Dispositivos optoeletrônicos para o infravermelho termal

Orientador: Paulo MotisukeTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb WataghinResumo: Dispositivos de materiais semicondutores do grupo IV-VI são importantes devido a suas várias aplicações na região do infravermelho termal (5mm £ l £ 14mm). Tanto detetores de radiação como laseres semicondutores fabricados com estes compostos tem aplicações que vão do controle de atitude de satélites à espectroscopia de alta resolução. Entre os materiais mais importantes do grupo, destaca-se a liga Pb1-xSnxTe devido a possibilidade de sintonização de seu gap de energia direto em todo o espectro infravermelho termal para l ³ 5m m. Detetores fotocondutores e fotovoltaícos, laseres semicondutores e, mais recentemente, redes monolíticas, poços quânticos e estruturas mesoscópicas, foram desenvolvidas com sucesso com este material semicondutor. A primeira parte deste trabalho descreve o processamento e a caracterização destes dispositivos, bem como uma nova variante do método de crescimento VMS (Vapor-Melt-Solid), o qual produziu lingotes monocristalinos de PbTe e PbSnTe com alta homogeneidade axial. Após a orientação, corte e polimento óptico, os cristais foram usados como substratos para a fabricação de sensores fotovoltaícos e laseres semicondutores por LPE (Liquid Phase Epitaxy). A segunda parte apresenta os detalhes da técnica e da construção de um sistema de Hot Wall Epitaxy -HWE, que permitiu um melhor controle sobre o crescimento das camadas epitaxiais. Este sistema foi usado para o crescimento de camadas epitaxiais de PbTe e Pb1-xSnxTe sobre vários substratos, tais como KCl, PbTe, BaF2 e Si (111), bem como para o estudo de novos métodos para otimizar o processo de crescimento. Quanto aos substratos de silício, foi reportada pela primeira vez, a construção de junções p-n que, após o processamento, produziram detetores fotovoltaícos com excelentes características de detetividade. A principal motivação para produzir detetores de compostos IV-VI sobre substratos de silício é a possibilidade de obter redes de sensores monolíticas com vários detetores e sua eletrônica associada de processamento de sinal, integrados num mesmo substratoAbstract: The IV-VI materiais semiconducting devices are important due to their several applications in the thermal infrared spectral region (5 mm £ l £ 14 mm). Radiation detectors as well as semiconductor lasers made out with those compounds have several uses, ranging from satellite's attitude control to high resolution spectroscopy. Among the important materiais of this group the Pb1-xSnxTe alloy highlights itself because the tunability of its direct gap in the whole thermal infrared region for l ³ 5 mm. Photoconductors and photovoltaic detectors, semiconductor lasers and, more recently, monolithic arrays, quantum wells and mesoscopic structures, were successful developed with this semiconductor material. The first part of this work describes the processing and characterization of these devices, as well as a new approach to the VMS (Vapor-Melt-Solid) growth method, which produced PbTe and PbSnTe monocrystals with a high axial homogeneity. After being oriented, sliced and optically polished, the crystals were used as substrates to fabricate infrared photovoltaic sensors and semiconductor lasers by LPE (Liquid Phase Epitaxy). The second part presents the details of the technique and of the construction of a Hot Wall Epitaxy -HWE system, which allows a better control over the epitaxiallayers growth. This system was used for the growth of PbTe and Pb1-xSnxTe epitaxiallayers in several substrates, such as KCl, PbTe, BaF2 and Si (111), as well as to study new methods to optimize the growth process. As for the silicon substrates, it was reported for the first time, the construction of p-n junctions that, after processing, had produced photovoltaic detectors with excellent detectivities' characteristics. The main motivation for producing IV-VI compounds detectors on silicon substrates is the possibility to obtain monolithic sensor arrays with several detectors and their associate signal processing electronics, integrated on the same substrateDoutoradoFísicaDoutor em Ciência