Fechar

@PhDThesis{Kawata:2022:PrFiEp,
               author = "Kawata, Bianca Akemi",
                title = "Propriedades dos filmes epitaxiais do isolante topol{\'o}gico 
                         cristalino PbSnTe dopado com bismuto e do po{\c{c}}o 
                         qu{\^a}ntico de SnTe",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2022",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2022-04-08",
             keywords = "telureto de chumbo e estanho, epitaxia de feixe molecular, 
                         isolante topol{\'o}gico cristalino, propriedades estruturais e 
                         el{\'e}tricas, an{\'a}lise de superf{\'{\i}}cie, lead tin 
                         telluride, molecular beam epitaxy, topological crystalline 
                         insulator, structural and electrical properties, surface 
                         analysis.",
             abstract = "O composto semicondutor Pb(1-x)Sn(x)Te se cristaliza na estrutura 
                         do sal de rocha. Devido {\`a} simetria de sua estrutura, ele foi 
                         classificado como um isolante topol{\'o}gico cristalino, que 
                         apresenta estados met{\'a}licos de superf{\'{\i}}cie na forma 
                         de cones de Dirac em planos cristalinos de alta simetria. O 
                         Pb(1-x)Sn(x)Te apresenta um car{\'a}ter intr{\'{\i}}nseco 
                         tipo-p que dificulta a visualiza{\c{c}}{\~a}o dos estados 
                         topol{\'o}gicos de superf{\'{\i}}cie. Uma dopagem 
                         extr{\'{\i}}nseca com material tipo-n, como o bismuto, {\'e} 
                         desejada para essas medidas. Neste trabalho, uma s{\'e}rie de 
                         filmes de Pb0,5Sn0,5Te dopados com diferentes 
                         concentra{\c{c}}{\~o}es de Bi foi crescida por epitaxia de feixe 
                         molecular sobre substratos de BaF2 (111) para o estudo da 
                         influ{\^e}ncia da dopagem nas propriedades el{\'e}tricas e no 
                         comportamento dos estados de superf{\'{\i}}cie. A din{\^a}mica 
                         de crescimento foi analisada in situ por difra{\c{c}}{\~a}o de 
                         el{\'e}trons de alta energia refletidos. Os par{\^a}metros 
                         estruturais das amostras foram investigados por microscopia 
                         eletr{\^o}nica de varredura, difratometria de raios X em alta 
                         resolu{\c{c}}{\~a}o e mapeamento da rede rec{\'{\i}}proca. 
                         Medidas de resistividade e efeito Hall foram realizadas em 
                         fun{\c{c}}{\~a}o da temperatura para se determinar as 
                         propriedades el{\'e}tricas. Assim que o n{\'{\i}}vel de dopagem 
                         de Bi aumenta, uma invers{\~a}o de tipo-p para tipo-n no 
                         car{\'a}ter el{\'e}trico do Pb0,5Sn0,5Te {\'e} observada. Os 
                         resultados demonstram que os {\'a}tomos de Bi entram de forma 
                         substitucional nos s{\'{\i}}tios de metal, levando a uma efetiva 
                         dopagem extr{\'{\i}}nseca tipo-n no cristal de PbSnTe. Para as 
                         an{\'a}lises de superf{\'{\i}}cie, uma s{\'e}rie id{\^e}ntica 
                         de filmes de Pb0,5Sn0,5Te:Bi foi crescida e recoberta com uma 
                         camada protetora de tel{\'u}rio para evitar a 
                         oxida{\c{c}}{\~a}o. Um processo constitu{\'{\i}}do de 
                         sputtering com Ar+ seguido de um recozimento t{\'e}rmico se 
                         mostrou efetivo para a remo{\c{c}}{\~a}o da capa protetora de Te 
                         e a exposi{\c{c}}{\~a}o da superf{\'{\i}}cie primitiva do 
                         filme. Os espectros de fotoemiss{\~a}o resolvidos em {\^a}ngulo 
                         (ARPES) medidos em torno do ponto 
                         \𝛤\𝛤\􀴤 na superf{\'{\i}}cie do filme 
                         n{\~a}o dopado mostraram uma dispers{\~a}o parab{\'o}lica da 
                         banda de val{\^e}ncia do volume pr{\'o}xima ao n{\'{\i}}vel de 
                         Fermi, corroborando o car{\'a}ter do tipo-p observado. Os dados 
                         ARPES para a amostra dopada com 0,1% de Bi revelam que o potencial 
                         qu{\'{\i}}mico {\'e} deslocado para cima na dire{\c{c}}{\~a}o 
                         da banda de condu{\c{c}}{\~a}o, consistente com o comportamento 
                         do tipo-n. Os resultados sugerem uma diverg{\^e}ncia entre o 
                         potencial qu{\'{\i}}mico da superf{\'{\i}}cie e do volume na 
                         amostra dopada, que pode ser causada pela difus{\~a}o dos 
                         {\'a}tomos de Te na superf{\'{\i}}cie durante o processo 
                         t{\'e}rmico de dessor{\c{c}}{\~a}o da capa protetora. 
                         Paralelamente, uma estrutura de po{\c{c}}o qu{\^a}ntico de SnTe 
                         entre barreiras do isolante Pb0,9Eu0,1Te foi crescida visando o 
                         estudo do comportamento dos estados de superf{\'{\i}}cie no 
                         SnTe. Medidas de transporte el{\'e}trico mostraram que a 
                         condu{\c{c}}{\~a}o de portadores ocorre somente pela camada de 
                         SnTe, mas n{\~a}o foi poss{\'{\i}}vel evidenciar nenhum efeito 
                         de transporte pelos estados de superf{\'{\i}}cie. Experimentos 
                         de fotocondutividade nessa estrutura de po{\c{c}}o qu{\^a}ntico 
                         iluminada com radia{\c{c}}{\~o}es ultravioleta e infravermelha 
                         revelaram efeitos de fotocondutividade negativa e persistente, que 
                         s{\~a}o explicados pelas taxas de recombina{\c{c}}{\~a}o dos 
                         portadores entre n{\'{\i}}veis de armadilhas. ABSTRACT: The 
                         semiconductor compound Pb(1-x)Sn(x)Te crystallizes in the rock 
                         salt structure. Due to the symmetry of this structure, it has been 
                         classified as a topological crystalline insulator, which presents 
                         metallic surface states in the form of Dirac cones at crystalline 
                         planes of high symmetry. Pb(1-x)Sn(x)Te has an intrinsic p-type 
                         character, which hampers the visualization of the surface states. 
                         An extrinsic doping with n-type material, such as bismuth, is 
                         desirable for these measurements. In this work, a series of 
                         Pb0.5Sn0.5Te films doped with Bi at different levels was grown by 
                         molecular beam epitaxy on (111) BaF2 substrates to study the 
                         influence of doping on electrical properties and on the behavior 
                         of surface states. The growth dynamics was analyzed in situ by 
                         reflected high-energy electron diffraction. The structural 
                         parameters of the samples were investigated by scanning electron 
                         microscopy, high-resolution x-ray diffraction and reciprocal space 
                         mapping. Resistivity and Hall effect measurements were performed 
                         as a function of temperature to determine the electrical 
                         properties. As the Bi doping level increases, an inversion from p- 
                         to n-type is observed on the electrical character of Pb0,5Sn0,5Te. 
                         The results demonstrate that Bi atoms enter substitutional in the 
                         metal sites, leading to an effective extrinsic n-type doping of 
                         PbSnTe crystal. For the surface analyses, an identical series of 
                         Pb0,5Sn0,5Te:Bi films was grown and covered with a Te protecting 
                         layer to avoid oxidation. A process composed of Ar+ sputtering 
                         followed by thermal annealing was found to be effective to remove 
                         the Te cover layer and to expose a pristine film surface. The 
                         angle resolved photoemission spectra (ARPES) acquired around the 
                         \𝛤\𝛤\􀴤 point of the undoped film 
                         surface showed a parabolic dispersion of the bulk valence band 
                         close to the Fermi level, corroborating the observed p-type 
                         character. The ARPES data for a sample doped with 0.1% of Bi 
                         reveals that the chemical potential is shifted upwards in the 
                         direction of the conduction band, consistent with n-type behavior. 
                         The results suggest a divergence between surface and bulk chemical 
                         potential in the doped sample, which can be caused by Te atoms 
                         diffusion into the surface during the thermal process to desorb 
                         the cover layer. In parallel, a quantum well structure of SnTe 
                         embedded in two insulating Pb0,9Eu0,1Te barriers was grown in 
                         order to study the behavior of surface states in SnTe. Electrical 
                         transport measurements showed that carrier conduction occurs only 
                         through the SnTe quantum well, but it was not possible to evidence 
                         any transport effect via surface states. Photoconductivity 
                         experiments in this quantum well structure illuminated with 
                         ultraviolet and infrared radiation revealed effects of negative 
                         and persistent photoconductivity, which are explained by carrier 
                         recombination rates between trap levels.",
            committee = "Abramof, Eduardo (presidente/orientador) and Rappl, Paulo Henrique 
                         de Oliveira (orientador) and Ferreira, Neidenei Gomes and Okazaki, 
                         Anderson Kenji and Toledo, Rafael Cardoso",
         englishtitle = "Properties of crystalline topological insulator PbSnTe epitaxial 
                         films doped with bismuth and SnTe quantum well",
             language = "pt",
                pages = "94",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34T/467RMNB",
                  url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34T/467RMNB",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "06 maio 2024"
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