Estudo de filmes finos de PbTe:CaF2 crescidos por epitaxia de feixe molecular

• Main Author: Anderson Kenji Okazaki
• Other Authors: Paulo Henrique de Oliveira Rappl
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2015
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2015/02.12.13.42

Este trabalho tem como objetivo investigar as propriedades estruturais e elétricas de filmes de PbTe dopados com CaF$_{2}$. Com esse propósito, filmes de PbTe:CaF$_{2}$ foram crescidos pela técnica de epitaxia de feixe molecular sobre substrato cristalino de BaF$_{2}$ (111), com a temperatura da fonte de CaF$_{2}$ variando entre 500$^{°}$C e 1250$^{°}$C. A espessura dos filmes crescidos variou de 1,8 a 3,5 $\mu$m, e filmes com espessura acima de 2,4 $\mu$m apresentaram uma diminuição na densidade de defeitos em sua superfície. Nas amostras com oferta de CaF$_{2}$. abaixo de 1010$^{°}$C, as imagens de difração de elétrons de alta energia medidas \emph{in situ} exibiram um padrão característico de uma superfície plana com degraus. Para temperaturas maiores da fonte de CaF$_{2}$., os padrões revelaram que a deposição ocorreu em ilhas. A presença de pequenos aglomerados observados nas imagens de microscopia de força atômica corrobora com este resultado. Uma nítida fase de condensados de CaF$_{2}$. foi observada nas varreduras $\omega$-2$\Theta$ das análises de difração de raios-x para as amostras que continham estas ilhas. Nas amostras com oferta de dopante abaixo de 900$^{°}$C, os valores da largura à meia altura do pico de Bragg (222) do PbTe ficaram próximos a 103${"}$, valor similar ao da amostra de referência sem dopante, mostrando que a presença do fluoreto não afetou significativamente a qualidade cristalina dos filmes. O parâmetro de rede manteve-se muito próximo ao valor tabelado do PbTe volumétrico (6,462 A), revelando que a oferta de CaF$_{2}$., não causou uma tensão significativa nos filmes. A energia de gap à temperatura ambiente também se manteve próxima ao valor tabelado para o PbTe (0,32 eV), mostrando que a adição do dopante não causou a formação de uma nova liga. A concentração de portadores dos filmes de PbTe:CaF$_{2}$. flutuou entre 1,5 10$^{17}$ e 3,6 10$^{17}$ cm$^{-3}$ a 77 K, não exibindo um comportamento sistemático à medida que a oferta do fluoreto aumentava. Os resultados das medidas elétricas mostraram que a oferta de CaF$_{2}$. durante o crescimento não produziu um efeito de dopagem extrínseca para o PbTe. === This work aims to investigate the structural and electrical properties of PbTe films doped with CaF$_{2}$. For this purpose, PbTe:CaF$_{2}$. films were grown by molecular beam epitaxy on (111) BaF$_{2}$. crystalline substrates, with the CaF$_{2}$. source temperature varying between 500$^{°}$C and 1250$^{°}$C. The thickness of the grown films ranged from 1.8 to 3.5 $\mu$m and films thicker than 2.4 $\mu$m presented a lower surface defect density. For samples grown with a CaF$_{2}$. source temperature lower than 1010$^{°}$C, the high energy electron diffraction images measured \emph{in situ} exhibited a pattern characteristic of a flat surface with steps. For higher CaF2 source temperature, the patterns revealed that the deposition occurred in islands. The presence of small agglomerates observed in the atomic force microscopy images corroborates with this result. An evident phase of CaF$_{2}$. condensates in the samples that presented these islands was observed in the $\mu$-2$\theta$ scans of the x-ray diffraction analysis. For the samples with a dopant offer lower than 900$^{°}$C, the values of the full width at half maximum of the (222) PbTe Bragg peak stayed near to 103${"}$, a value similar to the one of the undoped reference sample, what demonstrates that the presence of the fluoride did not affect significantly the crystalline quality of the PbTe films. The lattice parameter of the grown films remained very close to the tabulated value of the bulk PbTe (6.462 A), revealing that the CaF$_{2}$. offer did not cause a significant stress in the films. The energy gap at room temperature also remained close to the tabulated value of PbTe (0.32 eV), showing that the CaF$_{2}$. addition did not form a new alloy. The carrier concentration of the PbTe:CaF2 films fluctuated between 1.5 10$^{17}$and 3.6 10$^{17}$ cm$^{-3}$ at 77 K, and did not exhibit a systematic behavior as the fluoride offer raised. The electrical measurement results showed that the CaF$_{2}$. offer during growth did not produce an extrinsic doping effect on PbTe.