Nesta dissertação são apresentados os resultados da síntese de
nanocristais (NCs) de PbSe em substratos de Si e SOI. O material foi
produzido pela técnica de Síntese por Feixe de Íons (IBS) seguido de
tratamentos térmicos em alta temperatura. As amostras foram
caracterizadas pelas técnicas de Retroespalhamento Rutherford (RBS) e
Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM). O estudo abrangeu amostras
implantadas apenas com Pb ou com Se, ou amostras sequencialmente
implantadas com Pb e Se. As implantações foram realizadas com substrato
aquecido a Ti = 400 °C para evitar amorfização, variandose parâmetros de
implantação como fluência, energia e ordem de implantação (primeiro Se
ou Pb). Os recozimentos foram realizados a diferentes temperaturas e
tempos. Os resultados foram discutidos em termos da retenção dos íons e
da reação de formação do PbSe. Os principais resultados podem ser
resumidos da seguinte forma. Durante as implantações ocorrem perdas
tanto de Pb como de Se, atribuídas a processos de difusão auxiliada por
irradiação. Nas amostras implantadas com apenas um elemento não ocorrem
perdas durante os tratamentos térmicos. Contudo, nas amostras
implantadas com Pb e Se, ocorrem perdas tanto de Pb como de Se. Este
fenômeno é discutido considerando difusão pela matriz e evaporação pela
superfície. O aumento das perdas foi associado à reação de formação do
composto PbSe. Esta reação produz nanocristais, formando discordâncias
devido ao desajuste de rede cristalina nas interfaces PbSe/Si. As perdas
de Pb ocorrem preferencialmente através de difusão em discordâncias.
Diferentemente do Pb, os átomos de Se reagem de diferentes formas com a
matriz, permanecendo retidos no substrato. As Distribuições em Tamanho
de NCs (DTNs) possuem forma característica e pouca variação de forma em
função do tempo, não sendo observado crescimento competitivo. Estes
resultados podem ser interpretados com base em argumentos
termodinâmicos. A estabilidade do sistema NCs de PbSe em matriz de Si
ocorre devido a minimização da energia de superfície, através da
formação de interfaces coerentes, semi-coerentes e de estruturas
caroço-casca (caroço de PbSe e casca de Se) com interfaces Se/Si. Para
tanto a reação de síntese do PbSe produz NCs com uma coleção de
orientações específicas em relação a estrutura cristalina do Si.
Análises das micrografias de alta resolução com técnicas de Transformada
de Fourier demonstram que muitos destes NCs são deformados
plasticamente para diminuir o desajuste com o Si. O presente estudo
mostra que é possível produzir NCs de PbSe termicamente estáveis e
cristalograficamente orientados em relação a estrutura cristalina do Si.
A baixa entalpia de formação do PbSe e baixa solubilidade dos átomos de
Pb e de Se favorece a síntese dos NCs. Contudo, o comportamento químico
e cinético do sistema é complexo devido as diferentes interações Pb-Si e
Se-Si.
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