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Biblioteca Virtual de Teses e Dissertações

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Palavras-Chave (PT):

Resumo Original (PT):

A BUSCA POR UM MELHOR ENTENDIMENTO DA INTER-RELAÇÃO ENTRE OS PARÂMETROS ENVOLVIDOS NO PROCESSO DE CRESCIMENTO DE FILMES DE DIÓXIDO DE TITÂNIO (TIO2) E AS PROPRIEDADES ESTRUTURAIS, ELETRÔNICAS E MAGNÉTICAS RESULTANTES FOI A PRINCIPAL MOTIVAÇÃO DESTE TRABALHO. PARA ISSO, FILMES DE TIO2 FORAM CRESCIDOS USANDO A TÉCNICA DE RF MAGNETRON SPUTTERING EM DIFERENTES CONDIÇÕES. UM PRIMEIRO CONJUNTO DE FILMES DE TIO2 NÃO DOPADOS FOI DEPOSITADO COM FLUXO CONTÍNUO DE O2. EM OUTRO CONJUNTO, UTILIZOU-SE SISTEMÁTICAS INTERRUPÇÕES NO FLUXO DE O2 DURANTE A DEPOSIÇÃO. O ULTIMO GRUPO DE AMOSTRAS FOI DEPOSITADO USANDO FLUXO CONTÍNUO DE O2 E DOPAGEM COM MN. OS FILMES DO PRIMEIRO GRUPO APRESENTARAM MORFOLOGIA COLUNAR COM ESTRUTURA MAJORITARIAMENTE ANATASE E COM GAP ÓPTICO DE ~3,3 EV, INDEPENDENTE DA TEMPERATURA DOS SUBSTRATOS (450OC E 600OC) E DA RAZÃO AR/O2 UTILIZADA. A DIMINUIÇÃO DO FLUXO DE O2 PROVOCOU UM AUMENTO DA ABSORÇÃO SUB-GAP QUE FOI ASSOCIADA A UM AUMENTO DOS DEFEITOS ELETRÔNICOS NO MATERIAL. UM TRATAMENTO TÉRMICO EM VÁCUO A 800OC, REALIZADO SOBRE FILMES DE TIO2 PUROS, REVELOU UM AUMENTO DA FRAÇÃO RUTILA E DA ABSORÇÃO ÓPTICA, O QUE TAMBÉM FOI ASSOCIADO A UM AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE DEFEITOS ELETRÔNICOS. A ANÁLISE DOS FILMES ONDE O FLUXO DE OXIGÊNIO FOI SISTEMATICAMENTE INTERROMPIDO DURANTE A DEPOSIÇÃO MOSTROU QUE O AUMENTO NO NÚMERO DE INTERRUPÇÕES NÃO INTERFERIU SIGNIFICATIVAMENTE NA MORFOLOGIA COLUNAR DOS FILMES, MAS PRODUZIU UM CONSIDERÁVEL AUMENTO NA FRAÇÃO RUTILA DOS FILMES, BEM COMO UM AUMENTO NA ABSORÇÃO ÓPTICA SUB-GAP. O AUMENTO NA ABSORÇÃO NA REGIÃO DO VISÍVEL E INFRAVERMELHO PRÓXIMO FOI ATRIBUÍDO A UM AUMENTO NA CONCENTRAÇÃO DE DEFEITOS QUE, DE ACORDO COM CÁLCULOS BASEADOS NA TEORIA DO FUNCIONAL DA DENSIDADE, ESTÃO RELACIONADOS A ESTADOS DE ENERGIA PROVENIENTES DE VACÂNCIAS DE OXIGÊNIO. OS FILMES DE TIO2 DOPADOS COM DIFERENTES CONCENTRAÇÕES DE MN PERTENCENTES AO TERCEIRO GRUPO TAMBÉM APRESENTAM MORFOLOGIA COLUNAR COMPACTA E UM FORTE FAVORECIMENTO DA FASE RUTILA COM O AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE MN. O FAVORECIMENTO ENERGÉTICO DA FASE RUTILA FRENTE À ANATASE TAMBÉM FOI OBSERVADO NO RESULTADO DOS CÁLCULOS TEÓRICOS. AS CARACTERIZAÇÕES ÓPTICAS EVIDENCIARAM UM DECRÉSCIMO SISTEMÁTICO DO GAP E UM AUMENTO DOS ESTADOS DE CAUDA COM O AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE MN. CÁLCULOS DE PRIMEIROS PRINCÍPIOS SUGEREM QUE A PRESENÇA DO MN PRODUZ MODIFICAÇÕES IMPORTANTES NA ESTRUTURA ELETRÔNICA DO MATERIAL, PRINCIPALMENTE RELACIONADAS AOS ORBITAIS 3D DO MN NO INTERIOR DO GAP E NAS VIZINHANÇAS DAS BANDAS. OS DIVERSOS ASPECTOS EXPERIMENTAIS E TEÓRICOS, OBTIDOS NESTE TRABALHO, PERMITIRAM MAPEAR DETALHADAMENTE OS EFEITOS DOS DEFEITOS ELETRÔNICOS E DA DOPAGEM NAS PROPRIEDADES DO TIO2:MN, POSSIBILITANDO MAIOR CONTROLE DAS CARACTERÍSTICAS DOS FILMES PRODUZIDOS.

Palavras-Chave (EN):

Resumo Original (EN):

THE SEARCH FOR A BETTER UNDERSTANDING OF THE INTERRELATION BETWEEN THE PARAMETERS INVOLVED IN THE PROCESS OF FILM GROWTH AND THE RESULTING STRUCTURAL, ELECTRONIC AND MAGNETIC PROPERTIES WAS THE MAIN MOTIVATION OF THIS WORK. TO THIS PURPOSE, TIO2 FILMS WERE GROWN BY RF MAGNETRON SPUTTERING TECHNIQUE IN DIFFERENT CONDITIONS. IN A FIRST SET, TIO2 FILMS WERE DEPOSITED WITH CONTINUOUS O2 FLOW. IN ANOTHER SET, SYSTEMATIC INTERRUPTIONS IN THE O2 FLOW WERE PERFORMED DURING THE DEPOSITION. THE LAST GROUP OF SAMPLES WAS DEPOSITED USING A CONTINUOUS O2 FLOW AND MN DOPING. A DETAILED ANALYSIS OF THE FIRST GROUP SHOWED THAT THESE FILMS EXHIBIT COLUMNAR MORPHOLOGY WITH MAINLY ANATASE STRUCTURE AND OPTICAL GAP OF ~3.3EV, INDEPENDENT OF THE SUBSTRATE TEMPERATURE (450OC AND 600OC) AND THE AR/O2 RATIO USED. THE DECREASE IN O2 FLUX CAUSED AN INCREASE IN THE SUB-GAP ABSORPTION WHICH WAS ASSOCIATED WITH THE INCREASE IN ELECTRONIC DEFECTS OF THE MATERIAL. ANNEALING IN VACUUM AT 800OC PERFORMED ON PURE TIO2 FILMS SHOWED AN INCREASE IN THE RUTILE FRACTION, A RED SHIFT OF THE OPTICAL ABSORPTION EDGE, AND AN INCREASE OF THE SUB GAP ABSORPTION ASSOCIATED WITH THE INCREASE OF THE ELECTRONIC DEFECTS. THE ANALYSIS OF THE FILMS WERE THE O2 FLOW WAS SYSTEMATICALLY INTERRUPTED DURING THE DEPOSITION SHOWED THAT THE INCREASE IN THE NUMBER OF INTERRUPTIONS DID NOT INTERFERE SIGNIFICANTLY IN THE COLUMNAR MORPHOLOGY, BUT PRODUCED A SIGNIFICANT INCREASE IN THE FRACTION OF RUTILE AND BROOKITE AS WELL AS AN INCREASE IN SUB-GAP ABSORPTION. THE INCREASE IN ABSORPTION IN THE VISIBLE AND NEAR INFRARED WAS ATTRIBUTABLE TO AN INCREASE IN THE CONCENTRATION OF DEFECTS THAT, ACCORDING TO CALCULATIONS BASED ON THE DENSITY FUNCTIONAL THEORY, SHOULD BE RELATED TO ENERGY STATES PROVIDED BY O VACANCIES. THE MN DOPED FILMS ALSO PRESENT A COMPACT COLUMNAR MORPHOLOGY AND A STRONG AND SYSTEMATIC FAVORING OF THE RUTILE PHASE WITH THE INCREASE OF MN CONCENTRATION. THIS FAVORING WAS ALSO OBSERVED IN THEORETICAL CALCULATIONS. THE OPTICAL CHARACTERIZATION REVEALED A SYSTEMATIC DECREASE IN THE GAP AND AN INCREASE IN THE SUB-GAP ABSORPTION WITH THE INCREASE OF MN. FIRST PRINCIPLE CALCULATIONS SUGGEST THAT THE PRESENCE OF MN+4 SUBSTITUTIONAL TO THE TI+4 PRODUCE IMPORTANT MODIFICATIONS IN THE ELECTRONIC STRUCTURE OF THE MATERIAL, MAINLY RELATED TO THE MN 3D ORBITAL IN THE MIDDLE OF THE GAP AND IN THE VICINITY OF THE BAND EDGES. THE VARIOUS EXPERIMENTAL AND THEORETICAL ASPECTS OBTAINED IN THE ANALYSIS ALLOWED THE DETAILED MAPPING OF THE EFFECTS OF BOTH DEFECTS AND MN DOPING ON THE PROPERTIES OF TIO2.

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