Preparação e caracterização de semicondutores de PbS e 'B IND. I 'IND. 2' 'S IND. 3' obtidos pelo método de deposição em banho químico

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Preparou-se e caracterizou-se, neste trabalho, semicondutores de PbS (Chumbo Sulfide) e Bi2S3 (Bismuto Sulfide) através do método de Deposição por Banho Químico (CBD). Este método tem provado ser o método mais barato e também não poluente. A técnica consistiu na preparação de solução de íons metálicos misturada em uma solução que contenha o íon S-2 formar o semicondutor na forma de filme fino e precipitado (pó). Semicondutor de PbS foi preparado misturando, em temperatura ambiente, solução de acetato de chumbo, hidróxido de sódio, tiouréia e trietanolamina (TEA). Por outro lado, semicondutor de Bi2S3 foi preparado misturando, em temperatura ambiente, solução de nitrato de bismuto, tioacetamida e trietanolamina. A medida de difração de Raios-X (XRD) mostrou a uma estrutura cúbica de face centrada de PbS e uma estrutura ortorrômbica de Bi2S3, que além de formar os semicondutores, mostrou indícios de impureza (sulfate e hidroxidos) em tratamento térmico acima de 200ºC. Pela medida de Calorimetria Diferencial de Varredura, (DSC) dos pós dos semicondutores, o dado mostrou que para PbS a temperatura de cristalização está em torno de 350ºC e para Bi2S3 está em torno de 273ºC com formações de outras fases. Medidas de Transmitância Uv-Vis-Nir foram usadas para determinar os gaps ópticos para os filmes finos semicondutores. Considerando as transições diretas e indiretas, os valores dos gaps para os filmes finos de PbS estiveram em torno de 0,5 eV e para os filmes finos de Bi2S3 em torno de 1,6 eV, mudando com o tratamento térmico. A medida Espectroscopia Fotoelétria de Raios-X (XPS) foi usada para mostrar a evolução de crescimento dos semicondutores nos filmes. Na medida elétrica, a resistência diminuiu com o aumento da temperatura, mostrando o comportamento típico dos semicondutores.

In this work, we prepared and characterized PbS (Lead Sulfide) and Bi2S3 (Bismuth Sulfide) semiconductors by Chemical Bath Deposition (CBD) method. This method has been proved to be the least expensive and non-polluting method. The technique consisted in the preparation of metallic ions solution mixed in a solution that contains the S-2 ion to form the semiconductor in the thin film and precipitated (powder) forms. PbS semiconductor was prepared by mixing, at room temperature, of lead acetate, sodium hydroxide, thiourea, and triethanolamine (TEA) solutions. On the other hand, Bi2S3 semiconductor was prepared by mixing, at room temperature, of bismuth nitrate, thioacetamide, and triethanolamine solutions. The X-ray diffraction (XRD) measure showed a PbS face centered cubic structure and a Bi2S3 orthorhombic structure that besides forming the semiconductors, there were indications of impurity (sulfate and hydroxide) in thermal treatment above 200ºC. By the measure of Differential Scanning Calorimetric (DSC) of the semiconductor powders, data has shown that for PbS the crystallization temperature is about 350ºC and for Bi2S3 is about 273ºC with other phase formations. Uv-Vis-Nir transmittance measures were used to determine the optical gaps for the semiconductor thin films. Considering direct and indirect transition, the gap values for PbS thin films are about 0.5 eV and for Bi2S3 thin films are about 1.6 eV, changing with the thermal treatment. The X-ray Photoelectric Spectroscopy (XPS) measure was used to show the semiconductor growth evolution in the films. In the electrical measure, the resistance decreased with the increase of the temperature, showing the typical behavior of the semiconductors.