Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10923/7339
Type: doctoralThesis
Title: Influência do alumínio no comportamento segregacional do índio em ligas ternárias de Ga1-xInxSb
Author(s): Streicher, Morgana
Advisor: Dedavid, Berenice Anina
Publisher: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Graduate Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais
Issue Date: 2015
Keywords: ENGENHARIA DE MATERIAIS
ALUMÍNIO
SEMICONDUTORES
OPTOELETRÔNICA
Abstract: Ternary alloys of III-V semiconductor materials, in particular Ga1-xInxSb, are ideal candidates for substrates because of the possibility to define the lattice constant as a function of concentration of the third element, indium, enabling the adjustment of the lattice parameter in accordance to the subsequent epitaxial layer. Therefore, the mono-crystallinity of the epitaxial layer is favored and the tensions at the interface layer/substrate are reduced, allowing to numerous possibilities and applications. Aluminum (Al) is considered an isoelectric dopant for Ga and In, meaning that it does not change the number of charge carriers, but increases the mobility in GaSb crystals. When Al is added to the Ga1-xInxSb ternary alloy, it can have influence over native defects passivating and/or compensating them. To understand the influence of Al on the distribution of indium (In) in ternary alloys of Ga1-xInxSb, pure and doped Ga0,8In0,2Sb crystals were obtained with approximately 1020 atoms/cm3 of Al using a vertical Bridgman system. Analysis by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectrometry (EDS), X-ray diffraction (XRD), particle induced X-ray emission (PIXE) and particle induced gamma ray emission (PIGE) were used for the structural and compositional characterization of the crystals. The obtained crystals of Ga0,8In0,2Sb, doped with aluminum or not, exhibited segregation of the third element, however, for Ga0,8In0,2Sb:Al crystals the segregation decreased. The crystals of Ga0,8In0,2Sb:Al presented a good structural homogeneity when compared to the undoped alloy, and they were free from cracks and micro cracks. All of the obtained crystals presented precipitates, twins and grains with different concentrations of In. In the crystals doped with aluminum, single regions were observed in the solidification direction, which can be associated to a more uniform distribution of indium. The small compositional variation observed in the crystals, in radial direction, and measured by PIXE, may be related to the solid-liquid interface’s quasi-equilibrium behavior. The results indicated that aluminum has influenced the indium distribution in the crystals, in the solidification direction, and the electrical properties imply that the aluminum may have contributed to the generation of accepter defects such as GaSb, InSb e AlSb, wherein the number of charge carriers increased in the doped crystals. The possibility of complex defects generation such as (VGaGaSb), (VGaInSb) e (VGaAlSb) cannot be excluded, since the charge mobility in the doped crystals decreased.
Ligas ternárias de materiais semicondutores III-V, nomeadamente Ga1-xInxSb, são candidatas ideais para substratos, pois a possiblidade de se definir a constante de rede em função da concentração do terceiro elemento, o índio, possibilita o ajuste do parâmetro de rede de acordo com a camada epitaxial subsequente. Desta forma, a monocristalinidade da camada epitaxial é favorecida e as tensões na interface camada/substrato são diminuídas, introduzindo inúmeras possibilidades e aplicações. O alumínio (Al) é considerado um dopante isoelétrico do Ga e do In, isto é, não altera o número de portadores de carga, mas aumenta a mobilidade em lingotes de GaSb. Ao ser adicionando na liga ternária Ga1-xInxSb, pode influenciar passivando e/ou compensando os defeitos nativos. Para compreender a influência do Al na distribuição do índio (In) em ligas ternária de Ga1-xInxSb, foram obtidos lingotes de Gao,8In0,2Sb puros e dopados com aproximadamente 1020 átomos/cm3 de Al em um sistema Bridgman vertical. Análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por dispersão de energia (EDS), difração de raios X (XRD), emissão de raios X induzida por partículas (PIXE) e emissão de raios gama induzida por partículas (PIGE) foram utilizadas para a caracterização estrutural e composicional dos lingotes. Os lingotes de Ga0,8In0,2Sb obtidos, dopados ou não com alumínio, apresentaram segregação do terceiro elemento, porém, para os lingotes Ga0,8In0,2Sb:Al a segregação foi menor. Os lingotes de Ga0,8In0,2Sb:Al apresentaram uma boa homogeneidade estrutural, livres de fissuras e micro trincas, quando comparados à liga não dopada. Todos os lingotes obtidos apresentam formação de precipitados, maclas e grãos com diferentes concentrações de In. Nos lingotes dopados com alumínio foram observadas regiões com pequena quantidade de grãos na direção da solidificação, que podem ser atribuídas a uma distribuição do índio mais uniforme. A pequena variação composicional observada nos lingotes, no sentido radial, mensurada por PIXE, pode ser atribuída ao comportamento próximo ao equilíbrio da interface sólido-liquido. Os resultados obtidos sugerem a influência do alumínio na distribuição de índio nos lingotes, na direção da solidificação, ao mesmo tempo que as propriedades elétricas sugerem que o alumínio possa ter contribuído para a geração de defeitos aceitadores como GaSb, InSb e AlSb, sendo que o número de portadores de carga aumentou nos lingotes dopados. Não se exclui a possibilidade da geração de defeitos complexos como (VGaGaSb), (VGaInSb) e (VGaAlSb), uma vez que a mobilidade das cargas nos lingotes dopados diminuiu.
URI: http://hdl.handle.net/10923/7339
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