Nanofios de Ge : síntese e dispositivos

• Main Author: Kamimura, Hanay
• Other Authors: Chiquito, Adenilson José
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de São Carlos 2016
• Subjects: Semicondutores; Germânio; Transporte eletrônico; CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
• Online Access: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/5038

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4188.pdf: 17164203 bytes, checksum: c6e846b4950688d2d677bf5aabe87316 (MD5) Previous issue date: 2012-03-06 === Universidade Federal de Sao Carlos === Abstract In this work, germanium nanowires' based devices were studied and developed and the influence of natural disorder on the electronic properties of these structures was also investigated. Parameters related to the current transport mechanisms, such as electron mobility, localization length and Schottky barrier height were determined. Such investigations were carried out initially by the fabrication of germanium nanowires using the vapour-liquid-solid method with gold nanoparticles acting as catalysts for the growth process. Morphological and structural characterizations were performed to obtain information about the material: the X-ray di_raction analysis showed a good agreement with the cubic structure of germanium and its diamond-like structure; by scanning and transmission electron microscopy it was found samples with diameter from 20 to 150 nm and length up to tens of micrometers. Furthermore, these techniques allowed the observation of an oxide layer on the surface of the nanowires, whose disordered interface originates localized states, which can also be responsible for changes in electronic properties of the system. Di_erent types of devices were developed for the investigation of the electronic transport in germanium nanowires. The experiment performed on each device allowed the analysis of the disorder's influence on the measured properties: electronic transport within the temperature ranges used for the experiments was dominated by the variable range hopping mechanism, characteristic of disordered systems instead of the expected thermal excitation, typical of semiconductor materials. Further confirmation of these data was obtained using transistor devices and the carrier mobility was found to be lower than the commonly observed values for germanium. These data also agree with the fact of disordered systems exhibits low mobility values due to the presence of localized states. Finally, it was used a device specially designed for the study of the metal/nanowires interface characteristics. In order to determine the Schottky barrier height a two barriers model was used (including temperature dependence). The obtained values (from 0.48 to 0.54 eV ) were di_erent from the usual (0.58 eV for germanium/aluminium contact), which also shows and con_rms the presence of localized states at the metal/nanowire interface, following Bardeen's model for the Schottky barrier formation. To complement this analysis theoretical simulation values for Schottky barrier (∼ 0.5 eV ) were calculated taking into account the contribution of surface states. This value corresponding to density of states of 1012 ∼ 1013cm−2eV −1. Comparing both theoretical and experimental Schottky barrier heights, the presence of localized states generated by disorder was confirmed. === Neste trabalho foram desenvolvidos e estudados dispositivos baseados em nanofios de germânio e a influência da desordem natural sobre as propriedades eletrônicas destas estruturas foi investigada. Parâmetros relacionados aos mecanismos de transporte de corrente, tais como mobilidade eletrônica, comprimento de localização e altura de barreira Schottky nas interfaces metal/nanofio foram determinados. Para realizar tais investigações, inicialmente foram fabricados nanofios de germânio pelo método vapor-líquido-sólido, utilizando nanopartículas de ouro como catalisadores do processo de crescimento. Foram feitas caracteriza ções morfológicas e estruturais para obtenção de informações sobre o material, sendo as principais: a análise por difração de raios-X, cujos resultados mostraram uma grande concordância com a estrutura cúbica de germânio e sua rede tipo diamante, e as análises por microscopia eletrônica de varredura e transmissão, por meio das quais foi possível observar o diâmetro (entre 20 e 150 nm) e comprimento (até dezenas de micrometros) das amostras. Além disso, estas técnicas permitiram observar a presença de uma camada de óxido na superfície dos nanofios, cuja interface desordenada origina estados localizados, os quais podem também ser responsáveis por alterações nas propriedades eletrônicas do sistema. Foram desenvolvidos diferentes tipos de dispositivos para permitir a exploração das propriedades eletrônicas de transporte nos nanofios de germânio. Os experimentos realizados em cada dispositivo, permitiram o estudo da influência da desordem nas propriedades mensuradas: o transporte eletrônico nas faixas de temperatura usadas para os experimentos foi dominado pelo mecanismo hopping de alcance variável, característico de sistemas desordenados ao invés da esperada excitação térmica típica de materiais semicondutores. Este resultado confirmou as observações realizadas pelas técnicas de caracterização estrutural indicando a presença de uma camada de óxido na superfície dos nanofios, uma vez que a interface óxido/nanofio tende a ser desordenada. Uma confirmação adicional destes dados foi obtida em dispositivos especiais (transistores) nos quais pôde-se determinar a mobilidade de portadores que forneceu valores bem abaixo do comumente observado para o germânio. Estes dados concordam com o fato de que sistemas desordenados apresentam baixos valores de mobilidade devido à presença de estados localizados. Finalmente, foi utilizado um dispositivo especialmente desenhado para o estudo das características das interfaces metal/nanofios. Para determinar a altura de barreira de potencial nas interfaces dos contatos elétricos e em diferentes temperaturas foi usado o modelo de duas barreiras Schottky. Os valores obtidos (entre 0,48 e 0,54 eV ) foram diferentes do usual (0,58 eV para o contato de germânio com alumínio), fato que também que evidencia e confirma a presença de estados localizados nas interfaces metal/nanofios seguindo o modelo de Bardeen para o mecanismo de formação da barreira de potencial. Para complementar esta análise, valores obtidos por simulação computacional para altura de barreira Schottky (∼ 0.5 eV ) foram calculados levando em consideração a contribuição de estados de superfície. Este valor corresponde à densidades entre 1012 e 1013cm−2eV −1. Comparando os dados teóricos e experimentais das alturas de barreira Schottky, a presença de estados localizados, gerados por desordem, foi confirmada.