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Tipo: Tese
Título: Preparação e caracterização de estruturas híbridas baseadas em polianilina e TiO2 para desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e spintrônicos
Preparation and characterization of hibrid structures based in polyaniline and TiO2 for develop- ment of electronic devices
Autor(es): Gomes, Joaquim Pinto
Abstract: Neste trabalho, materiais não convencionais foram sintetizados, caracterizados e usados para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e spintrônicos. Um desses materiais não convenci- onais é extremamente interessante do ponto de vista de aplicações tecnológicas, é chamado de polianiliana (PAni). Os trabalhos aqui realizados com este polímero semicondutor, iniciaram-se com o processo de síntese com e sem a adição de Carbon-dots (C-dots), seguido da carac- terização, passando também por técnicas de deposição de filmes finos por spin-coating com espessura e dopagem controladas, e finalizando com o desenvolvimento de um protocolo para litografia de filmes dos PAni. Esse último processo permitiu obter fitas poliméricas condutoras com características elétricas retificadoras. O processo de síntese da polianilina foi pelo mé- todo químico convencional, exceto quando se utilizou C-dots na rota de síntese. A execução de métodos fotolitográficos realizados para obtenção das fitas de PAni foi possível devido a sua interessante propriedade de oxi-redução. Entretanto, exigiu-se um longo estudo de dosimetria e detalhamento na escolha de reagentes usados durante o processo. Com as fitas litografadas de PAni desenvolveu-se uma heterojunção de barreira Schottky com contato elétrico de alu- mínio (Al). No campo da spintrônica estudou-se, pela primeira vez, o transporte de corrente de spin numa heteroestrutura constituída por granada de ferro e ítrio (YIG)/PAni/Pt (Platina). Dessa maneira, foram realizadas medidas de bombeamento de spin (em inglês, spin pumping) por meio de experimento de ressonância ferromagnética (FMR) para estudar o transporte de corrente de spin neste polímero. Com os estudos realizados sobre esse material, foi possível mostrar de forma conclusiva que a PAni pode conduzir de modo eficiente corrente de spin. Fi- nalmente, utilizou-se o dióxido de titânio (TiO2 ) como um segundo material não convencional para o desenvolvimento de dispositivos. Para isso o TiO2 foi depositado sobre substratos de arseneto de gálio (GaAs) com baixos e altos índices de Miller usando duas técnicas de depo- sição diferentes (Pulsed laser deposition (PLD) e sputtering). Nessa etapa da tese estudou-se a influência da orientação cristalográfica dos substratos e a técnica de deposição nas proprie- dades estruturais do TiO2 . Adicionalmente, foi desenvolvida uma metodologia para dopagem dos filmes de TiO2 usando índio. Os resultados de espectroscopia Raman mostraram que os filmes de TiO2 crescidos por sputtering apresentam-se preferencialmente na fase cristalina ana- tase, seja o substrato GaAs (100) ou GaAs(311)B. No entanto se a técnica de crescimento é por PLD, a fase rutilo do TiO2 é a que predomina. Esses resultados de Raman foram confirmados por difratometria de raios X (XRD), onde verificou-se também que o processo de difusão do In por tratamento térmico, mostra-se mais eficiente na amostra de TiO2 depositada por PLD em substrato de GaAs (311). Os resultados obtidos com processos de fotolitografia são motivado- res, mostrando que o aprimoramento da técnica no sentido de litografar estruturas planares da ordem de nm em filmes de polianilina, poderá revelar novos efeitos com propriedades para j aplicação em ciência e nanotecnologia.
In this work, unconventional materials were synthesized, characterized and used for the de- velopment of electronic and spintronics devices. One of these unconventional materials and extremely interesting from the point of view of technological applications is called polyanilina (PAni). The work done here with this semiconductor polymer, started with the synthesis process with and without the addition of Carbon-dots (C-dots), followed by the characterization; also passing by thin film deposition through spin-coating technique, controlling the film thickness and doping, and finishing with the development of a protocol for lithography of PAni films. By the last, a conductive polymer tape lines have been obtained with I-V characteristics of the Schottky diode showed the rectifying behaviour. The polyaniline synthesis process was car- rying out by the conventional chemical method, except when C-dots were used in the synthesis route. The execution of photolithographic methods to obtain PAni tapes lines was possible due to its interesting redox properties. However, a long and detailed dosimetry study was requi- red in the choice of the reagents used during the process. With the PAni tapes lithographed a Schottky’s barrier with aluminium (Al) electrical contact was developed. In the spintronic field, the transport of spin current was studied for the first time using an interface PAni/YIG (yttrium iron garnet (YIG)). Therefore, a ferromagnetic resonance (FMR) experiment was carried out on samples adequately prepared with PAni to study the spin current transport. The studies carried using this material, it was possible shows conclusively a new property of the PAni; the ability to conduct efficiently a spin current. Finally, titanium dioxide TiO2 was used as a second un- conventional material for development of devices. For this purpose TiO2 films were deposited on gallium arsenide (GaAs) substrates with low and high Miller indices using two different de- position techniques (Pulsed laser deposition (PLD) and sputtering). In this thesis stage were studied crystallographic orientation influences of the substrates and deposition technique on the TiO2 structural properties. The Raman spectroscopy results showed that TiO2 films grown by sputtering are preferably in anatase phase, for films grown on both the GaAs (100) and GaAs (311)B substrates. On the other hand, TiO2 films grown by PLD, the rutile phase is predo- minant. Finally, results obtained by photolithography processes are motivatcher, showing that improvement of technique in the sense to lithograph planar structures of polyaniline films in nanoscale may reveal new effects with application properties in science and nanotechnology.
Palavras-chave: Polianilina - Síntese
Semicondutores orgânicos
Spintrônicos
Dióxido de titânio
CNPq: Física da matéria condensada
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Citação: GOMES, Joaquim Pinto. Preparação e caracterização de estruturas híbridas baseadas em polianilina e TiO2 para desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e spintrônicos. 2018. 92 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2018.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br//handle/123456789/26070
Data do documento: 6-Nov-2018
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