Propriedades Fotoelétricas de Materiais por Fotoluminescência

Óxidos metálicos são materiais amplamente valorizados por suas excepcionais propriedades eletrônicas e ópticas, que os tornam indispensáveis em diversas aplicações tecnológicas. Um fenômeno de grande destaque nesses materiais é a fotocorrente persistente (PPC, do inglês Persistent Photocurrent), caracterizada pela permanência da condutividade elétrica mesmo após a remoção da luz incidente. Essa propriedade é especialmente promissora para dispositivos como memórias não voláteis, sensores fotônicos, eletrônica transparente e dispositivos optoeletrônicos, devido à capacidade de armazenar informações de forma eficiente, sem necessidade de consumo contínuo de energia.

Uma estratégia eficaz para potencializar a PPC é a dopagem de óxidos metálicos com metais de terras raras, como o lantânio (La). Essa técnica permite ajustar as propriedades elétricas e estruturais do material, promovendo alterações na densidade de portadores de carga e na estrutura de bandas. Neste trabalho, investigou-se a dopagem de filmes finos de óxido de estanho (SnO₂) com diferentes concentrações de lantânio, utilizando a fórmula Sn₁₋ₓLaₓO₂ (x = 0,01 a 0,1), com o objetivo de compreender como essa modificação influencia a estrutura cristalina e as propriedades ópticas dos filmes.

Para estudar essas alterações, foi utilizada a espectroscopia de fotoluminescência, uma técnica eficaz para identificar imperfeições estruturais e investigar os efeitos da dopagem. Os espectros de fotoluminescência, obtidos à temperatura ambiente com um espectrofluorímetro FP-8500 da Jasco, revelaram emissões nas regiões UV, violeta, azul e amarela, associadas a defeitos específicos, como vacâncias de oxigênio e interstícios de estanho (Figura 1).

A excitação dos filmes com radiação de 265 nm mostrou variações na intensidade das emissões conforme a concentração de La. Observou-se que:

A emissão azul, relacionada às vacâncias de oxigênio, diminuiu em concentrações intermediárias de dopagem.

A emissão amarela, originada de defeitos mais profundos, foi a principal contribuição, sugerindo uma correlação com a fotocorrente persistente.
Além disso, os íons La³⁺ provocaram efeitos de compensação de carga, reduzindo a formação de interstícios de estanho e alterando a distribuição de defeitos no material.

Figura 1: (a) Picos de fotoluminescência deconvoluídos dos filmes de Sn₁₋ₓLaₓO₂ (x = 0,03 e 0,10) e (b) Porcentagem de defeitos, como vacâncias de oxigênio, presentes nos filmes de Sn₁₋ₓLaₓO₂ (x = 0,01 a 0,1).

Essas descobertas destacam o potencial da dopagem com lantânio para otimizar as propriedades funcionais de óxidos metálicos em aplicações optoeletrônicas.

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Referência:

HIND, P.A.; KUMAR, P.; GOUTAM, U.K.; RAJENDRA, B.V. Tuning of electrical properties and persistent photoconductivity of SnO2 thin films via La doping for optical memory applications, Materials Science in Semiconductor Processing, 186, 2025.