa luminescência. Os filmes finos de SnO2:Er (ou Eu), são depositados via sol-gel, por dip-coating ou evaporação do pó gerado pelo processo sol-gel, ao passo que no caso de GaAs, são usados filmes comercialmente disponíveis ou depositado via evaporação resistiva. Medidas de Corrente de Despolarização Termicamente Estimulada (CDTE) mostram a formação de banda, com picos entre 175 K e 330 K, variando com o sentido da polarização e magnitude da tensão elétrica de polarização utilizada. Comparando medidas de polarização de +20 V, com –20 V observa-se que o pico é menor para polarização negativa, independente do sistema que é utilizado para as medidas. A inversão do sinal da corrente com a inversão da polarização deve estar associada ao processo de carga e descarga de defeitos dipolares na interface da heteroestrutura, formados pelos defeitos carregados Vo+, EL2+ e Er- (ou Eu-, conforme dopagem) que interagem entre eles sob influência de fatores externos, como campo elétrico, luz e variação de temperatura. Verificou-se que a luz ambiente ou monocromática tem influência significativa nos dipolos da heteroestrutura GaAs/SnO2, provocando respostas diferentes em relação aos resultados obtidos. Esse efeito também é observado em medidas de Corrente x Tensão elétrica (i x V), além do aumento da corrente com a temperatura. Através das curvas de CDTE, foram obtidos valores de energia de ativação entre 0,2 eV e 0,3 eV, tanto em amostras dopadas com Érbio, quanto Európio, que estão em boa concordância com valores de ionização de defeitos típicos em SnO2 e GaAs já publicados. Esses níveis sugerem possíveis relações com o comportamento elétrico foto–induzido na heteroestrutura SnO2/GaAs, bem como a fotoluminescência observada. Resultados de Corrente x Tensão elétrica (i x V) mostram maiores valores sob polarização direta, o que é esperado para uma junção deste tipo. Medidas de Corrente de Despolarização Termicamente Estimulada Fotoinduzida (CDTEFI) e Corrente x Tensão elétrica (i x V) sob luz polarizada de um Laser de He-Cd (3,82 eV) e de um LED de InGaN (2,76 eV) também foram realizadas e os resultados mostraram claramente que as bandas obtidas no caso de CDTE são reduzidas ou totalmente destruídas quando a heteroestrutura é irradiada com energia luminosa. Ao contrário da medida de CDTE, no caso de (i x V), os valores de corrente elétrica são aumentados sob excitação de luz e a curva característica destas medidas de (i x V) é muito semelhante à de dispositivos semicondutores, como por exemplo, um diodo retificador ou LED.