Conclusões

O interesse em nanofios semicondutores cresceu rapidamente nos últimos 10 anos. Diversos novos efeitos foram observados e aplicações possíveis têm sido demonstradas em grande número. Em nossos trabalhos nos concentramos no estudo de nanofios de semicondutores III-V, em especial InP, InAs, InAsP e InGaP, crescidos pelo método VLS catalisado por nanopartículas de Au (exceto os nanofios com discordâncias em parafuso).

Nossa motivação fundamental do trabalho era a determinação da homogeneidade química de nanofios semicondutores crescidos pelo método catalítico (seja pela segregação de ligas, ou por efeitos de dopagens não homogêneas). Neste sentido, foi necessário o desenvolvimento de métodos para a preparação de seções transversais de nanofios, que permitiriam, em princípio, determinar possíveis variações radiais de composição química. Entretanto, as variações esperadas são pequenas e, por isso, fomos obrigados a estudar os limites de diferentes técnicas de espectroscopia e imagens de alta resolução espacial aplicadas ao nosso sistema. Nossos experimentos demonstraram possíveis diferenças entre o crescimento catalítico (VLS) e bidimensional de semicondutores. Contudo, nossos resultados ainda não são conclusivos, sendo a maior dificuldade a preparação de amostras de alta qualidade (espessuras menores do que 30 nm – 50 nm) para microscopia eletrônica de transmissão. Vale destacar que a preparação de amostras para microscopia de transmissão em si já é um grande desafio (dependendo do material). A preparação de um seção transversal de alta qualidade de uma nanoestrutura é um desafio maior ainda e pode resultar em meses de trabalho.

No mesmo caminho, um outro objetivo era a compreensão do processo de formação de interfaces em nanofios semicondutores e a medida da qualidade destas. Isto é, qual grande é a região de interdifusão entre dois materiais em nanofios. Nestes experimentos com nanofios de InP, que envolvem basicamente medidas espectroscópicas com resolução espacial nanométrica, percebemos que os limites práticos foi determinado pelo dano por radiação causado na amostra

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pelo feixe eletrônico. Mesmo assim, fomos capazes de aplicar um procedimento quantitativo para a medida de larguras de interfaces. Este desenvolvimento é importante para a comunidade que trabalha com nanofios, já que a qualidade de interfaces determina o comportamento de dispositivos. Contudo, rotineiramente, resultados são publicados com avaliações qualitativas e visuais de imagens e perfis, sendo de difícil avaliação e comparação. Tentamos, em nossos trabalho, estabelecer um método quantitativo e reprodutível para a caracterização de interfaces.

Considerando os dois problema anteriores (detecção de pequenas variações de composição e quantificação em materiais sensíveis a feixes eletrônicos de alta energia) propusemos a aplicação da técnica de deslocamento químico de plasmons (Espectroscopia de Perda de Energia de Elétrons) à quantificação de variações químicas em nanofios de semicondutores III-V. Isto nos permitiu a determinação de pequenas variações da concentração de As ( sensibilidade 1 % - 2 % por ponto, detecção de (4.4 ± 0.5) % de As, uma grande melhoria comparada com a sensibilidade de 5 % de EDS), a observação de variações da energia do plasmons, (33 ± 7) meV, em segmentos uniformes de InAs e da quantificação do tempo característico de dano em nanofios de InP. A proposta desta técnica para semicondutores III-V é importante já que permite a avaliação não destrutiva, resultando em dados confiáveis, com maior sensibilidade do que suas alternativas.

Os experimentos realizados em interfaces InP/InAs e InAs/InP em heteroestruturas InP/InAs/InP em nanofios nos levaram a determinação da rota de incorporação de átomos de As à estrutura. Nestes nanofios, observamos a presença de As nos segmentos finais de InP. Interpretamos esta observação como uma indicação da difusão de As através da nanopartícula metálica catalisadora. O conhecimento da rota de incorporação de átomos ao material é importante, uma vez que esta pode influenciar sua homogeneidade química e a qualidade de interfaces formadas. Até o momento da nossa publicação, dentro do nosso conhecimento, não havia confirmação da rota de incorporação deste elemento químico em nanofios crescidos por VLS.

Na direção da caracterização detalhada de nanofios semicondutores, estudamos as distorções morfológicas devido à presença de uma discordância em parafuso única em nanofios de InP. Estas deformações foram previstas por Eshelby, em 1953, utilizando-se um modelo com base na teoria elástica macroscópica. Utilizando diversas técnicas de microscopia (HRTEM, BF- STEM, HAADF-STEM, SAED, CBED) caracterizamos a torção induzida nos nanofios devido à discordância e a magnitude do vetor de Burgers do defeito. Confrontando estes resultados com o modelo, determinamos que a taxa de torção é até 100% maior do que o previsto pela teoria clássica. Acreditamos que esta disparidade ocorra devido a efeitos de superfície, pois os fios tem poucos nanômetros (~10 nm) de raio. Para objetos pequenos a interação complexa entre a superfície do material (próxima) e a discordância pode levar a processos de relaxação não previstos no modelo macroscópico. Neste sentido, a quantificação de todas as grandezas envolvidas no modelo (torção, área, vetor de Burgers) é fundamental à interpretação correta de observações. Nossas conclusões indicam que o modelo com base na teoria macroscópica não se

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aplica nesta escala. Finalmente, a caracterização realizada é um exemplo da medida detalhada de uma distorção tri-dimensional em uma nanoestrutura utilizando-se técnicas microscopia eletrônica de transmissão. Este é um desafio atual em nanotecnologia, já que o conhecimento da estrutura real do material é necessária para a predição de suas propriedades. Finalmente, os nanofios com defeitos observados possuem um perfil único de tensão o que induz a formação de um poço de potencial com formato de um tubo, o que pode levar a detecção de fenômenos interessantes.