Compositional, structural and thermoelectric characterization of InxGa1-xSb films deposited by magnetron sputtering and modified by ion irradiation - Bolzan, Charles Airton (2023)
Filmes de InxGa1-xSb (x = 0,5, 0,6, 0,8 e 1) foram depositados por magnetron sputtering em regime de radiofrequência sobre substratos de SiO2/Si, a 420 °C, e as caracterizações composicional, estrutural e termoelétrica dos filmes foram realizadas para diferentes taxas de In/Ga concentrações antes e depois da irradiação com íons em diferentes fluências. Espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS) e emissão de raios-x induzida por partículas (PIXE) foram empregadas na análise da concentração atômica relativa dos filmes. A estrutura dos filmes foi caracterizada por difração de raios-x de incidência rasante (GIXRD) e estrutura fina de absorção de raios-x estendida (EXAFS), enquanto a microscopia eletrônica de varredura (MEV) forneceu informações sobre a morfologia dos filmes. As propriedades termoelétricas dos filmes foram medidas com o auxílio de um equipamento especialmente desenvolvido para este fim. GIXRD mostrou a formação de estrutura de zincoblenda policristalina nos filmes depositados com o parâmetro de rede mudando linearmente com a composição x, conforme previsto pela lei de Vegard. EXAFS evidenciou que o descasamento de rede em compostos ternários é acomodado favoravelmente através da flexão da ligação sobre o alongamento da ligação. Com relação às propriedades termoelétricas, observou-se que os filmes de In0.8Ga0.2Sb apresentaram o maior valor de ZT (0.53 a 450 K) entre os filmes aqui investigados. Após irradiação de íons com íons Au+7 de 16 MeV com fluências de íons variando de 1 × 1013 cm−2 a 5 × 1014 cm−2 , os filmes de InxGa1-xSb apresentaram uma pronunciada transformação da forma contínua à porosa e a conservação do comprimento de ligação sem perda de material ou pulverização induzida pelo processo de irradiação de íons. Os compostos InxGa1- xSb, no entanto, exibem uma porosidade dependente da estequiometria não linear. Através da análise GIXRD, verificou-se que é mais fácil amorfizar o composto ternário do que o seu homólogo binário InSb. As nanoespumas InxGa1-xSb também mostraram ser notavelmente estáveis sob recozimento a vácuo em temperatura de 200 °C, com mudanças muito pequenas na concentração atômica induzidas pelo recozimento térmico. Com relação às propriedades termoelétricas (parâmetro ZT), seu valor diminuiu substancialmente após a irradiação iônica. Esses resultados mostram que os filmes de InxGa1-xSb depositados por magnetron sputtering têm potencial aplicação em dispositivos sensores de gás.