Comprendre et maîtriser le passage de type I à type II de puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur substrat de GaSb

Les antimoniures sont des semi-conducteurs III-V prometteurs pour le développement de dispositifs optoélectroniques puisqu'ils ont une grande mobilité d'électrons, une large gamme spectrale d'émission ou de détection et offrent la possibilité de former des hétérostructures confinées dont la recombinaison est de type I, II ou III. Bien qu'il existe plusieurs publications sur la fabrication de dispositifs utilisant un alliage d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) qui émet ou détecte à une certaine longueur d'onde, les détails, à savoir comment sont déterminés les compositions et surtout les alignements de bande, sont rarement explicites. Très peu d'études fondamentales sur l'incorporation d'indium et d'arsenic sous forme de tétramères lors de l'épitaxie par jets moléculaires existent, et les méthodes afin de déterminer l'alignement des bandes des binaires qui composent ces alliages donnent des résultats variables. Un modèle a été construit et a permis de prédire l'alignement des bandes énergétiques des alliages d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) avec celles du GaSb pour l'ensemble des compositions possibles. Ce modèle tient compte des effets thermiques, des contraintes élastiques et peut aussi inclure le confinement pour des puits quantiques. De cette manière, il est possible de prédire la transition de type de recombinaison en fonction de la composition. Il est aussi montré que l'indium ségrègue en surface lors de la croissance par épitaxie par jets moléculaires d'In(x)Ga(1-x)Sb sur GaSb, ce qui avait déjà été observé pour ce type de matériau. Il est possible d'éliminer le gradient de composition à cette interface en mouillant la surface d'indium avant la croissance de l'alliage. L'épaisseur d'indium en surface dépend de la température et peut être évaluée par un modèle simple simulant la ségrégation. Dans le cas d'un puits quantique, il y aura une seconde interface GaSb sur In(x)Ga(1-x)Sb où l'indium de surface ira s'incorporer. La croissance de quelques monocouches de GaSb à basse température immédiatement après la croissance de l'alliage permet d'incorporer rapidement ces atomes d'indium et de garder la seconde interface abrupte. Lorsque la composition d'indium ne change plus dans la couche, cette composition correspond au rapport de flux d'atomes d'indium sur celui des éléments III. L'arsenic, dont la source fournit principalement des tétramères, ne s'incorpore pas de la même manière. Les tétramères occupent deux sites en surface et doivent interagir par paire afin de créer des dimères d'arsenic. Ces derniers pourront alors être incorporés dans l'alliage. Un modèle de cinétique de surface a été élaboré afin de rendre compte de la diminution d'incorporation d'arsenic en augmentant le rapport V/III pour une composition nominale d'arsenic fixe dans l'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y). Ce résultat s'explique par le fait que les réactions de deuxième ordre dans la décomposition des tétramères d'arsenic ralentissent considérablement la réaction d'incorporation et permettent à l'antimoine d'occuper majoritairement la surface. Cette observation montre qu'il est préférable d'utiliser une source de dimères d'arsenic, plutôt que de tétramères, afin de mieux contrôler la composition d'arsenic dans la couche. Des puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur GaSb ont été fabriqués et caractérisés optiquement afin d'observer le passage de recombinaison de type I à type II. Cependant, celui-ci n'a pas pu être observé puisque les spectres étaient dominés par un niveau énergétique dans le GaSb dont la source n'a pu être identifiée. Un problème dans la source de gallium pourrait être à l'origine de ce défaut et la résolution de ce problème est essentielle à la continuité de ces travaux.

Dispositifs optoélectroniques à base de semi-conducteurs organiques en couches minces

Les petites molécules de type p à bandes interdites étroites sont de plus en plus perçues comme des remplaçantes possibles aux polymères semi-conducteurs actuellement utilisés conjointement avec des dérivés de fullerènes de type n, dans les cellules photovoltaïques organiques (OPV). Par contre, ces petites molécules tendent à cristalliser facilement lors de leur application en couches minces et forment difficilement des films homogènes appropriés. Des dispositifs OPV de type hétérojonction de masse ont été réalisés en ajoutant différentes espèces de polymères semi-conducteurs ou isolants, agissant comme matrices permettant de rectifier les inhomogénéités des films actifs et d’augmenter les performances des cellules photovoltaïques. Des polymères aux masses molaires spécifiques ont été synthétisés par réaction de Wittig en contrôlant précisément les ratios molaires des monomères et de la base utilisée. L’effet de la variation des masses molaires en fonction des morphologies de films minces obtenus et des performances des diodes organiques électroluminescentes reliées, a également été étudié. La microscopie électronique en transmission (MET) ou à balayage (MEB) a été employée en complément de la microscopie à force atomique (AFM) pour suivre l’évolution de la morphologie des films organiques minces. Une nouvelle méthode rapide de préparation des films pour l’imagerie MET sur substrats de silicium est également présentée et comparée à d’autres méthodes d’extraction. Motivé par le prix élevé et la rareté des métaux utilisés dans les substrats d’oxyde d’indium dopé à l’étain (ITO), le développement d’une nouvelle méthode de recyclage eco-responsable des substrats utilisés dans ces études est également présenté.

Determinação eletroanalítica de ácido salicílico em produto dermatológico com eletrodos de nanotubos de carbono e nanopartículas de óxido de ferro

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Química e Biológica, 2016.

Lattice pulling effect and strain relaxation in axial (In, Ga)N/GaN nanowire heterostructures grown on GaN-buffered Si(111) substrate

Transmission electron microscopy and spatially resolved electron energy-loss spectroscopy have been applied to investigate the indium distribution and the interface morphology in axial (In,Ga)N/GaN nanowire heterostructures. The ordered axial (In,Ga)N/GaN nanowire heterostructures with an indium concentration up to 80% are grown by molecular beam epitaxy on GaN-buffered Si(111) substrates. We observed a pronounced lattice pulling effect in all the nanowire samples given in a broad transition region at the interface. The lattice pulling effect becomes smaller and the (In,Ga)N/GaN interface width is reduced as the indium concentration is increased in the (In,Ga)N section. The result can be interpreted in terms of the increased plastic strain relaxation via the generation of the misfit dislocations at the interface.

Electron tomography of (In,Ga)N insertions in GaN nanocolumns grown on semi-polar (11(2)over-bar2) GaN templates

We present results of scanning transmission electron tomography on GaN/(In,Ga)N/GaN nanocolumns (NCs) that grew uniformly inclined towards the patterned, semi-polar GaN( 112̄ 2 ) substrate surface by molecular beam epitaxy. For the practical realization of the tomographic experiment, the nanocolumn axis has been aligned parallel to the rotation axis of the electron microscope goniometer. The tomographic reconstruction allows for the determination of the three-dimensional indium distribution inside the nanocolumns. This distribution is strongly interrelated with the nanocolumn morphology and faceting. The (In,Ga)N layer thickness and the indium concentration differ between crystallographically equivalent and non-equivalent facets. The largest thickness and the highest indium concentration are found at the nanocolumn apex parallel to the basal planes.

Selective sensing of pyrophosphate in physiological media using zinc( ii )dipicolylamino-functionalised peptides

A series of linear peptide based anion receptors, in which the distance between the bis[zinc(II)dipicolylamine] binding sites and the peptide backbone was varied systematically, was prepared and their anion binding ability was investigated using indicator displacement assays. Shortening the distance between the binding site and the peptide backbone was found to enhance both the receptor affinity and selectivity for pyrophosphate over other organic polyphosphate anions in Krebs buffer with the maximum selectivity and affinity observed with a spacer length of two methylene units. The suitability of these receptors for the determination of pyrophosphate concentrations in Krebs buffer and in artificial urine was examined.

Synthesis and structure of three molecular arylindium phosphinates

Reported here are the syntheses and molecular structures of three novel arylindium phosphinates, [(2,6-Mes₂C₆H₃In)₂(OH)₂(O₂PMe₂)₂] (1), [(2,6-Mes₂C₆H₃In)₂(OH) (O₂PPh₂)₃] (2), and [(2,6-Mes₂C₆H₃In)(O₂PMe₅C₃H)₂(H₂O)₂] (3), which were obtained by condensation reaction of the m-terphenylindium dihydroxide [(2,6-Mes₂C₆H₃In(OH)₂]₄with dimethylphosphinic acid, diphenylphosphinic acid, and ,2,3,4,4-pentamethylphosphetanic acid, respectively.

Effect of pH and temperature on the carbonate promoted dissolution of sodium meta-autunite

Release of uranium from Na-autunite, an artificial mineral created as a result of polyphosphate injection in the subsurface at the DOE Hanford Site, takes place during slow dissolution of the mineral structure. Stability information of the uranyl-phosphate phases is limited to conditions involving pH, temperature, and a few aqueous organic materials. The carbonate ion, which creates very strong complexes with uranium, is the predominant ion in the groundwater composition. The polyphosphate technology with the formation of autunite was identified as the most feasible remediation strategy to sequester uranium in contaminated groundwater and soil in situ. The objectives of the experimental work were (i) to quantify the effect of bicarbonate on the stability of synthetic sodium meta-autunite created as a result of uranium stabilization through polyphosphate injection, (ii) calculate the kinetic rate law parameters of the uranium release from Na-autunite during dissolution, and (iii) to compare the process parameters with those obtained for natural calcium meta-autunite. Experiments were conducted using SPTF apparatus, which consists of syringe pumps for controlling flow rate, Teflon reactors and a heating/cooling system. 0.25 grams of synthetic Na-autunite was placed in the reactor and buffer solutions with varying bicarbonate concentrations (0.0005 to 0.003 M) at different pH (6 - 11) were pumped through the reactors. Experiments were conducted at four different temperatures in the range of 5 - 60oC. It was concluded that the rate of release of uranium from synthetic Na-autunite is directly correlated to the bicarbonate concentration. The rate of release of uranium increased from 1.90 x 10-12 at pH 6 to 2.64 x 10-10 (mol m-2 s-1) at pH 11 at 23oC over the bicarbonate concentration range tested. The activation energy values were invariant with the change in the bicarbonate concentration; however, pH is shown to influence the activation energy values. Uranyl hydroxides and uranyl carbonates complexes helped accelerate the dissolution of autunite mineral.

Theory and optimisation of 1.3 and 1.55 μm (Al)InGaAs metamorphic quantum well lasers

The use of InGaAs metamorphic buffer layers (MBLs) to facilitate the growth of lattice-mismatched heterostructures constitutes an attractive approach to developing long-wavelength semiconductor lasers on GaAs substrates, since they offer the improved carrier and optical confinement associated with GaAs-based materials. We present a theoretical study of GaAs-based 1.3 and 1.55 μm (Al)InGaAs quantum well (QW) lasers grown on InGaAs MBLs. We demonstrate that optimised 1.3 μm metamorphic devices offer low threshold current densities and high differential gain, which compare favourably with InP-based devices. Overall, our analysis highlights and quantifies the potential of metamorphic QWs for the development of GaAs-based long-wavelength semiconductor lasers, and also provides guidelines for the design of optimised devices.

High bandwidth freestanding semipolar (11–22) InGaN/GaN light-emitting diodes

Freestanding semipolar (11–22) indium gallium nitride (InGaN) multiplequantum-well light-emitting diodes (LEDs) emitting at 445 nm have been realized by the use of laser lift-off (LLO) of the LEDs from a 50- m-thick GaN layer grown on a patterned (10–12) r -plane sapphire substrate (PSS). The GaN grooves originating from the growth on PSS were removed by chemical mechanical polishing. The 300 m × 300 m LEDs showed a turn-on voltage of 3.6 V and an output power through the smooth substrate of 0.87 mW at 20 mA. The electroluminescence spectrum of LEDs before and after LLO showed a stronger emission intensity along the [11–23]InGaN/GaN direction. The polarization anisotropy is independent of the GaN grooves, with a measured value of 0.14. The bandwidth of the LEDs is in excess of 150 MHz at 20 mA, and back-to-back transmission of 300 Mbps is demonstrated, making these devices suitable for visible light communication (VLC) applications.

One-step synthesis of graphene quantum dots from defective CVD graphene and their application in IGZO UV thin film phototransistor

Chemical vapor deposition (CVD) has recently been considered as the most reliable method to prepare high-quality monolayer graphene films, yet the as-grown graphene usually contains wrinkles and cracks or suffers from discontinuity. These defects can easily result in the shredding of large-sized graphene into small pieces even under a gentle disturbance. Herein, this work presents a cost-effective new method to produce high-quality GQDs by vigorous sonication of defective CVD graphene. The prepared GQDs can be easily and stably dispersed in organic solvents. Morphology and optical properties of the GQDs are investigated using a number of techniques. And we observed the as-prepared GQDs are highly homogeneous, mostly consisted of single-layered graphene, roughly round shapes less than 8 nm in a diameter, and exhibited a strong blue luminescence. Impressively, it is also confirmed that the as-obtained GQDs can act as a promising light absorption material for phototransistor with a hybrid film of GQDs and indium gallium zinc oxide (IGZO) as the channel layer. The GQD/IGZO phototransistor exhibited an appreciated photocurrent, which is 10 times larger than that of the IGZO one when exposed to 270 nm light.