Incorporação de Ce3+ ou Ce4+ em filmes finos de SnO2 depositados via sol-gel-dip-coating aumenta drasticamente a resistividade elétrica. No primeiro caso, temos comportamento aceitador do dopante, levando a matriz à alta compensação de carga. Por outro lado, para Ce4+, verifica-se aumento na largura da região de depleção do contorno de grão, resultando em maior espalhamento de elétrons. Medidas de caracterização elétrica sob pressão ambiente levam à barreiras de potencial mais altas do que as medidas sob vácuo, devido a adsorção de oxigênio na superfície das partículas. A presença de Ce3+ aumenta a transmitância no infravermelho, o que significa menor quantidade de elétrons livres. Dados de XANES confirmam que o tratamento térmico a 550 ºC dos filmes, ainda que promova oxidação parcial para Ce4+, preserva uma quantidade significativa (em torno de 60%) no estado Ce3+. Espectroscopia Raman mostra a evolução dos modos de vibração intra-grãos de SnO2 com o aumento da temperatura de tratamento térmico.

Incorporation of Ce3+ or Ce4+ in sol-gel dip-coating SnO2 thin films increases drastically its electrical resistivity. In the first case, it is due the acceptor-like nature of the doping ion, leading the matrix to high charge compensation. On the other hand, for Ce4+ doped samples, it is verified a broadening of the grain boundary depletion layer. Measurements under room pressure leads to higher intergrain potential barriers when compared to measurements carried out under vacuum conditions, due to oxygen adsorption at particles surface. The presence of Ce3+ increases the infrared transmittance, which means a lower free electron concentration. XANES data confirms that the thermal annealing at 550 ºC of thin films, although promotes oxidation to Ce4+, still keeps a significantly amount (about 60%) of ions in the oxidation state Ce3+. Raman spectroscopy data show the evolution of the SnO2 bulk vibration modes with increasing thermal annealing temperature.

Incorporação de Ce3+ ou Ce4+ em filmes finos de SnO2 depositados via sol-gel-dip-coating aumenta drasticamente a resistividade elétrica. No primeiro caso, temos comportamento aceitador do dopante, levando a matriz à alta compensação de carga. Por outro lado, para Ce4+, verifica-se aumento na largura da região de depleção do contorno de grão, resultando em maior espalhamento de elétrons. Medidas de caracterização elétrica sob pressão ambiente levam à barreiras de potencial mais altas do que as medidas sob vácuo, devido a adsorção de oxigênio na superfície das partículas. A presença de Ce3+ aumenta a transmitância no infravermelho, o que significa menor quantidade de elétrons livres. Dados de XANES confirmam que o tratamento térmico a 550 ºC dos filmes, ainda que promova oxidação parcial para Ce4+, preserva uma quantidade significativa (em torno de 60%) no estado Ce3+. Espectroscopia Raman mostra a evolução dos modos de vibração intra-grãos de SnO2 com o aumento da temperatura de tratamento térmico.

Incorporation of Ce3+ or Ce4+ in sol-gel dip-coating SnO2 thin films increases drastically its electrical resistivity. In the first case, it is due the acceptor-like nature of the doping ion, leading the matrix to high charge compensation. On the other hand, for Ce+4 doped samples, it is verified a broadening of the grain boundary depletion layer. Measurements under room pressure leads to higher intergrain potential barriers when compared to measurements carried out under vacuum conditions, due to oxygen adsorption at particles surface. The presence of Ce3+ increases the infrared transmittance, which means a lower free electron concentration. XANES data confirms that the thermal annealing at 550 ºC of thin films, although promotes oxidation to Ce4+, still keeps a significantly amount (about 60%) of ions in the oxidation state Ce3+. Raman spectroscopy data show the evolution of the SnO2 bulk vibration modes with increasing thermal annealing temperature.

Propriedades ópticas e estruturais de filmes finos de SnO2, depositados sobre substratos de quartzo, são apresentadas. Os filmes são preparados pela técnica de molhamento via sol-gel. Uma avaliação das propriedades eletrônicas do cristal (bulk) e das superfícies (110) e (101) do material é também efetuada, através de cálculos baseados em um método mecânico-quântico que utiliza a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) em conjunto com o funcional hibrido B3LYP. A borda fundamental de absorção, obtida experimentalmente, é então comparada com os diagramas de bandas de energia do bulk e superfícies (110) e (101), calculadas.

Optical and structural properties of SnO2 thin films, deposited on quartz substrates, are presented. Films are prepared by the sol-gel-dip-coating technique. An evaluation of the electronic properties of bulk and surfaces (110) and (101) of the material is also carried out, through calculation based on a quantum-mechanical method using the Density Functional Theory (DFT) in conjunction with the hybrid functional B3LYP. The absorption fundamental edge, experimentally obtained, is compared to the calculated band energy diagram of bulk and surfaces (110) and (101).

Foi obtida emissão de filmes finos de SnO2 dopados com Er no intervalo 500-700 nm, com pico em 530 nm (verde). Esses filmes foram depositados pela técnica de molhamento via sol-gel. A geração de pares elétron-buraco na matriz de SnO2 é usada para promover a excitação do íon terra-rara. A avaliação do tamanho dos cristalitos por meio de resultados de difração de raios X indica dimensões nanoscópicas, o que pode ser relevante para a interpretação do espectro de emissão. O mecanismo de excitação elétron-buraco é também responsável pela excitação da transição no intervalo que inclui 1540 nm em pós obtidos da mesma solução precursora dos filmes. Filmes finos constituem um formato muito útil para aplicações tecnológicas, desde que permite integração em dispositivos ópticos e a aplicação de campos elétricos para operar dispositivos eletroluminescentes.

Emission from Er-doped SnO2 thin film deposited via sol-gel by the dip coating technique is obtained in the range 500-700 nm with peak at 530 nm (green). Electron-hole generation in the tin dioxide matrix is used to promote the rare-earth ion excitation. Evaluation of crystallite dimensions through X-ray diffraction results leads to nanoscopic size, what could play a relevant role in the emission spectra. The electron-hole mechanism is also responsible for the excitation of the transition in the 1540 nm range in powders obtained from the same precursor solution of films. The thin film matrix presents a very useful shape for technological application, since it allows integration in optical devices and the application of electric fields to operate electroluminescent devices.

Er3+ emission in the wide bandgap matrix SnO2 is observed either through a direct Er ion excitation process as well as by an indirect process, through energy transfer in samples codoped with Yb3+ ions. Electron-hole generation in the tin dioxide matrix is also used to promote rare-earth ion excitation. Photoluminescence spectra as function of temperature indicate a slight decrease in the emission intensity with temperature increase, yielding low activation energy, about 3.8meV, since the emission even at room temperature is rather considerable.