Properties of thick evaporated layers of PbTe

The changes in the optical transparency of PbTe monolayers induced by post-evaporation heat treatment are described. The monolayers are typically a few microns in thickness and heat treatment reduces the carrier density from about 1018 (n-type) per cm3 to 1017 per cm3 : the source material is 1019 (ptype) per cm3. The process seems to involve the diffusion of O2 at a reaction rate equivalent to an energy of 0.83 eV.

Construção de um sistema de caracterização das propriedades de transporte de filmes finos pelo efeito Hall

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

Investigation of the electrical properties of SnO2 varistor system using impedance spectroscopy

The electrical properties of tin oxide varistors doped with CoO, Nb2O5 and Cr2O3, were investigated using the impedance spectroscopy technique with the temperature ranging from 25 to 400 degrees C. The impedance data, represented by means of Nyquist diagrams, show two time constants with different activation energies, one at low frequencies and the other at high frequencies. These activation energies were associated with the adsorption and reaction of O-2 species at the grain boundary interface. The Arrhenius plots show two slopes with a turnover at 200 degrees C for both the higher and lower frequency time constants. This behavior can be related with the decrease of minor charge carrier density. The barrier formation mechanism was associated with the presence of Cr-Sn at the surface, which promotes the adsorption of the O' and O species which are in turn proposed as being responsible for the barrier formation. (C) 1998 American Institute of Physics. [S0021-8979(98)04719-7]

Dispositivos MIS à base de Ftalocianina e óxido de alumínio produzidos por impressão jato de tinta em substrato flexível

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

Efeito da pressão em filmes finos de ZnO:Al por RF Magnetron sputtering reativo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Al-doping effect on the surface morphology of zno films grown by reactive rf magnetron sputtering

Zinc oxide (ZnO) and aluminum-doped zinc oxide (ZnO:Al) thin films were deposited onto glass and silicon substrates by RF magnetron sputtering using a zinc-aluminum target. Both films were deposited at a growth rate of 12.5 nm/min to a thickness of around 750 nm. In the visible region, the films exhibit optical transmittances which are greater than 80%. The optical energy gap of ZnO films increased from 3.28 eV to 3.36 eV upon doping with Al. This increase is related to the increase in carrier density from 5.9 × 1018 cm−3 to 2.6 × 1019 cm−3 . The RMS surface roughness of ZnO films grown on glass increased from 14 to 28 nm even with only 0.9% at Al content. XRD analysis revealed that the ZnO films are polycrystalline with preferential growth parallel to the (002) plane, which corresponds to the wurtzite structure of ZnO.

Effect of Zn Sputtering Rate on the Morphological and Optical Properties of ZnO Films

Zinc oxide (ZnO) and aluminum-doped zinc oxide (ZnO:Al) thin films were deposited onto glass and silicon substrates by RF magnetron sputtering using a zinc-aluminum target. Both films were deposited at a growth rate of 12.5 nm/min to a thickness of around 750 nm. In the visible region, the films exhibit optical transmittances which are greater than 80%. The optical energy gap of ZnO films increased from 3.28 eV to 3.36 eV upon doping with Al. This increase is related to the increase in carrier density from 5.9 × 1018 cm-3 to 2.6 × 1019 cm-3. The RMS surface roughness of ZnO films grown on glass increased from 14 to 28 nm even with only 0.9% at Al content. XRD analysis revealed that the ZnO films are polycrystalline with preferential growth parallel to the (002) plane, which corresponds to the wurtzite structure of ZnO.

Optical Excitations and Field Enhancement in Short Graphene Nanoribbons

The optical excitations of elongated graphene nanoflakes of finite length are investigated theoretically through quantum chemistry semiempirical approaches. The spectra and the resulting dipole fields are analyzed, accounting in full atomistic details for quantum confinement effects, which are crucial in the nanoscale regime. We find that the optical spectra of these nanostructures are dominated at low energy by excitations with strong intensity, comprised of characteristic coherent combinations of a few single-particle transitions with comparable weight. They give rise to stationary collective oscillations of the photoexcited carrier density extending throughout the flake and to a strong dipole and field enhancement. This behavior is robust with respect to width and length variations, thus ensuring tunability in a large frequency range. The implications for nanoantennas and other nanoplasmonic applications are discussed for realistic geometries.

Dirac fermions in strong electric field and quantum transport in graphene

Our previous results on the nonperturbative calculations of the mean current and of the energy-momentum tensor in QED with the T-constant electric field are generalized to arbitrary dimensions. The renormalized mean values are found, and the vacuum polarization contributions and particle creation contributions to these mean values are isolated in the large T limit; we also relate the vacuum polarization contributions to the one-loop effective Euler-Heisenberg Lagrangian. Peculiarities in odd dimensions are considered in detail. We adapt general results obtained in 2 + 1 dimensions to the conditions which are realized in the Dirac model for graphene. We study the quantum electronic and energy transport in the graphene at low carrier density and low temperatures when quantum interference effects are important. Our description of the quantum transport in the graphene is based on the so-called generalized Furry picture in QED where the strong external field is taken into account nonperturbatively; this approach is not restricted to a semiclassical approximation for carriers and does not use any statistical assumptions inherent in the Boltzmann transport theory. In addition, we consider the evolution of the mean electromagnetic field in the graphene, taking into account the backreaction of the matter field to the applied external field. We find solutions of the corresponding Dirac-Maxwell set of equations and with their help we calculate the effective mean electromagnetic field and effective mean values of the current and the energy-momentum tensor. The nonlinear and linear I-V characteristics experimentally observed in both low-and high-mobility graphene samples are quite well explained in the framework of the proposed approach, their peculiarities being essentially due to the carrier creation from the vacuum by the applied electric field. DOI: 10.1103/PhysRevD.86.125022

A novel self consistent calculation approach for the capacitance-voltage characteristics of semiconductor quantum wire transistors based on a split-gate configuration

Purpose - The purpose of this paper is to develop an efficient numerical algorithm for the self-consistent solution of Schrodinger and Poisson equations in one-dimensional systems. The goal is to compute the charge-control and capacitance-voltage characteristics of quantum wire transistors. Design/methodology/approach - The paper presents a numerical formulation employing a non-uniform finite difference discretization scheme, in which the wavefunctions and electronic energy levels are obtained by solving the Schrodinger equation through the split-operator method while a relaxation method in the FTCS scheme ("Forward Time Centered Space") is used to solve the two-dimensional Poisson equation. Findings - The numerical model is validated by taking previously published results as a benchmark and then applying them to yield the charge-control characteristics and the capacitance-voltage relationship for a split-gate quantum wire device. Originality/value - The paper helps to fulfill the need for C-V models of quantum wire device. To do so, the authors implemented a straightforward calculation method for the two-dimensional electronic carrier density n(x,y). The formulation reduces the computational procedure to a much simpler problem, similar to the one-dimensional quantization case, significantly diminishing running time.

Spin polarized transport in manganese oxide double-perovskite thin films

Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung von metallischen gemischtvalenten Manganaten und magnetischen Doppelperowskiten. Aufgrund ihres großen negativen Magnetowiderstandes (MW) sind diese halbmetallischen Oxide interessant für mögliche technische Anwendungen, z.B. als Leseköpfe in Festplatten. Es wurden die kristallographischen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften von epitaktischen Dünnschichten und polykristallinen Pulverproben bestimmt.Epitaktische Dünnschichten der Verbindungen La_0.67Ca_0.33MnO₃ und La_0.67Sr_0.33MnO₃ wurdenmit Kaltkathodenzerstäubung und Laserablation auf einkristallinen Substraten wie SrTiO₃abgeschieden. Mit Hall-Effekt Messungen wurde ein Zusammenbruch der Ladungsträgerdichte bei der Curie-Temperatur T_C beobachtet.Mit dem Wechsel des Dotierungsatoms A von Ca (T_C=232 K) zu Sr (T_C=345 K)in La_0.67A_0.33MnO₃ konnte die Feldsensitivität des Widerstandes bei Raumtemperatur gesteigert werden. Um die Sensitivität weiter zu erhöhen wurde die hohe Spinpolarisation von nahezu 100% in Tunnelexperimenten ausgenutzt. Dazu wurden biepitaktische La_0.67Ca_0.33MnO₃ Schichten auf SrTiO₃ Bikristallsubstraten hergestellt. Die Abhängigkeit des Tunnelmagnetowiderstandes (TMW) vom magnetischen Feld, Temperatur und Strum war ein Schwerpunkt der Untersuchung. Mittels spinpolarisierten Tunnelns durch die künstliche Korngrenze konnte ein hysteretischer TMW von 70% bei 4 K in kleinen Magnetfeldern von 120 Oe gemessen werden. Eine weitere magnetische Oxidverbindung, der Doppelperowskit Sr₂FeMoO₆ miteine Curie-Temperatur oberhalb 400 K und einem großen MW wurde mittels Laserablation hergestellt. Die Proben zeigten erstmals das Sättigunsmoment, welches von einer idealen ferrimagnetischen Anordnung der Fe und Mo Ionen erwartet wird. Mit Hilfe von Magnetotransportmessungen und Röntgendiffraktometrie konnte eine Abhängigkeit zwischen Kristallstruktur (Ordnung oder Unordnung im Fe, Mo Untergitter) und elektronischem Transport (metallisch oder halbleitend) aufgedeckt werden.Eine zweiter Doppelperowskit Ca₂FeReO₆ wurde im Detail als Pulverprobe untersucht. Diese Verbindung besitzt die höchste Curie-Temperatur von 540 K, die bis jetzt in magnetischen Perowskiten gefunden wurde. Mit Neutronenstreuung wurde eine verzerrte monoklinische Struktur und eine Phasenseparation aufgedeckt.

Cobalt dotiertes ZnO als verdünnter magnetischer Halbleiter

Verdünnte magnetische Halbleiter (DMS) sind technologisch vielversprechende Materialien mit sowohl ferromagnetischen als auch halbleitenden Eigenschaften. Sie gehören zu den entscheidenden Verbindungen bei der Entwicklung neuartiger Spintronikanwendungen. Bisher scheiterte der technologische Einsatz jedoch daran, dass die Curie Temperatur der meisten magnetischen Halbleiter viel zu niedrig ist. Neue Verbindungen auf Basis von ZnO wie Zn1-xCoxO sollen jedoch Ferromagnetismus oberhalb von Raumtemperatur zeigen. Die theoretischen Grundlagen der magnetischen Wechselwirkungen sind jedoch nicht verstanden und erfordern daher umfangreiche experimentelle Untersuchungen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden dünne Filme aus Zn0.95Co0.05O mittels Laserablation hergestellt und bezüglich ihrer magnetischen, elektrischen und strukturellen Eigenschaften untersucht, mit dem Ziel den Ferromagnetismus in diesem Material besser zu verstehen. Dabei kamen verschiedene experimentelle Methoden zum Einsatz: wie Magnetometrie, Röntgendiffraktometrie, Magnetischer Röntgenzirkulardichroismus (XMCD), Elektronenspinresonanz sowie magnetoelektrische Transportmessungen. Bei entsprechend defektfördernden Herstellungsbedingungen zeigen die Proben klare ferromagnetische Eigenschaften oberhalb von Raumtemperatur mit einer Sättigungsmagnetisierung von ca. 2 Bohr Magneton / Co sowie einer Remanenz von bis zu 90%. Elektrische Transportmessungen zeigen zudem einen deutlichen Magnetowiderstand sowie einen anomalen Hall Effekt. Letzterer steigt mit der Probenmagnetisierung und spricht für intrinsischen Ferromagnetismus sowie eine geringe Spinpolarisation. Da der Ferromagnetismus mit höherer Ladungsträgerdichte jedoch verschwindet, ist eine ferromagnetische Wechselwirkung über die Leitungselektronen auszuschließen. Eine genauere Auswertung der magnetoelektrischen Messdaten deutet zudem auf ein leitendes Störstellenband hin, das unter Umständen selbst spinpolarisiert ist. Vieles spricht somit dafür, dass die ferromagnetische Ordnung über magnetische Polaronen zustande kommt. Einige strukturelle und magnetometrische Ergebnisse sowie Elektronenspinresonanzmessungen deuten zudem auf metallische Ausscheidungen in Form von Cobalt Clustern hin, die einen zusätzlichen extrinsischen ferromagnetischen Beitrag liefern, der deutlich größer sein könnte als der intrinsische. Überraschenderweise zeigen XMCD Messungen jedoch, dass Cobalt überhaupt nicht am Ferromagnetismus beteiligt ist. Insgesamt gibt es Anzeichen, dass magnetische Defekte eine entscheidende Rolle hinsichtlich des Magnetismus in Zn0.95Co0.05O spielen.

Präparation von Bismutsulfid-Absorberschichten für Dünnschichtsolarzellen mittels physikalischer Gasphasenabscheidung

Angesichts der sich abzeichnenden Erschöpfung fossiler Ressourcen ist die Erforschung alternativer Energiequellen derzeit eines der meistbeachteten Forschungsgebiete. Durch ihr enormes Potential ist die Photovoltaik besonders im Fokus der Wissenschaft. Um großflächige Beschichtungsverfahren nutzen zu können, wird seit einigen Jahren auf dem Gebiet der Dünnschichtphotovoltaik intensiv geforscht. Jedoch sind die gegenwärtigen Solarzellenkonzepte allesamt durch die Verwendung giftiger (Cd, As) oder seltener Elemente (In, Ga) oder durch eine komplexe Phasenbildung in ihrem Potential beschränkt. Die Entwicklung alternativer Konzepte erscheint daher naheliegend.rnAufgrund dessen wurde in einem BMBF-geförderten Verbundprojekt die Abscheidung von Dünnschichten des binären Halbleiters Bi2S3 mittels physikalischer Gasphasenabscheidung mit dem Ziel der Etablierung als quasi-intrinsischer Absorber in Solarzellenstrukturen mit p-i-n-Schichtfolge hin untersucht.rnDurch sein von einem hochgradig anisotropen Bindungscharakter geprägtes Kristallwachstum war die Abscheidung glatter, einphasiger und für die Integration in eine Multischichtstruktur geeigneter Schichten mit Schichtdicken von einigen 100 nm eine der wichtigsten Herausforderungen. Die Auswirkungen der beiden Parameter Abscheidungstemperatur und Stöchiometrie wurden hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die relevanten Kenngrößen (wie Morphologie, Dotierungsdichte und Photolumineszenz) untersucht. Es gelang, erfolgreich polykristalline Schichten mit geeigneter Rauigkeit und einer Dotierungsdichte von n ≈ 2 1015cm-3 auf anwendungsrelevanten Substraten abzuscheiden, wobei eine besonders starke Abhängigkeit von der Gasphasenzusammensetzung ermittelt werden. Es konnten weiterhin die ersten Messungen der elektronischen Zustandsdichte unter Verwendung von Hochenergie-Photoemissionsspektroskopie durchgeführt werden, die insbesondere den Einfluss variabler Materialzusammensetzungen offenbarten.rnZum Nachweis der Eignung des Materials als Absorberschicht standen innerhalb des Projektes mit SnS, Cu2O und PbS prinzipiell geeignete p-Kontaktmaterialien zur Verfügung. Es konnten trotz der Verwendung besonders sauberer Abscheidungsmethoden im Vakuum keine funktionstüchtigen Solarzellen mit Bi2S3 deponiert werden. Jedoch war es unter Verwendung von Photoemissionspektroskopie möglich, die relevanten Grenzflächen zu spektroskopieren und die Ursachen für die Beobachtungen zu identifizieren. Zudem konnte erfolgreich die Notwendigkeit von Puffermaterialien bei der Bi2S3-Abscheidung nachgewiesen werden, um Oberflächenreaktionen zu unterbinden und die Transporteigenschaften an der Grenzfläche zu verbessern.rn

Processing and characterization of PbSnTe-based thermoelectric materials made by mechanical alloying

The research reported in this dissertation investigates the processes required to mechanically alloy Pb1-xSnxTe and AgSbTe2 and a method of combining these two end compounds to result in (y)(AgSbTe2)–(1 - y)(Pb1-xSnxTe) thermoelectric materials for power generation applications. In general, traditional melt processing of these alloys has employed high purity materials that are subjected to time and energy intensive processes that result in highly functional material that is not easily reproducible. This research reports the development of mechanical alloying processes using commercially available 99.9% pure elemental powders in order to provide a basis for the economical production of highly functional thermoelectric materials. Though there have been reports of high and low ZT materials fabricated by both melt alloying and mechanical alloying, the processing-structure-properties-performance relationship connecting how the material is made to its resulting functionality is poorly understood. This is particularly true for mechanically alloyed material, motivating an effort to investigate bulk material within the (y)(AgSbTe2)–(1 - y)(Pb1-xSnx- Te) system using the mechanical alloying method. This research adds to the body of knowledge concerning the way in which mechanical alloying can be used to efficiently produce high ZT thermoelectric materials. The processes required to mechanically alloy elemental powders to form Pb1-xSnxTe and AgSbTe2 and to subsequently consolidate the alloyed powder is described. The composition, phases present in the alloy, volume percent, size and spacing of the phases are reported. The room temperature electronic transport properties of electrical conductivity, carrier concentration and carrier mobility are reported for each alloy and the effect of the presence of any secondary phase on the electronic transport properties is described. An mechanical mixing approach for incorporating the end compounds to result in (y)(AgSbTe2)–(1-y)(Pb1-xSnxTe) is described and when 5 vol.% AgSbTe2 was incorporated was found to form a solid solution with the Pb1-xSnxTe phase. An initial attempt to change the carrier concentration of the Pb1-xSnxTe phase was made by adding excess Te and found that the carrier density of the alloys in this work are not sensitive to excess Te. It has been demonstrated using the processing techniques reported in this research that this material system, when appropriately doped, has the potential to perform as highly functional thermoelectric material.

Improvement of γ-ray energy resolution of LaBr3:Ce3+ scintillation detectors by Sr2+ and Ca2+ co-doping

Commercially available LaBr3:5% Ce3+ scintillators show with photomultiplier tube readout about 2.7% energy resolution for the detection of 662 keV γ-rays. Here we will show that by co-doping LaBr3:Ce3+ with Sr2+ or Ca2+ the resolution is improved to 2.0%. Such an improvement is attributed to a strong reduction of the scintillation light losses that are due to radiationless recombination of free electrons and holes during the earliest stages (1–10 ps) inside the high free charge carrier density parts of the ionization track.