Resultados e discuss˜oes - Conclus˜oes - Novos materiais fotorrefrativos : propriedades ópticas

3.2 Conclus˜oes

4.1.1 Resultados e discuss˜oes

4.1.1.1 Sillenitas

A figura 4.2 (a) apresenta o resultado para o cristal de BTO não dopado (amostra BTO- 008) para fins de compara¸cão com as outras amostras. Neste resultado, observamos o pico associado à banda proibida. É poss´ıvel perceber os “degraus”, que indicam a presen¸ca de estados localizados. A seta em vermelho indica o in´ıcio do degrau. Esses degraus ocorrem devido a excita¸cão de um novo centro fotoativo, ou seja, a medida que a energia do fóton aumenta, outros centros fotoativos são atingidos, e maior é a fotocondutividade [31, 42]. Neste caso, três experimentos foram realizados: a curva de c´ırculos apresenta o experimento no cristal termicamente relaxado; a de triângulos, a amostra foi pré-exposta com energia fotônica hν = 2.4eV; e a de quadrados o cristal foi exposto a ilumina¸cão ambiente (normal). No gráfico ampliado, figura 4.2 (b), fica claro a identifica¸cão dos estados localizados em 1.7 e 2.0eV, para a amostra pré-exposta. Acima desse valor, a análise do espectro fica camuflada pelos efeitos de fotoluminescência.

Esta técnica não permite distinguir se as energias são referidas à banda de condu¸cão (com elétrons como portadores) ou à banda de valência (com buracos como portadores). Com experimentos auxiliares de holografia, sabemos que os portadores são, prioritariamente, elétrons [31, 42]. Também fica claro (figura 4.2 (a)) o efeito do relaxamento térmico (parcial) do BTO, onde a curva para a amostra relaxada quase não apresenta (ou aparecem muito reduzidos) os degraus, que são bem vis´ıveis na amostra pré-exposta. Podemos observar melhor esse efeito no espectro ampliado na figura 4.2 (b).

CAPÍTULO 4. FOTOCONDUTIVIDADE 28 condi¸cão é poss´ıvel perceber uma grande subida em 2.2eV, determinando o n´ıvel Fermi para o BTO [44, 45]. A partir deste n´ıvel, o resultado apresenta um pico em 3.2eV que caracteriza a banda proibida deste material.

Na figura 4.4, está apresentado o espectro de absor¸cão juntamente com o coeficiente de fotocondutividade para o BTO não dopado. Percebe-se uma queda no espectro de absor¸cão quando se aproxima do limite de banda ao invés de uma satura¸cão. Este comportamento indica que a radia¸cão detectada não é a transmitida pelo cristal, e sim, a radia¸cão emitida pela recombina¸cão do portador de carga com um centro foto-ativo [31, 1, 42]. Na técnica clássica que usa o espectrômetro, a radia¸cão luminescente não é detectada pois o detector se encontra longe da amostra, diferente da técnica da Fotocondutividade Resolvida por Comprimento de Onda onde a amostra está próximo da amostra. Apesar do espectro de absor¸cão conter radia¸cão luminescente, a medida de absor¸cão é necessária para processar os dados da fotocondutividade.

Figura 4.2: (a) Coeficiente de fotocondutividade em fun¸cão da energia fotônica (hν) para um cristal de BTO não dopado, para as condi¸cões: relaxado, pré-exposto com hν = 2.4eV e normal, na escala logar´ıtmica; (b) Visão ampliada do coeficiente de fotocondutividade entre 1.0 e 2.5eV.

O resultado do coeficiente de fotocondutividade para o cristal BTO dopado com chumbo (BTO:Pb) está apresentado na figura 4.5 (a) e em escala ampliada na figura 4.5 (b). Compa- rando as curvas, percebe-se que o efeito da pré-exposi¸cão (com energia fotônica hν = 2.4eV) é relativamente fraco quando comparado com BTO puro, e não há quase diferen¸ca entre os experimentos relaxado e normal e a identifica¸cão de degraus é dif´ıcil. E, ainda, a fotocondutividade

CAP´ITULO 4. FOTOCONDUTIVIDADE 29

Figura 4.3: Coeficiente de fotocondutividade em fun¸cão da energia fotônica para o cristal de BTO não dopado, para as condi¸cões: relaxado, pré-exposto com hν = 2.4eV e normal.

Figura 4.4: Coeficiente de absor¸c˜ao e coeficiente de fotocondutividade medido no BTO n˜ao dopado.

do BTO:Pb ´e uma ordem de grandeza menor que o BTO puro.

Na figura 4.6 (a) está apresentado o resultado do coeficiente de fotocondutividade para o cristal de BTO dopado com vanádio (amostra BTO:V-J16a). Pode-se perceber que quase não há efeito de pré-exposi¸cão (com hν = 2.4eV), e apenas se observa um crescimento monotonico da curva do coeficiente de fotocondutividade, com um degrau em 1.76 e 2.09eV (figura 4.6 (b)). A fotocondutividade desta amostra é duas ordens de grandeza menor que para o BTO puro.

CAP´ITULO 4. FOTOCONDUTIVIDADE 30

Figura 4.5: (a) Coeficiente de fotocondutividade em fun¸cão da energia fotônica para o cristal de BTO:Pb, para as condi¸cões: relaxado, pré-exposto com hν = 2.4eV e normal, na escala logar´ıtmica;

(b) Vis˜ao ampliada do coeficiente de fotocondutividade entre 1.0 e 2.3eV.

Figura 4.6: (a) Coeficiente de fotocondutividade em fun¸cão da energia fotônica para o cristal de BTO:V, para as condi¸cões: relaxado, pré-exposto com hν = 2.4eV e normal, na escala logar´ıtmica;

(b) Vis˜ao ampliada do coeficiente de fotocondutividade entre 1.0 e 2.3eV.

é menos fotocondutor que o BTO puro (aproximadamente uma ordem de grandeza menos fotocondutor) e dois degraus podem ser identificados em 1.7 e 2.0eV (seta em vermelho), como observamos na figura 4.7 (a) e (b). É interessante salientar o efeito da pré-exposi¸cão (também com hν = 2.4eV) que, neste caso, é bem notável, diferentemente para o BTO:Pb e BTO:V quando pré-expostos.

CAP´ITULO 4. FOTOCONDUTIVIDADE 31

Figura 4.7: (a) Coeficiente de fotocondutividade em fun¸cão da energia fotônica para o cristal de BTO:Zr, para as condi¸cões: relaxado, pré-exposto com hν = 2.4eV e normal, na escala logar´ıtmica;

(b) Vis˜ao ampliada do coeficiente de fotocondutividade entre 1.0 e 2.5eV.

mos o aumento da fotocondutividade devido o efeito de pr´e-exposi¸c˜ao, com hν = 2.4eV, quando comparado com o termicamente relaxado. Um centro foto-ativo poder visto em 2.08eV.

As fotocondutividades do BTO não dopado e do BGeO, pré-expostos, são comparadas na figura 4.9. É interessante observar que nesta condi¸cão a diferen¸ca entre a fotocondutividade do BTO e do BGeO não é significativa.

Figura 4.8: Coeficiente de fotocondutividade em fun¸cão da energia fotônica para um cristal de BGeO, para as condi¸cões: relaxado e pré-exposto com hν = 2.4eV.

CAP´ITULO 4. FOTOCONDUTIVIDADE 32

Figura 4.9: Compara¸cão entre a fotocondutividade do BTO não dopado e BGeO sob condi¸cão de pré-exposi¸cão.

4.1.1.2 CdTe

As medidas realizadas nas amostras de CdTe com diferentes dopantes são menos interessantes pois o nosso sistema não nos permite explorar a faixa de 0.6 à 0.8eV onde esperamos encontrar o n´ıvel de Fermi, neste caso, fixado pelas impurezas de V3+_/V2+ _[28].

O coeficiente de fotocondutivadade para a amostra CdTe:V (amostra CdTe:V-BR4Z1Mb), na condi¸cão normal e pré-exposta com luz de energias fotônicas distintas, está apresentado na figura 4.10 onde vemos um pico por volta de 1.46eV caracterizando a banda proibida deste material. Notamos também a presen¸ca de um degrau em 1.36eV. Como a maior parte dos LEDs apresenta comprimentos de onda no vis´ıvel, apenas um pequeno espectro pode ser analisado. Verificamos, ainda, que a pré-exposi¸cão não alterou a fotocondutividade do material.

O resultado do coeficiente de fotocondutividade para o CdTe:Ge está apresentado na figura 4.11, este resultado tem um comportamento diferente das demais amostras de CdTe, indicando a presen¸ca de um segundo centro foto-ativo. Neste caso acreditamos que o pico em 1.46eV caracteriza a banda proibida pois a partir de 1.32eV observamos uma rápida subida e depois um decaimento. Um degrau em 1.2eV pode ser notado. Comparando a fotocondutividade do CdTe:Ge com o CdTe:V vemos que CdTe:Ge é uma ordem de grandeza menos fotocondutor que o CdTe:V. Os experimentos com pré-exposi¸cão não foram realizados nesta amostra por não

CAP´ITULO 4. FOTOCONDUTIVIDADE 33

Figura 4.10: Coeficiente de fotocondutividade em fun¸cão da energia fotônica para o cristal de CdTe:V para a condi¸cão normal e pré-exposta com luz de energia fotônica hν = 1.32, 1.40 e 1.47eV.

poder explorar as faixas abaixo de 1.0eV devido à limita¸cão no nosso sistema de medidas. Na figura 4.12 vemos o coeficiente de fotocondutividade para a amostra CdTe:Bi. Neste caso não foi observado nenhum degrau na faixa de medida. O interessante é observar que este material é uma ordem de grandeza mais fotocondutor que o CdTe:V.

Figura 4.11: Coeficiente de fotocondutividade em fun¸cão da energia fotônica para o cristal de CdTe:Ge para a condi¸cão normal.

CAP´ITULO 4. FOTOCONDUTIVIDADE 34

Figura 4.12: Coeficiente de fotocondutividade em fun¸cão da energia fotônica para o cristal de CdTe:Bi para a condi¸cão normal.

4.1.1.3 ZnTe

Os resultados para o ZnTe dopado com vanádio (amostra ZnTe:V-12) e dopado com vanádio e alum´ınio (amostra ZnTe:V:Al-THM-15) estão apresentados na figura 4.13. Este material é interessante por ter a banda proibida maior que o do CdTe, aproximadamente 2.1eV para as duas amostras. Na figura 4.14 está apresentado o coeficiente de fotocondutividade para a região de 1.0 até 2.1eV, onde observamos que a amostra ZnTe:V-12 apresenta claramente degraus em 1.46, 1.75 e 1.88eV, enquanto que a amostra ZnTe:V:Al-THM-15 não apresenta nenhum degrau, apenas um crescimento uniforme.

4.2 Conclus˜oes

Para estes experimentos utilizamos configura¸cão transversal de eletrodos na amostra, para que fosse levado em considera¸cão a varia¸cão da fotocondutividade no seu volume, devido à absor¸cão de luz no material, permitindo melhor caracteriza¸cão das suas propriedades. Para isso é necessário a medida do coeficiente de absor¸cão e da fotocondutividade simultaneamente. Foram identificados vários degraus tanto nos compostos da fam´ılia sillenita quanto nos semicondutores do grupo II-VI. Em rela¸cão à fam´ılia sillenita, percebemos em todas as amostra uma grande subida em 2.2eV, que determina o n´ıvel Fermi.

CAP´ITULO 4. FOTOCONDUTIVIDADE 35

Figura 4.13: Coeficiente de fotocondutividade em fun¸cão da energia fotônica para os cristais ZnTe:V e ZnTe:V:Al para a condi¸cão normal.

Figura 4.14: Coeficiente de fotocondutividade em fun¸cão da energia fotônica para a região de 1.0 até 2.1eV para os cristais ZnTe:V e ZnTe:V:Al para a condi¸cão normal.

Nas amostras semicondutoras, o CdTe dopado com vanádio apresentou o pico de fotocondutividade bem definido em 1.46eV e, apesar das limita¸cões do aparato, um degrau foi observado. Já o CdTe:Ge apresentou um comportamento diferente sugerindo a presen¸ca de dois centros foto-ativos.

Apesar do aparato experimental n˜ao permitir explorar a faixa de 0.6 `a 0.8eV, onde espera-se uma maior sensibilidade dos compostos fotorrefrativos semicondutores, observamos que estas amostras mostraram-se mais fotocondutores que as sillenitas e, por isso, promissoras para

CAP´ITULO 4. FOTOCONDUTIVIDADE 36 aplica¸c˜oes envolvendo o efeito foto-fem.

Cap´ıtulo 5

SPECKLE-FOTO-FEM (SFE)

Neste cap´ıtulo estão apresentados os resultados das medidas de vibra¸cões usando a técnica Speckle-foto-fem e os resultados da caracteriza¸cão dos materiais estudados.

No documento Novos materiais fotorrefrativos : propriedades ópticas e elétricas (páginas 45-55)