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Para além da influência dos diversos parâmetros de processamento e pós-processamento nas propriedades eléctricas dos filmes verificou-se uma interdependência entre a H e a N, pelo que

a sua análise demonstra ser importante para a compreensão dos mecanismos de transporte deste tipo de materiais.

Na Figura 4.23 encontra-se representada a variação da H com a N para os filmes de IZO

obtidos com diferentes %In e diferentes %O2. Como se pode verificar, independentemente das

condições de preparação dos filmes, estes seguem duas tendências distintas: i) a H aumenta para

um valor máximo com o incremento de N, que para os filmes obtidos com diferentes %In, é de 44,80 cm2 V-1s-1 com N=3,13x1020 cm-3, enquanto para os filmes obtidos com diferentes %O2, é de 50,30

cm2V-1s-1 com N=1,21x1020 cm-3; ii) após atingido o valor máximo de H, esta diminui com o

incremento de N. Desde logo estas tendências sugerem a existência de diferentes mecanismos de dispersão a influenciarem a H dos filmes de IZO, sendo o seu efeito relativo comutado para valores

de N~1020.

Figura 4.23 H em função de N para os filmes de IZO obtidos com diferentes %In e %O2. Observa-se em

ambos os casos a existência de duas tendências distintas. (As linhas a tracejado são uma guia para os olhos.) Como visto no capítulo 2, a H dos TCOs é, geralmente afectada por diversos mecanismos

de dispersão, especialmente dispersão por fonões, dispersão por impurezas ionizadas, dispersão pelas fronteiras de grãos e dispersão por impurezas neutras.[42, 45, 52, 65, 67, 94] Para uma melhor identificação dos mecanismos de dispersão dos filmes depositados foram realizadas medidas de efeito de Hall com a temperatura (T). Na Figura 4.24 encontram-se representadas as variações da H com a T para os filmes obtidos com diferentes %In (Figura 4.24 (a)) e com diferentes %O2 (Figura

Figura 4.24 (a) H em função da T para os filmes de IZO obtidos com diferentes %In, os filmes com uma

%In=100 % correspondem ao In2O3; (b) H em função da T para os filmes de IZO obtidos com diferentes %O2;

(c) H/T em função de N para os filmes de IZO depositados com diferentes %In e %O2 . (As linhas a

tracejado são uma guia para os olhos.)

No caso dos filmes obtidos com diferentes %In verifica-se o aumento da H com a

diminuição da T independentemente da sua composição e da sua estrutura, visto os filmes de In2O3 apresentarem uma estrutura policristalina, enquanto os de IZO apresentam uma amorfa. Por sua vez, no caso dos filmes obtidos com diferentes %O2 observam-se duas tendências distintas: para

uma %O2<3,05 % a H aumenta com a diminuição da T (semelhante ao observado com a

composição); para uma %O2≥3,05 % a H diminui com a redução da T. Examinando agora a N no

mesmo intervalo de T (Figura 4.25 (a); (b)) torna-se possível constatar algumas tendências. Desde logo é possível verificar-se que a N é praticamente independente de T, tanto para os filmes com diferentes %In como para os filmes obtidos com diferentes %O2. A independência de N com T

sugere que todos os níveis dadores (lacunas de oxigénio) se encontram ionizados dentro da banda de condução, isto é, o nível de Fermi (EF) encontra-se acima do mínimo da banda de condução

(MBC).[80, 95, 96] Assim, e independentemente das condições de processamento utilizadas, verifica-se para valores de N compreendidos entre 5x1019 e 5x1020 cm-3 que a H aumenta com a diminuição da

(HT -1

).[80] Este comportamento foi apontado por diversos autores como sendo um dos principais mecanismos de dispersão em filmes de IZO para esta gama de N.[45, 67, 95, 96] Leenheer et al. observaram o aumento da H com a diminuição da T quando a N se encontrava compreendida entre

4x1019 e 4x1020 cm-3 para filmes de IZO depositados com diferentes %O2. [67]

Marcel et al.[96] observaram a mesma tendência para filmes de IZO com uma N=4x1020 cm-3 e, mais recentemente, Kuznetsov et al.[95] verificaram o mesmo comportamento para filmes com uma N=2x1020 cm-3. Leenheer et al. constataram ainda que para N>5x1020 cm-3 o mecanismo de dispersão passava a ser dominado por impurezas ionizadas.[67] Observando mais pormenorizadamente o comportamento da H com a T, para o filme obtido com uma %O2=0 % e N=5,41x10

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cm-3 a variação é bastante baixa. (Figura 4.24 (c)) De facto, calculando ∆H/∆T obtém-se, comparativamente ao obtido para os

filmes com outras %O2, um valor muito próximo de 0 (-1,10x10 -2

cm2 V-1 s-1 K-1), confirmando a quase independência de  com T, como é característica do mecanismo de dispersão por impurezas ionizadas.[67, 80, 96] Contrariamente, para valores de N≤5,38x1018 cm-3 observa-se o aumento da H

com o incremento de T sugerindo a existência de um processo termicamente activado. Efectivamente este resultado sugere que, apesar do EF se encontrar próximo do MBC, visto N não

variar com T, situa-se numa região onde a H é afectada pela existência de barreiras de potencial.

Nomura et al.[97], Hosono et al.[98] e Takagi et al.[99] observaram um comportamento semelhante para filmes In2O3-Ga2O3-ZnO onde estas barreiras de potencial próximas do MBC resultam da distribuição aleatória dos iões de Ga3+ e Zn2+ na estrutura dos filmes, que formam estados não localizados numa região próxima do MBC. Assim, no caso dos filmes de IZO poderemos por analogia considerar que quando o EF se encontra nessa região (N~1018 cm-3), onde a influência das

barreiras de potencial é significativa, a H é termicamente activada por um mecanismo de

percolação, como sugerido por diversos autores.[29, 67]

Figura 4.25 (a) N em função da T para os filmes de IZO obtidos com diferentes %In, os filmes com uma

%In=100 % correspondem ao In2O3; (b) N em função da T para os filmes de IZO obtidos com diferentes %O2.

Pela Figura 4.26, verifica-se que a  se mantém praticamente constante com a T para as diferentes %In e %O2 dos filmes, com excepção dos filmes depositados com %O2=4,76 % onde 

diminui com a diminuição da T. (Figura 4.26 (c)) Aliás, tendo em consideração a N podemos constatar que, para os filmes com N>5,55x1019 cm-3, a  não varia significativamente com a T evidenciando a fraca contribuição de processos termicamente activados para a condução. De facto, determinando a energia de activação obtêm-se valores menores que 10-3 eV. Por sua vez, para N<5,40x1018 cm-3 observa-se uma variação da  com a T, sendo mais notória para os filmes depositados com %O2=4,76 % (N=1,20x10

18 cm-3).

Figura 4.26 (a)  em função da T para os filmes de IZO obtidos com diferentes %In, os filmes com uma %In=100 % correspondem ao In2O3; (b)  em função da T para os filmes de IZO obtidos com diferentes %O2;

(c)  em função de T e T-1/4 compatível com o modelo de condução por percolação. (As linhas a tracejado são

uma guia para os olhos.)

Através da Figura 4.26 (c) verifica-se mais claramente a variação da  com 1000/T e 1/T1/4 para os filmes de IZO com a  mais reduzida onde é possível observar-se uma relação praticamente linear com 1/T1/4, compatível com o modelo de condução por percolação considerando que as barreiras de potencial possuem uma distribuição Gaussiana.[97, 99, 100] Porém, esta relação também é compatível com outros modelos de condução de que é exemplo o modelo de condução por saltos de

alcance variável (VRH), típico de materiais desordenados e de semicondutores altamente degenerados.[97, 100] No modelo de VRH a condução é limitada por estados localizados, onde os portadores saltam de um estado para outro, sem que este seja necessariamente o mais próximo, implicando desta forma alguma dispersão nos valores da tensão de Hall.[100, 101] Contudo, no caso dos filmes de IZO não se observou qualquer dispersão na tensão de Hall pelo que o modelo de VRH não deverá ser o dominante, facto também verificado por outros autores.[97, 99-101] Desta forma o mecanismo de condução por percolação demonstra ser aquele que domina a condução dos filmes de IZO para N~1018 cm-3.

Na Figura 4.27 encontra-se representada a variação da H com a N para todas as condições

de processamento e pós-processamento utilizadas, onde é possível observar-se a existência de um comportamento semelhante ao obtido apenas com a variação da %In e %O2. (Figura 4.23) Assim

poderemos dizer que, de um modo geral, a H apresenta dois comportamentos distintos com a

evolução da N: i) a H aumenta com o incremento de N de ~10 17

para ~1020 cm-3 atingindo um máximo nessa região, sendo que para valores de N na gama de 1018-1019 cm-3, onde o nível de Fermi se encontra próximo da MBC, a H é termicamente activada e a condução dá-se

principalmente por um mecanismo de percolação. Para N>1019 cm-3 a dispersão por vibrações na rede é o principal mecanismo a afectar a H; ii) após o máximo de H, esta diminui com o incremento

de N de 1020 até ~1021 cm-3 por um processo de dispersão por vibrações na rede e por dispersão por impurezas ionizadas, sendo que este último se torna mais evidente para N>≈5,41x1020 cm-3.

Figura 4.27 H em função de N para todos os filmes de IZO produzidos em todas as condições de

processamento e pós processamento. Observa-se a existência de duas tendências distintas na relação de H

com N. (A linha a tracejado é uma guia para os olhos.)