Produção e carcterização de filmes de Bi-Mn crescidos por evaporação térmica

• Main Author: Ratkovski, Danilo Roberto
• Other Authors: Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduaçao em Física
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: 2017
• Online Access: http://hdl.handle.net/1884/45218

Orientador: Prof. Dr. Celso de Araújo Duarte === Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 20/08/2015 === Inclui referências : f. 96-101 === Resumo: Neste trabalho é apresentado o resultado de investigações das propriedades estruturais e elétricas de filmes de bismuto (Bi) e manganês (Mn) em diferentes proporções em massa, produzidos por evaporação térmica sobre substratos de vidro. As análises estruturais compreenderam perfilometria, difração de raios X, espalhamento Raman, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDS, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), e a análise das propriedades elétricas compreendeu o levantamento de curvas de tensão em função da corrente para diversas temperaturas. A análise estrutural revelou filmes com textura granular, com grãos variando da forma poliédrica na ausência de Mn, e assumindo forma irregular com o acréscimo desse elemento ao filme, mas com superfície aparentemente lisa. Todas as amostras apresentaram picos de difração de raios X associados a fases de Bi e seus óxidos. Amostras com Mn revelaram algumas fases cristalinas desse elemento ligadas apenas a O. Uma amostra de Mn sem Bi apresentou apenas a fase amorfa. A análise química revelou a presença de quantidade expressiva dos elementos não intencionais C e O, sendo que o primeiro destes não se ligou quimicamente aos elementos precursores Bi e Mn. Curvas de tensão em função da corrente foram levantadas para dispositivos na geometria planar de quatro pontas (filme quadrado, contatos nos vértices). Os filmes de Bi e Mn revelaram caráter ôhmico, e das curvas de resistividade em função da temperatura se extraiu energias de ativação. As curvas de tensão em função da corrente revelaram ainda um offset (deslocamento paralelo ao longo do eixo da tensão), de origem ainda não identificada, mas sem relação aparente com efeitos fotoelétricos, termoelétricos, magetoelétricos, ou mesmo artefatos experimentais. Realizou-se também medidas de tensão em função da corrente para um filme de Bi na geometria transversal. Dois dispositivos desse tipo apresentaram leve não linearidade a temperaturas elevadas, que se acentuou gradualmente com a redução até 20 K. Dois outros dispositivos apresentaram, entretanto um salto da não linearidade na janela de temperatura de aproximadamente 80 - 90 K, abaixo da qual o comportamento prosseguiu com variação gradual. Essa não linearidade é atribuída por nós a efeitos de barreiras potenciais formados a nível microscópico em granulações, que resultam em restrições ao fluxo da corrente elétrica que se dá por tunelamento. No presente momento é desconhecido, entretanto, a natureza do mecanismo que determina a variação brusca da não linearidade. === Abstract: The present work reports on the results of experimental investigations about the structural and the electrical properties of bismuth (Bi) and manganese (Mn) compound films with different relative atomic content, grown by thermal evaporation on glass substrates. The structural analysis comprised profilometry, X-ray diffraction (XRD), Raman scattering, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and the analysis of the electrical properties comprised the obtainment of voltage versus current (VxI) curves with the variation of the temperatures. The structural analysis revealed that the films have granular structure, where the grain shape varied from polyhedral form on the absence of Mn to a smoothed surface irregular shape as Mn was added. All samples showed X-ray diffraction peaks associated to phases of Bi and Bi oxides, and the samples with Mn revealed some crystalline phases containing Bi and its oxides. The film of pure Mn revealed only an amorphous phase. Chemical analysis by EDS showed the presence of significant amount of unintentional C and O elements, the first of them not chemically associated to elements Bi or Mn. IxV curves traced for Bi - Mn films on the four-point planar architecture revealer ohmic character. From the resistivity curves as a function of the temperature the activation energies were obtained. The IxV curves revealed an unexpected nonzero offset (parallel displacement along the voltage axis) apparently not associated to either photoelectric, thermoelectric, magnetoelectrics effects, or even experimental artifacts. It was investigated the electrical behavior of a Bi film along the transversal geometry. Two of such devices presented a slight non-linearity at room temperatures, which gradually increased with the reduction down to 20 K. Two other devices presented a sudden jump on the non-linearity in the temperature window of about 80 - 90 K, and below that, the behavior the variation pursued slowly. This non-linearity is assigned by us to the effect of potential barriers formed at the microscopic level granulations throughout which the flow of electric current occurs via tunneling. At present moment it is not envisaged the nature of the mechanism that governs the sudden increase of the non-linearity.