Estudo das propriedades de transporte elétrico em nanoestruturas de Pb₍₁₋ₓ₎Sn₍ₓ₎Te.

Abstract

Neste trabalho, são apresentadas as caracterizações estruturais e elétricas dos filmes semicondutores de p-Pb₁₋ₓSnₓTe, com espessuras variando de 1μm a 10nm e com concentrações de estanho próximas de 40%. Essa concentração foi escolhida por ser a concentração próxima da região de inversão de bandase por ter revelado uma série de efeitos interessantes em investigações previas realizadas pelo grupo. O crescimento dos filmes foi realizado por epitaxia de feixe molecular (MBE), cujo sistema está instalado no LAS/INPE. O acompanhamento do crescimento dos filmes foi feito pela técnica, in situ, de difração de elétrons de alta energia, refletidos (RHEED). As imagens obtidas por RHEED foram comparadas com as imagens obtidas por microscopia de força atômica (AFM) e foi confirmado que o crescimento dos filmes ocorre incialmente em ilhas que posteriormente coalescem, formando camadas. Para a liga de 10nm, entretanto, não foi possível o coalescimento das ilhas. Foram feitas medições de difração de raios X de alta resolução (HRXRD) nas quais se observou o alargamento da largura de meia altura dos espectros com o descréscimo da espessura dos filmes. Através dos espectros de HRXRD, foram obtidos os parâmetros de rede dos filmes e suas respectivas concentrações reais de estanho. A fim de obter uma descrição da dinâmica de transporte elétrico, foram realizadas medições de efeito Hall, com e sem iluminação, e fotocondutividade na amostra 15079, com espessura de 1μm. Assim como era esperado, foi observado que a introdução de estanho na liga de PbTe altera o comportamento das curvas de resistividade, mobilidade e concentração de portadores para baixas temperaturas. Essas medições preveem a existência de um nível de defeitos, indicado pela observação de espalhamento coulombiano. Ademais, as medições de efeito Hall com luz não apresentaram mudanças significativas comparadas às medições sem luz. Foram realizadas medições de fotocondutividade para temperaturas entre 85 e 300K, com radiações azul e infravermelha, a fim de se verificar a presença do possível nível de defeito e a dinâmica de portadores da amostra 15079. Surpreendentemente, foi observado o feito anômalo de fotocondutividade negativa, onde a condutividade elétrica diminuesob iluminação. Das medições com luz azul, foram extraídos os tempos de recombinação relativos a cada temperatura. A partir deste dado, foi obtida a energia de ativação e foi então possível descrever a dinâmica dos portadores. Os resultados obtidos das medições com luz infravermelha concordam com os resultados obtidos com luz azul. Por fim, através dos cálculos das taxas de geração e recombinação dos portadores, foi possível explicar o fenômeno de fotocondutividade negativa observado nessa amostra. A explicação baseou-se na análise dos valores de saturação das curvas de fotocondutividade.