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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Propriedades estruturais, ópticas e mecânicas de filmes finos de triiodeto de bismuto (BiI3) depositados por evaporação térmica
Title Alternative: Structural, optical and mechanical properties of thermally evaporated bismuth triiodide (BiI3) thin films
Author: Coutinho, Natália de Faria, 1990-
Advisor: Marques, Francisco das Chagas, 1957-
Abstract: Resumo: O triiodeto de bismuto (BiI3) é um semicondutor que tem sido estudado nos últimos anos com o objetivo de se desenvolver materiais alternativos para aplicação em dispositivos fotovoltaicos. Ele também pode ser utilizado em detectores de raios-X e raios gama devido à alta densidade de seus elementos, bem como ser convertido em perovskitas à base de bismuto ((CH3NH3)3Bi2I9), que também são adequadas para aplicações fotovoltaicas. Desta forma, o BiI3 é um material de interesse da comunidade científica, mas suas propriedades ainda não foram exploradas de forma ampla, principalmente no que se refere a filmes finos. Neste trabalho depositamos filmes finos de triiodeto de bismuto através da evaporação térmica do pó de BiI3, técnica esta que leva a filmes homogêneos e com bom recobrimento do substrato. Reportamos, pela primeira vez, uma caracterização ampla desses filmes, envolvendo tanto o estudo de suas propriedades estruturais, morfológicas e ópticas como de suas propriedades mecânicas: stress, dureza, coeficiente de expansão térmica e módulos elásticos. Observamos, através de medidas de difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de UV-Visível, que os filmes são microcristalinos, com estrutura cristalina romboédrica e com band gap óptico de 1,7 eV. A dureza dos filmes, obtida através de medidas de nanoindentação, é suficiente para permitir o manuseio de um dispositivo sem afetar sua integridade, e os valores obtidos para os módulos elásticos e para o coeficiente de expansão térmica favorecem a deposição deste material em substratos flexíveis. Além disso, analisamos a estabilidade dos filmes de BiI3 com relação à seu aquecimento, e notamos que os filmes permanecem com suas propriedades estruturais, morfológicas e ópticas inalteradas quando aquecidos até 150°C. Observamos que os filmes se degradam para BiOI, e que a iluminação pode acelerar esse processo de oxidação. Por fim, realizamos estudos a respeito de algumas técnicas de conversão do BiI3 - na forma de filme fino - em (CH3NH3)3Bi2I9, e observamos que a morfologia e estrutura cristalina destes filmes são diretamente afetadas pelo método utilizado no processo de conversão

Abstract: Bismuth triiodide (BiI3) is a semiconductor that has been studied in recent years aiming the development of new materials in photovoltaic devices. It can also be used in X-ray and gamma ray detectors due to the high density of its elements, as well as being converted into bismuth-based perovskites ((CH3NH3)3Bi2I9), which are also suitable for photovoltaic applications. In this way, BiI3 is an interesting material for the scientific community, which properties have not yet been widely explored, especially regarding this material in the form of thin film. In this work, we deposited bismuth triiodide thin films by thermal evaporation of BiI3 powder, a technique that leads to homogeneous films with good coating of the substrate. We report, for the first time, a broad characterization of these films, involving both the study of their structural, morphological and optical properties as well as their mechanical properties: stress, hardness, coefficient of thermal expansion and elastic moduli. We observed through X-ray diffraction measurements, scanning electron microscopy and UV-Visible spectroscopy that the films are microcrystalline, with rhombohedral crystal structure and optical band gap of 1.7 eV. The film hardness, obtained through nanoindentation measurements, is sufficient to allow the handling of the device without affecting its integrity, and the values obtained for the elastic moduli, as well as the ones for the coefficient of thermal expansion, indicates that this material is suitable for deposition in flexible substrates. In addition, we have examined the thermal stability (up to 150°C) of BiI3 films, and observed that the films properties - structural, morphological and optical - remain unchanged in this range of temperature. We observed that the films degrade to BiOI, and that illumination can accelerate this oxidation process. Finally, we conducted studies on some techniques for converting BiI3 - in the form of thin film - to (CH3NH3)3Bi2I9, and we observed that the morphology and crystalline structure of these films are directly affected by the method used in the conversion process
Subject: Semicondutores
Filmes finos
Bismuto
Perovskita
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: COUTINHO, Natália de Faria. Propriedades estruturais, ópticas e mecânicas de filmes finos de triiodeto de bismuto (BiI3) depositados por evaporação térmica. 2019. 1 recurso online (137 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:IFGW - Tese e Dissertação

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