Síntese e Caracterização de Filmes Finos de Óxido de Zinco e Polianilina para Aplicações em Heterojunções Semicondutoras

Abstract

Neste trabalho foi desenvolvido um processo de deposição de filmes finos de óxido de zinco a partir do pó (ZnO) sobre substratos de vidro e semicondutores através da técnica de evaporação térmica resistiva. Os filmes foram submetidos a tratamentos térmicos em N2, Ar e O2 e posteriormente foram estudadas suas propriedades estruturais, topográficas, óticas e elétricas. Para isto utilizou-se as técnicas de difração de Raios-x, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de força atômica (AFM), espectroscopia de absorção/transmissão (UV-VIS) e a técnica de medida de quatro pontas. Mostrou-se, dentro de condições de deposição específicas, que usando a técnica de evaporação térmica resistiva é possível a obtenção de filmes de ZnO com boa qualidade topográfica/estrutural, baixa resistividade elétrica (∼ 10-3 Ω.cm) e transmitância ótica superior a 85 %. Verificou-se que o gap desses filmes aumenta com temperatura de recozimento, variando entre 3.09 e 3.24 eV. Neste trabalho também foi realizada a síntese do polímero polianilina (PANI) pelo método químico utilizando-se a metodologia desenvolvida por MacDiarmid et al. A PANI foi utilizada para obtenção de filmes finos, os quais foram depositados em de substratos de vidro com e sem filmes de ouro depositado na superfície, utilizando-se a técnica de spin-coating. Os filmes finos de PANI também foram caracterizados topograficamente, elétrica e oticamente. Os filmes de PANI apresentou baixa resistividade elétrica (10-1 Ω.cm) e excelente estabilidade química no estado dopado. Os filmes de ZnO e de PANI, previamente caracterizados, foram utilizados no processamento das heterojunções. Com estes filmes foi possível desenvolver uma nova classe de dispositivos eletrônicos. Foi verificado que quando o estado de dopagem da PANI é alterado as heterojunções apresentaram comportamentos I x V distintos. Dessa forma, quando a PANI está no seu estado desdopado e natural a heterojunção ZnO/PANI apresenta uma curva I x V característica de um varistor (retificação com simetria em ambas as polarizações), e dependendo da espessura do filme de ZnO pode-se ter coeficiente de não linearidade (α) entre 3 e 15. Por outro lado, quando a heterojunção ZnO/PANI é preparada com a PANI no seu estado dopado (condutor) a curva I x V apresenta comportamento retificador (numa única polarização). Dispositivos baseados em silício e ZnO (ZnO/Si) também foram preparados e caracterizados eletricamente. Observou-se uma diminuição significativa da corrente de fuga nas curvas I x V em função da temperatura de recozimento