Produção e caracterização de filmes de KCl e KBr impurificados com íons Cu+

Abstract

Através do processo de evaporação térmica é possível produzir filmes de KCl e KBr altamente dopados com íons Cu+. Investigamos o efeito de altas concentrações de Cu+ (1020 - 1021 cm -3) nestes filmes policristalinos, onde, associado com o efeito fora de centro do Cu+, origina uma forte banda de absorção propícia para aplicação ótica destes filmes como filtros passa banda na região do UV. Os filmes estudados, de 1 UM, foram preparados por coevaporação resistiva de KCl (Br), como hospedeiro, com 1 a 10% de CuCl(Br), como dopante, sobre diferentes substratos. Diversas técnicas foram usadas para obter as propriedades estrutural e ótica, tais como: microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X, elipsometria, absorção ótica e transmitância. Do estudo da morfologia é observado um aumento na densidade dos grãos com a concentração nominal de Cu+ de até 1021 átomos/cm-3. Este comportamento também resulta em um aumento na transmitância na região do visível. A banda de absorção em 266 nm (278 nm) para KCl ()KBr): Cu+ é atribuída à transição eletrônica parcialmente permitida de 3d10 3d94s e sua área integrada em função da temperatura mostra o comportamento da força do oscilador com a temperatura, que é propriedade do efeito fora de centro. A este efeito fora de centro está associado um dipolo elétrico devido ao deslocamento da carga da posição substitucional. Para verificar a existência de um sistema de relaxação dipolar elétrica, usamos o método de Corrente de Despolarização Termicamente Estimulada (CDTE). As medidas de CDTE mostram uma fraca e alargada banda em 49K, com energia de ativação média de 147 meV e um fator pré-exponencial de 2x10-14 seg, para amostras de KCl + 1% CuCl, com 3 UM de espessura. Nossos resultados são discutidos e comparados com outros observados em monocristais do mesmo material

Through the thermal evaporation procedure it is possible to obtain highly Cu+ doped KCl and KBr films. We have investigated the effect of 1020 - 1021 cm-3 Cu<sup+ concentration in these polycristalline films, where beside the Cu+ off-center effect it is detected a strong absorption band suitable for UV band pass optical filter application. The studied films are APROXIMADAMENTE 1 UM thick and are prepared from coevaporated KCl (KBr), as host, jointly with 1 to 10% of CuCl (CuBr) nominal doping value. Several techniques were used to obtain the optical and structural properties, such as optical absorption and transmittance, scanning electronic microscopy (SEM), X-ray diffraction and ellipsometry. From the morphology study it is observed that the grain density increases as the Cu+ concentration increase. This behavior results in an increasing transmittance in the visible region tôo. The absorption banda t 266 nm (276 nm) for KCl (KBr):Cu+ is attributed to the Cu+ partially allowed electronic transition 3d10 3d94s and its integrated área shows a temperature independent oscillator strenght behavior which is a property of the off-center effect. To this off-center effect it is associated a electric dipole due to the íon charge displaced from the substitutional position. To verify the existence of a relaxing electric dipole system, we use the thermally stimulated depolarization current (TSDC) method to find out for the Cu+ off-center electric dipole system. The TSDC measurements show a very weak result for our KCl + 1% CuCl samples, resulting in a meanactivation energy of 147 meVwith a peak position at 49K and a pré-exponential Arrhenius time of 2x10-14 sec. We compare and discuss the present results with others found in the same single crystal materials