Deposição de camadas de In por evaporação resistiva e oxidação para In2O3 com potencial utilização em dispositivos optoeletrônicos - Souza, Renato Dias de [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2025)
O presente trabalho propõe a deposição de Índio (In) metálico, seguido de oxidação em atmosfera ambiente, com o objetivo de obter o óxido de índio (In2O3) e investigar as propriedades dos filmes desse óxido para possíveis aplicações em dispositivos optoeletrônicos. Foram analisadas as propriedades estruturais, elétricas e ópticas das amostras de In2O3, estruturando o estudo em três principais séries de amostras. A primeira, denominada inicial, teve como foco o estudo dos parâmetros de deposição e os tratamentos que seriam aplicados nas amostras subsequentes. A série 1 aprofundou o estudo da deposição de índio metálico por evaporação resistiva, utilizando os conhecimentos adquiridos na série anterior. A série 2 teve dois objetivos principais: reproduzir as medições realizadas na série 1, a fim de investigar a reprodutibilidade dos dados, e caracterizar o óxido de índio obtido pela oxidação dos filmes produzidos na própria série 2. Em cada uma dessas séries, foi realizado um estudo sobre o efeito dos métodos de limpeza aplicados aos substratos de vidro soda-lime e sílica. O estudo da rugosidade do substrato e dos métodos de limpeza indicou que substratos com maiores rugosidades apresentaram picos mais intensos nos difratogramas de Raios-X e tamanhos de cristalitos maiores, tanto para os filmes de In quanto para os de In2O3. Os filmes depositados sobre vidro soda-lime mostraram os melhores resultados. Observou-se que, para ambos os tipos de filmes (In e In2O3), houve um crescimento preferencial, determinado pelo cálculo do coeficiente de textura (CT) das amostras. Em seguida, foi realizado um estudo comparativo entre os métodos de deposição spin-coating e evaporação resistiva, cujos resultados demonstraram que os filmes obtidos por evaporação resistiva de In e oxidados por tratamento térmico apresentaram maior homogeneidade topográfica em comparação aos obtidos por spin-coating. No que se refere às propriedades elétricas, medições realizadas com o método de hot point probe e análise da condutividade em função da temperatura revelaram que as amostras têm características típicas de semicondutores do tipo n. Através de medições de corrente x voltagem sob fotoexcitação, foi observado o fenômeno de fotocondutividade persistente (PPC), associado à geração de portadores de carga excitados pela luz. As medidas elétricas sob fotoexcitação foram realizadas em diferentes temperaturas (de 30 K até 350 K), e mostraram um aumento significativo na corrente devido à excitação óptica, com valores típicos de 68,5%, 11,2% e 23,7% para as temperaturas de 30 K, 150 K e 250 K, respectivamente, após 5 min de excitação com um laser de He-Cd (325 nm). Após a remoção da fonte de excitação, a corrente apresentou um decaimento, sendo de 10,3%, 4,92% e 1,12% do valor máximo excitado para essas mesmas temperaturas, após 10 min de decaimento. Esses dados evidenciam a dependência da persistência da fotocondutividade com a temperatura e contribuem para a compreensão das propriedades elétricas dinâmicas das amostras de In2O3. Com as propriedades estudadas, observa-se a viabilidade de confecção de um dispositivo optoeletrônico, como um transistor de efeito de campo, utilizando a variação da estequiometria do In2O3 para compor as diferentes camadas do dispositivo. O In2O3, em sua estequiometria ideal, pode ser empregado como a camada isolante do dispositivo, enquanto o In2O3 com vacâncias de oxigênio ou modificações específicas em sua estequiometria pode atuar como a camada semicondutora do dispositivo

In this work, it is proposed the deposition of metallic Indium (In), followed by oxidation in ambient atmosphere, aiming for the obtainment of indium oxide (In2O3) and the investigation of the properties of films of this oxide for possible applications in optoelectronic devices. The structural, electrical, and optical properties of the In2O3 samples were analyzed, organizing the study into three main series of samples. The first, called initial, focused on the study of the deposition parameters and the treatments that would be applied to the subsequent samples. Series 1 deepened the study of metallic indium deposition by resistive evaporation, using the knowledge acquired in the previous series. Series 2 had two main objectives: to reproduce the measurements performed in Series 1, in order to investigate the reproducibility of the data, and to characterize the indium oxide obtained by oxidation of the films produced in Series 2 itself. In each of these series, a study was carried out on the effect of the cleaning methods applied to the soda-lime glass and silica substrates. The study of the substrate roughness and cleaning methods indicated that substrates with greater roughness presented more intense peaks in the X-ray diffractograms and larger crystallite sizes, both for the In and In2O3 films. The films deposited on soda-lime glass showed the best results. It was observed that, for both types of films (In and In2O3), there was a preferential growth, determined by the calculation of the texture coefficient (CT) of the samples. Then, a comparative study was carried out between the spin-coating deposition and resistive evaporation methods, the results of which demonstrated that the films obtained by resistive evaporation of In and oxidized by thermal annealing presented greater topographic homogeneity compared to those obtained by spin-coating. Regarding the electrical properties, measurements performed with the hot-point probe method and analysis of conductivity as a function of temperature revealed that the samples have typical characteristics of n-type semiconductors. Through current vs. voltage measurements under photoexcitation, the phenomenon of persistent photoconductivity (PPC) was observed, associated with the generation of charge carriers excited by light. The electrical measurements under photoexcitation were performed at different temperatures (from 30 K to 350 K) and showed a significant increase in current due to optical excitation, with typical values of 68.5%, 11.2%, and 23.7% for temperatures of 30 K, 150 K, and 250 K, respectively, after 5 min of excitation with a He-Cd laser (325 nm). After removing the excitation source, the current showed a decay, being 10.3%, 4.92%, and 1.12% of the maximum excited value for these same temperatures, after 10 min of decay. These data demonstrate the temperature dependence of photoconductivity persistence and contribute to the understanding of the dynamic electrical properties of In2O3 samples. With the studied properties, it is possible to observe the feasibility of manufacturing an optoelectronic device, such as a field-effect transistor, using the variation of the In2O3 stoichiometry to compose the different layers of the device. In2O3, in its ideal stoichiometry, can be used as the insulating layer of the device, while In2O3 with oxygen vacancies or specific modifications in its stoichiometry can act as the semiconductor layer of the device
Deposition of In layers by resistive evaporation and oxidation to In2O3 with potential use in optoelectronic devices
Keywords: Índio; Óxido de índio; Evaporação resistiva; Oxidação; Indium; Indium oxide; Resistive evaporation; Oxidation