Author(s):
Peres, Marco António Baptista 
Date: 2007
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/2577
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Física; Espectroscopia óptica; Fotoluminescência; Óxido de zinco; Nanocristais
Description
Neste trabalho procedeu-se à caracterização óptica de amostras
monocristalinas, filmes finos e nanoestruturas de óxido de zinco (ZnO).
Neste estudo utilizou-se fundamentalmente a técnica de fotoluminescência
sob condições de estado estacionário. A identificação e análise dos
centros opticamente activos em amostras não dopadas e intencionalmente
dopadas com iões lantanídeos (quer por implantação iónica, quer durante
a síntese) constituíram os objectivos fundamentais do trabalho realizado.
Para estabelecer os mecanismos de recombinação radiativa e analisar os
processos de extinção térmica da luminescência foram realizados estudos
de fotoluminescência em função da temperatura, energia e densidade de
excitação. Nalgumas situações são também apresentadas análises de
espectroscopia resolvida no tempo, ou seja, da dependência da evolução
temporal da luminescência.
O trabalho foi desenvolvido em amostras provenientes de várias fontes
resultado de diversas cooperações nacionais e internacionais entre as
quais: o ITN, (cedência de amostras monocristalinas não dopadas e
intencionalmente dopadas por implantação iónica com iões lantanídeos),
Nanovation (cedência de amostras monocristalinas e filmes finos de ZnO
crescidos por PLD em diferentes substratos), Universidade de Valência e
CNRS/CHREA (cedência de filmes finos de ZnO crescidos por MOCVD e
MBE), IST (filmes finos de ZnO crescidos por PLD), CENIMAT//UNL
(filmes finos de ZnO crescidos por RF e amostra monocristalina Tokyo
Dempa), Departamento de Física/Ciceco (filmes finos de ZnO crescidos
por RF) e Departamento de Química/Ciceco da UA (síntese química de
nanocristais de ZnO não dopados e intencionalmente dopados com iões
lantanídeos).
A utilização de diferentes amostras revelou-se crucial para a identificação
dos centros opticamente activos nas amostras monocristalinas. Como se
pode constatar ao longo do trabalho as diferentes metodologias de
crescimento utilizadas na produção das amostras é responsável pela
presença de diferentes contaminantes (ex. H, Al, Ga, N) e diferentes
defeitos intrínsecos que estão na origem das recombinações observadas
quer próximo do limiar de absorção do material (transições
correspondentes à recombinação de excitões ligados) quer devido à
presença de níveis electrónicos profundos no hiato do material
(tipicamente responsáveis pelo aparecimento de bandas largas não
estruturadas).
De modo análogo, os parâmetros de crescimento e dopagem, os efeitos
da implantação, dos subsequentes tratamentos térmicos induzem
alterações significativas nos espectros ópticos que são explorados e
analisados ao longo deste trabalho
Deste modo, esta tese apresenta-se como uma contribuição para
esclarecer algumas das questões pertinentes relativamente às
propriedades ópticas do ZnO, nomeadamente no âmbito da caracterização
das emissões observadas em amostras não dopadas e intencionalmente
dopadas com iões terras raras.
ABSTRACT: In this work it has been done the optical characterization of
monocrystalline, thin films and nanostructures of ZnO. It was mainly used
photoluminescence technique in stationary state. The identification and
analyse of the optical active centres in doped (by ion implantation and in
growth) and undoped samples was the main purpose of this work. Studies
of photoluminescence with temperature, excitation energy and density
have been done to establish the radiative recombination mechanisms and
analyse the different processes involved in the luminescence thermal
quenching. Studies of time resolved spectroscopy have also been done for
some cases.
This work has been developed using samples from different sources,
resulting from different international and national cooperations, like
ITN(monocrystalline samples undoped and doped by ion implantation with
different lanthanides), Nanovation (thin film samples growth by PLD in
different samples and same monocrystalline samples), Universidade
Valência ( thin films growth by MOCVD and MBE), IST (thin films growth by
PLD), CENIMAT/UNL (thin films growth by RF and a monocrystalline
sample from Tokio Dempa), Departamento Fisica/CICECO (doped and
undoped nanocrystalline samples with different lanthanides growth by
chemical synthesis).
The use of different samples was shown to be crucial for the identification
of optical active centres in monocrystalline samples.
During this work it will be shown that different growth methodologies can
induce different contaminations (eg. H,Al,Ga,N) and different intrinsic
defects, that are responsible for the different recombinations observed
near the band edge (transitions from free and bound excitons) and
recombinations due to deep electronic levels inside the gap (typically this
kind of recombinations are responsible for the presence of unstructured
large bands).
In a similar way, the growth parameters, the dopants, the implantation
effects and the annealing, induce significant changes in the optical spectra
that will be explored and analyzed in this work.
This thesis appears like a contribution to clarify some pertinent questions
relatively to the ZnO optical properties, namely the characterization of the
observed emissions in undoped samples and in intentionally doped
samples with rare earth ions. Mestrado em Física
