Bi2Se3: eletrodeposição de filmes finos e cálculos Ab initio de defeitos pontuais

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Bi2Se3: eletrodeposição de filmes finos e cálculos Ab initio de defeitos pontuais

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Título: Bi2Se3: eletrodeposição de filmes finos e cálculos Ab initio de defeitos pontuais
Autor: Tumelero, Milton Andre
Resumo: Neste trabalho foi realizado um estudo sistemático sobre a eletrodeposição do composto seleneto de bismuto (Bi2Se3) em substrato de Si(100). Em paralelo, foram realizados cálculos de primeiros princípios com o objetivo de encontrar as energias de formação e de transição para diferentes defeitos pontuais existentes em Bi2Se3. O trabalho foi dividido em duas partes, a primeira com resultados experimentais e a segunda com resultados teóricos. Na primeira parte é mostrado que as amostras obtidas com eletrodeposição em Si(100) apresentam majoritariamente a fase cristalina ortorrômbica. O crescimento dos filmes finos sobre substrato de Si(100) ocorre em duas etapas de nucleação, onde a segunda etapa gera filmes finos cristalinos e com crescimento preferencial dos planos (020). O gap de energia obtido para a fase ortorrômbica do Bi2Se3 foi 1,25 eV, que é maior que os valores previstos teoricamente. Filmes de Bi2Se3 puramente na fase hexagonal foram obtidos através de tratamentos térmicos. Foi mostrado que há um forte alinhamento do eixo basal da estrutura cristalina hexagonal com o eixo perpendicular ao plano do substrato. Amostras obtidas em diferentes substratos indicam que o crescimento não é epitaxial. A caracterização elétrica indica um comportamento condutivo ativado termicamente para as amostras de Bi2Se3 na fase ortorrômbica e comportamento elétrico degenerado para amostras em fase hexagonal. Os valores medidos de resistividade elétrica e coeficiente Seebeck estão de acordo com valores prévios relatados e confirmam a qualidade das amostras eletrodepositadas. Na segunda parte do trabalho foramrealizados cálculos teóricos com DFT, que mostram que os defeitos mais estáveis na fase hexagonal do Bi2Se3 são as vacâncias de Se1 e os Bi intersticiais. Para a fase ortorrômbica os mais estáveis são as vacâncias de Se e os antisítios de Bi e de Se, explicando o comportamento elétrico tipo-n.<br>Abstract : We present a study of electrodeposition of Bismuth Selenide (Bi2Se3) on Si(100) substrate. At same time, first principles calculation was performed in order to find the formations and transitions energies of some possible native point defects in Bi2Se3. The work was separated in two parts, the experimental one and the theoretical one. In the first part, we show that samples obtained by electrodeposition on Si(100) substrate present predominance of orthorhombic crystalline phase. The growth of thin films occurs in two nucleation steps and with preferential growth of (020) plane. The measured bandgap of 1.25 eV is larger than values expected from theoretical predictions. Thin films of hexagonal crystalline phase were obtained by thermal annealing of the samples. The electrical characterization of orthorhombic phase samples shows thermal activated behavior, with two activation energies. The hexagonal phase samples show degenerated semiconductive behavior. The measured electrical resistivity and Seebeck coefficient are in accordance with previous studies and confirm the quality of our samples. In the second part of the work, we perform DFT calculation that shows that the most stable defects of hexagonal Bi2Se3 are the selenium vacancies and bismuth interstitials. In the case of orthorhombic Bi2Se3 the most stable defects are the selenium vacancies and the Se and Bi antisites. These defects are enough to explain the n-type conduction found in both phases of Bi2Se3.
Descrição: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2014.
URI: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/129335
Data: 2014


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