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Crescimento de nanofios semicondutores de GaP/GaInP pelo método MOCVD

Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) é atualmente uma das técnicas mais utilizadas para crescer nanoestruturas, com aplicações em células solares, lasers, e sensores. A técnica consiste no depósito de filmes finos ou nanoestruturas a partir de reações químicas do precursor organometálico...

Full description

Main Author: RIOS, Nathalia Pereira Santos Machado
Other Authors: FALCÃO, Eduardo Henrique Lago
Format: masterThesis
Language: por
Published: Universidade Federal de Pernambuco 2019
Subjects:
Semicondutores
Nanotecnologia
Microscopia eletrônica
Online Access: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/29090
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id ir-123456789-29090
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spelling ir-123456789-290902019-02-14T05:05:39Z Crescimento de nanofios semicondutores de GaP/GaInP pelo método MOCVD Crescimento de nanofios de GaInP e GaP/GaInP por MOCVD RIOS, Nathalia Pereira Santos Machado FALCÃO, Eduardo Henrique Lago SACILOTTI, Marco Antonio http://lattes.cnpq.br/9236484816685860 http://lattes.cnpq.br/0614524019382645 Semicondutores Nanotecnologia Microscopia eletrônica Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) é atualmente uma das técnicas mais utilizadas para crescer nanoestruturas, com aplicações em células solares, lasers, e sensores. A técnica consiste no depósito de filmes finos ou nanoestruturas a partir de reações químicas do precursor organometálico com a superfície do substrato. Parâmetros como temperatura e pressão do sistema, estrutura molecular do precursor, catalisadores e velocidade de fluxo do organometálico definem a morfologia e estrutura do material obtido. Neste contexto este trabalho se concentrou na fabricação de nanofios semicondutores por MOCVD, e na caracterização dessas nanoestruturas por diversas técnicas. A primeira etapa do trabalho se concentrou no crescimento de nanofios semicondutores de GaP/GaInP sobre substratos de InP. Imagens de MEV mostraram nanofios com esferas no topo, e grande densidade de nanofios sobre o substrato. Imagens de MET de alta resolução comprovaram a existência de estruturas do tipo nós de bambu, e permitiram determinar a direção <111> de crescimento dos planos cristalinos. A formação de heteroestruturas foi confirmada por EDS, em que se observou a presença de In, Ga e P em algumas regiões do nanofio e apenas Ga e P em outras regiões. Apesar dos fios possuírem esferas em seu topo, o modelo VLS (Vapor Liquid Solid) não parece explicar satisfatoriamente os crescimentos neste trabalho. A segunda parte dos resultados se concentrou em um novo método de crescimento de nanofios semicondutores de (Ga,In)P. Nesta proposta, pó de InP foi adicionado sobre o substrato de Si (100), na região de crescimento. Imagens de MET mostraram que os nanofios possuem tamanhos variando entre 10 e 100 μm e diâmetro na ordem de 10-300 nm. Existem três tipos de estruturas crescidas com este novo método: nanofios retos, nanofios com ramificações e nanofios tipo novelo de lã. A novidade no crescimento destes nanofios é a inexistência da esfera catalisadora (mecanismo VLS) na extremidade do nanofio (seja ele reto, ramificado ou enrolado). Análises de MET mostraram que a direção dos planos cristalinos, presentes ao longo dos fios, é <111>. A presença de In, Ga e P ao longo do nanofio foi confirmadas por EDS. Imagens de MFA e MET mostraram que a superfície lateral dos nanofios é acidentada, apresentando nanodiscos na direção de crescimento. Estes nanodiscos representam torções (twins) na direção de crescimento. A fotoluminescência de conjuntos destes nanofios, à temperatura ambiente, mostra picos largos que podem ser relacionados a composições variadas da família (Ga,In)P. CAPES Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) is presently one of the most used techniques to grow nanostructures, with applications in solar cells, lasers, and sensors. The technique consists in depositing thin films or nanostructures resulting from the chemical reactions of the organometallic (OM) precursor with the substrate surface. Parameters like temperature and pressure of the system, molecular structure of the precursor, presence of catalysts and velocity of OM flow define the morphology and structure of the material formed. This work has focused on manufacturing semiconductor nanowires by MOCVD, and on characterizing these nanostructures by a lot of techniques. The first stage of this work focused on the growth of GaP/GaInP semiconductor nanowires on InP substrates. Images of SEM showed nanowires with spheres on top, and high density of nanowires on the substrate. High resolution TEM images proved the existence of bamboo knot structures, and allowed to determine the direction <111> growth direction of the crystal planes. The formation of heterostructures was confirmed by EDX (spectroscopy energy dispersive), which noted the presence of In, Ga and P in some regions of the nanowires and only Ga elsewhere. Despite the wires spheres having on its top, the model VLS (Vapor Liquid Solid) does not seen to explain satisfactorily the growths in this work. The second stage of results was concentrated in the new method of growth of semiconductors nanowires of (Ga, In)P. In this proposal, InP powder was added on the Si (1 0 0) substrate, in region of growth. TEM images showed that the nanowires have the size ranging between 10 and 100 μm and diameter varying in the order of 10-300nm. There are three types of structures grown with this new method: straight nanowires, branched with nanowires and nanowires of type balls of wool. The novelty in the growth this nanowires is the absence of sphere catalyst (VLS mechanism) at the end of the wires (be it straight, branched or rolled). TEM analysis showed that direction of crystal planes, present along the wires is <111>. The presence of In, Ga and P along the wire were confirmed by EDX. AFM and TEM images showed that the lateral surface is rugged, presenting nanodiscs in direction of the growth. These nanodiscs represent twists (twin) in growth direction. The PL of all the nanowires, room temperature, show broad peaks that can be related with varied compositions of (Ga, In)P family. 2019-02-13T15:23:37Z 2019-02-13T15:23:37Z 2013-08-29 masterThesis https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/29090 por openAccess Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ Universidade Federal de Pernambuco UFPE Brasil Programa de Pos Graduacao em Quimica
institution REPOSITORIO UFPE
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Nanotecnologia
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RIOS, Nathalia Pereira Santos Machado
Crescimento de nanofios semicondutores de GaP/GaInP pelo método MOCVD
description Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) é atualmente uma das técnicas mais utilizadas para crescer nanoestruturas, com aplicações em células solares, lasers, e sensores. A técnica consiste no depósito de filmes finos ou nanoestruturas a partir de reações químicas do precursor organometálico com a superfície do substrato. Parâmetros como temperatura e pressão do sistema, estrutura molecular do precursor, catalisadores e velocidade de fluxo do organometálico definem a morfologia e estrutura do material obtido. Neste contexto este trabalho se concentrou na fabricação de nanofios semicondutores por MOCVD, e na caracterização dessas nanoestruturas por diversas técnicas. A primeira etapa do trabalho se concentrou no crescimento de nanofios semicondutores de GaP/GaInP sobre substratos de InP. Imagens de MEV mostraram nanofios com esferas no topo, e grande densidade de nanofios sobre o substrato. Imagens de MET de alta resolução comprovaram a existência de estruturas do tipo nós de bambu, e permitiram determinar a direção <111> de crescimento dos planos cristalinos. A formação de heteroestruturas foi confirmada por EDS, em que se observou a presença de In, Ga e P em algumas regiões do nanofio e apenas Ga e P em outras regiões. Apesar dos fios possuírem esferas em seu topo, o modelo VLS (Vapor Liquid Solid) não parece explicar satisfatoriamente os crescimentos neste trabalho. A segunda parte dos resultados se concentrou em um novo método de crescimento de nanofios semicondutores de (Ga,In)P. Nesta proposta, pó de InP foi adicionado sobre o substrato de Si (100), na região de crescimento. Imagens de MET mostraram que os nanofios possuem tamanhos variando entre 10 e 100 μm e diâmetro na ordem de 10-300 nm. Existem três tipos de estruturas crescidas com este novo método: nanofios retos, nanofios com ramificações e nanofios tipo novelo de lã. A novidade no crescimento destes nanofios é a inexistência da esfera catalisadora (mecanismo VLS) na extremidade do nanofio (seja ele reto, ramificado ou enrolado). Análises de MET mostraram que a direção dos planos cristalinos, presentes ao longo dos fios, é <111>. A presença de In, Ga e P ao longo do nanofio foi confirmadas por EDS. Imagens de MFA e MET mostraram que a superfície lateral dos nanofios é acidentada, apresentando nanodiscos na direção de crescimento. Estes nanodiscos representam torções (twins) na direção de crescimento. A fotoluminescência de conjuntos destes nanofios, à temperatura ambiente, mostra picos largos que podem ser relacionados a composições variadas da família (Ga,In)P.
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