Author(s): Costa, Ângelo Rafael Granadeiro
Date: 2011
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/8503
Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
Subject(s): Monocristais de Ti02 e Zn0; Implantação iónica; Resistividade eléctrica; Regime de Mott e de Efros-Shklovskii; Magnetoresistência; Magnetómetro SQUID; Teses de mestrado - 2011
Tese de mestrado em Física (Física da Matéria Condensada e Nanomateriais), apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2011
Neste trabalho, foram estudados monocristais de ZnO e TiO2 implantados com iões de metais de transição e de gases inertes, com fluências nominais que variaram entre 11016 cm‐2 e 101016 cm‐2 e energia de implantação de 150 keV, com o objectivo de compreender a influência dos diferentes tipos de elementos dopantes no comportamento eléctrico destes materiais. Todas as amostras utilizadas neste trabalho foram implantadas no Laboratório de Feixe de iões (LFI) do ITN sendo a sua caracterização eléctrica estudada no estado as‐implanted e após tratamento térmico, realizada no LCMBT no Departamento de Física/CMFC da FCUL. Todos os monocristais de ZnO dopados, no estado as‐implanted, apresentaram resistências eléctricas superiores ao limite experimental dos equipamentos, tendo sido classificados como isolantes. Após tratamento térmico em vácuo a 1073 K durante uma hora, todos cristais revelaram um comportamento típico de um semicondutor dopado mas, dependendo do elemento implantado, com mecanismos de transporte de carga diferentes. Os monocristais de TiO2 implantados com cobalto e ferro, no estado as‐implanted, apresentaram um comportamento típico de um semicondutor dopado com desordem, cujo transporte de carga foi descrito pelo modelo de salto de alcance variável entre estados localizados, independentemente do ião implantado e da ordem de implantação, no caso em que dois tipos de iões foram implantados no mesmo cristal. Após tratamento térmico, o cristal co‐implantado com ferro e cobalto em sucessão apresentou um comportamento eléctrico similar ao do monocristal não implantado, sendo o transporte feito por estados estendidos enquanto a amostra co‐implantada pela ordem inversa com cobalto e ferro, não apresentou resultados reprodutíveis. No decurso deste trabalho efectuou‐se também o estudo da magnetoresistência dos monocristais implantados para campos magnéticos aplicados, entre ‐5.5 T e 5.5 T, no intervalo de temperaturas compreendido entre 2 K e 300 K. Para isso foi desenvolvido uma rotina, em linguagem Delphi, com o objectivo de integrar o controlo dos instrumentos encarregados das medidas eléctricas no programa de comando do magnetómetro SQUID, encarregue do controlo do campo magnético e da temperatura. Todos os sistemas implantados, à excepção dos cristais de ZnO implantados com manganês, revelaram efeitos magnetoresistivos nas condições utilizadas para este estudo.
In this work, we studied single crystals of zinc oxide and titanium dioxide, implanted with metal and inert ions, with nominal fluences ranging between 11016 cm‐2 and 101016 cm‐2 and energy of implantation of 150 keV, in order to understand the influence of the different types of doping elements on the electrical behavior of these materials. All crystals were implanted in the Ion Beam Laboratory (LFI) from Instituto Nuclear e Tecnológico (ITN) and their electrical characterization in as‐implanted state and after thermal annealing was carried out at the Physics Department/CMFC of FCUL. All ZnO doped crystals, in as‐implanted state, presented electrical resistances above our experimental limit and were considered insulators. After thermal annealing, all crystals showed behavior typical of a doped semiconductor, but described by different transport models depending on the implanted element. Doped TiO2 single crystals, in the as‐implanted state, behaved as a semiconductor doped with disorder, the charge transport being described by the model of variable range hopping between localized states independent of the implanted ions and irrespective of the order of ion implantation in the case of samples implanted with two different ions. After thermal annealing, the crystal co‐doped with iron and cobalt, displayed a behavior similar to the non‐implanted single crystal, the charge transport being dominated by extended states contributions. The sample co‐doped with cobalt and iron, didn’t show reproducible results. In this work, the samples magnetoresistivity was also characterized for applied magnetic fields in the range between ‐5.5 T and 5.5 T, and temperatures between 2 K and 300 K. A routine, in Delphi language was developed to include the control of the instruments responsible for the electric measurements in the command program of the SQUID magnetometer. All implanted crystals with the exception of manganese doped zinc oxide, showed magnetoresistive effects under the conditions used for this study.
