- Submissão
- Submissão online
- Diretrizes para Autores
- Declaração de Direito Autoral
- Política de Privacidade
- Sobre este sistema de publicação
- Sobre
- Foco e Escopo
- Equipe Editorial
- História da Revista Principia
- Normas de homogeneidade
- Comitê de ética
- Política de ética para autores, Conselho Editorial e avaliadores
- Política de retirada de artigos
- Perguntas e respostas frequentes
- Equipe de apoio da Revista Principia
- Conflito de interesses
- Plano de Desenvolvimento Editorial da Revista Principia
- Princípios DEIA (Diversidade, Equidade, Inclusão e Acessibilidade)
- Normas para números especiais na Revista Principia
- Princípios FAIR
- Curso de Escrita Científica - ACS - Prof. Osvaldo
- Sites e manuais sobre boas práticas científicas
Filmes produzidos com compostos de tungstênio para aplicações elétricas e optoeletrônicas: uma revisão
Resumo
Os materiais à base de tungstênio têm despertado interesse nos últimos anos devido às suas propriedades únicas e à possibilidade de utilização em uma ampla gama de aplicações. Em vista disso, neste trabalho, foi realizada uma revisão sistemática da literatura (RSL) acerca de filmes produzidos com compostos de tungstênio como material base. Foram analisados os métodos de deposição empregados na confecção dos filmes bem como as propriedades elétricas, dielétricas e optoeletrônicas estudadas nos trabalhos analisados, as principais aplicações estudadas e/ou sugeridas, composição do filme, entre outros aspectos. As buscas foram realizadas nas plataformas: Periódicos CAPES, Science Direct, Scopus e Google Acadêmico. Os critérios de análise, seleção e exclusão de trabalhos foram definidos de acordo com a estratégia PICO – População, Intervenção, Comparação e Resultados (outcomes). Na primeira etapa da busca, foram encontrados 187 artigos, dos quais 36 foram selecionados para leitura integral após a aplicação dos referidos critérios. O método de produção mais utilizado foi o Sputtering, seguido dos de Deposição de Vapor Químico (DVQ), Sol-gel e Tape Casting. As principais propriedades estudadas nos trabalhos foram a resistividade elétrica e a curva IV. Quanto à composição, o trióxido de tungstênio foi o composto mais investigado nos trabalhos sobre confecção dos filmes. A aplicação mais indicada foi em dispositivos eletrocrômicos, como películas para janelas inteligentes, displays e outras aplicações optoeletrônicas. Também foram indicadas aplicações como supercapacitores, células solares, sensores, armazenamento de energia e fotodetectores. Com base nos artigos analisados, é possível afirmar que filmes de tungstênio possuem propriedades interessantes para diferentes aplicações, sendo um material versátil e com potencial para mais investigações.
Palavras-chave
filmes de tungstênio; filmes finos; métodos de deposição; óxido de tungstênio; sputtering
Texto completo:
Referências
ABDELHAMEED, A. H.; ANGLOHER, G.; BAUER, P.; BENTO, A.; BERTOLDO, E.; CANONICA, L.; FUCHS, D.; HAUFF, D.; IACHELLINI, N. F.; MANCUSO, M.; PETRICCA, F.; PRÖBST, F.; RIESCH, J.; ROTHE, J. Deposition of tungsten thin films by magnetron sputtering for large-scale production of tungsten-based transition-edge sensors. Journal of Low Temperature Physics, v. 199, n. 1-2, p. 401-407, 2020. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s10909-020-02357-x.
ADDONIZIO, M. L.; CASTALDO, A.; ANTONAIA, A.; GAMBALE, E.; IEMMO, L. Influence of process parameters on properties of reactively sputtered tungsten nitride thin films. Journal of Vacuum Science & Technology A, v. 30, n. 3, 031506, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1116/1.3698399.
ALVES, O. L.; RONCONI, C. M.; GALEMBECK, A. Decomposição de precursores metalorgânicos: uma técnica química de obtenção de filmes finos. Química Nova, v. 25, n. 1, p. 69-77, 2002. DOI: https://doi.org/10.1590/S0100-40422002000100013.
ATAK, G.; PEHLIVAN, İ. B.; MONTERO, J.; PRIMETZHOFER, D.; GRANQVIST, C. G.; NIKLASSON, G. A. Electrochromism of nitrogen-doped tungsten oxide thin films. Materials Today: Proceedings, v. 33, n. 6, p. 2434-2439, 2020. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.matpr.2020.01.332.
BARRANCO, A.; BORRAS, A.; GONZALEZ-ELIPE, A. R.; PALMERO, A. Perspectives on oblique angle deposition of thin films: from fundamentals to devices. Progress In Materials Science, v. 76, p. 59-153, Mar. 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2015.06.003.
BERG, S.; NYBERG, T. Fundamental understanding and modeling of reactive sputtering processes. Thin Solid Films, v. 476, n. 2, p. 215-230, 2005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2004.10.051.
BOKOV, D.; JALIL, A. T.; CHUPRADIT, S.; SUKSATAN, W.; ANSARI, M. J.; SHEWAEL, I. H.; VALIEV, G. H.; KIANFAR, E. Nanomaterial by sol-gel method: synthesis and application. Advances in Materials Science and Engineering, v. 2021, 5102014, 2021. DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2021/5102014.
BRINKER, C. J.; HURD, A. J.; SCHUNK, P. R.; FRYE, G. C.; ASHLEY, C. S. Review of sol-gel thin film formation. Journal of Non-Crystalline Solids, v. 147-148, p. 424-436, 1992. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/s0022-3093(05)80653-2.
BROWN, T.; PITFIELD, P. Tungsten. In: GUNN, G. (ed.). Critical Metals Handbook. West Sussex: John Wiley & Sons, 2014.Ch. 16, p. 385-413. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/9781118755341.ch16.
CARTER, C. B.; NORTON, M. G. Ceramic materials: science and engineering. 2. ed. New York: Springer, 2013.
CHITHAMBARARAJ, A.; NANDIGANA, P.; KUMAR, M. K.; PRAKASH, A. S.; PANDA, S. K. Enhanced electrochromism from non-stoichiometric electrodeposited tungsten oxide thin films. Applied Surface Science, v. 582, 152424, 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.152424.
GABHALE, B.; JADHAWAR, A.; BHORDE, A.; NAIR, S.; BORATE, H.; WAYKAR, R.; AHER, R.; SHARMA, P.; PAWBAKE, A.; JADKAR, S. High band gap nanocrystalline tungsten carbide (nc-WC) thin films grown by hot wire chemical vapor deposition (HW-CVD) method. Journal of Nano- and Electronic Physics, v. 10, n. 3, 03001, 2018. DOI: http://dx.doi.org/10.21272/jnep.10(3).03001.
GALVÃO, M. C. B.; RICARTE, I. L. M. Revisão sistemática da literatura: conceituação, produção e publicação. Logeion: Filosofia da Informação, v. 6, n. 1, p. 57-73, 2019. DOI: https://doi.org/10.21728/logeion.2019v6n1.p57-73.
GREEN, S. V.; PEHLIVAN, E.; GRANQVIST, C. G.; NIKLASSON, G. A. Electrochromism in sputter deposited nickel-containing tungsten oxide films. Solar Energy Materials and Solar Cells, v. 99, p. 339-344, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.solmat.2011.12.025.
GV, A. R.; KUMAR, K. N.; SHAIK, H.; JAFRI, R. I.; NAIK, R.; H, D. B. Optical and electrochromic properties of CeO2/WO3 hybrid thin films prepared by hydrothermal and sputtering. International Journal of Engineering Trends and Technology, v. 70, n. 5, p. 1-8, 2022. DOI: https://doi.org/10.14445/22315381/IJETT-V70I5P201.
HABIB, M. A. Electrochromism. In: MURPHY, O. J.; SRINIVASAN, S.; CONWAY, B. E. (ed.). Electrochemistry in Transition: from the 20th to the 21st century. New York: Plenum Press, 1992. p. 51-62. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4615-9576-2_4.
HAO, Q.; CHEN, W.; XIAO, G. Beta (β) tungsten thin films: structure, electron transport, and giant spin Hall effect. Applied Physics Letters, v. 106, n. 18, 182403, 2015. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4919867.
HOTZA, D.; NISHIHORA, R. K.; MACHADO, R. A. F.; GEFFROY, P.-M.; CHARTIER, T.; BERNARD, S. Tape casting of preceramic polymers toward advanced ceramics: a review. International Journal of Ceramic Engineering & Science, v. 1, n. 1, p. 21-41, 2019. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/ces2.10009.
HUANG, B.-R.; HUNG, S.-C.; LIN, C.-Y.; CHEN, Y.-J. Effect of gas enhanced metal-semiconductor-metal UV photodetectors based on thermal annealing tungsten oxide thin film prepared by sol-gel method. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, v. 25, n. 1, p. 408-413, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s10854-013-1602-7.
KARUPPAIAH, M.; SAKTHIVEL, P.; ASAITHAMBI, S.; BALAJI, V.; VIJAYAPRASATH, G.; YUVAKKUMAR, R.; RAVI, G. In-situ deposition of amorphous Tungsten(VI) oxide thin-film for solid-state symmetric supercapacitor. Ceramics International, v. 48, n. 2, p. 2510-2521, 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.10.033.
KHAN, A.; AL-MUHAISH, N.; MOHAMEDKHAIR, A. K.; KHAN, M. Y.; QAMAR, M.; YAMANI, Z. H.; DRMOSH, Q. A. Oxygen-deficient non-crystalline tungsten oxide thin films for solar-driven water oxidation. Journal of Non-Crystalline Solids, v. 580, 121409, 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2022.121409.
KORKMAZ, S.; TEZEL, F. M.; KARIPER, I. A. Facile synthesis and characterization of graphene oxide/tungsten oxide thin film supercapacitor for electrochemical energy storage. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, v. 116, 113718, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physe.2019.113718.
KRÜGER, L. U.; CHOLANT, C. M.; RODRIGUES, M. P.; GOMEZ, J. A.; LANDARIN, D. M.; LUCIO, C. S.; LOPES, D. F.; BULHÕES, L. O. S.; AVELLANEDA, C. O. Photochromism of doped and undoped WO3 sol-gel films: determination and analysis of optical constants. Optical Materials, v. 128, 112357, 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2022.112357.
KUMAR, K. N.; NITHYA, G.; SHAIK, H.; HEMANTH, B.; CHETHANA, M.; KISHORE, K.; MADHAVI, V.; JAFRI, R. I.; SATTAR, S. A.; GUPTA, J.; REDDY, G. V. A. Simulation and fabrication of tungsten oxide thin films for electrochromic applications. Physica B: Condensed Matter, v. 640, 413932, 2022a. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.physb.2022.413932.
KUMAR, K. N.; SHAIK, H.; GUPTA, J.; SATTAR, S. A.; JAFRI, R. I.; PAWAR, A.; MADHAVI, V.; GV, A. R.; G, N. Sputter deposited tungsten oxide thin films and nanopillars: electrochromic perspective. Materials Chemistry and Physics, v. 278, 125706, 2022b. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.125706.
KUMAR, K. U.; SUBRAHMANYAM, A. Electrochromic properties of tungsten oxide (WO3) thin films on lexan (polycarbonate) substrates prepared with neon as sputter gas. Materials Research Express, v. 6, n. 6, 065502, 2019. DOI: http://doi.org/10.1088/2053-1591/ab093f.
LEE, J.-H.; HIDAYAT, R.; RAMESH, R.; ROH, H.; NANDI, D. K.; LEE, W.-J.; KIM, S.-H. Preparation of tungsten-based thin films using a F-free W precursor and tert-butyl hydrazine via 2- and 3-step atomic layer deposition process. Applied Surface Science, v. 578, 152062, 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.152062.
LUO, Q. G.; DAI, Y.; LIU, S. L.; YU, K.; SHEN, Q.; ZHANG, L. M. Fabrication and properties of W-Cu functionally graded material by tape-casting. Key Engineering Materials, v. 616, p. 66-71, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.616.66.
LUO, X.; MA, Y.; SHAO, B.; LI, C.; LI, K.; GUO, D.; CHEN, D.; ZHOU, H. Preparation and electromagnetic properties of NiCuZn ferrites and multilayer chip inductors. Journal of Alloys and Compounds, v. 917, 165380, 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165380.
MAZUR, M.; WOJCIESZAK, D.; WIATROWSKI, A.; KACZMAREK, D.; LUBAŃSKA, A.; DOMARADZKI, J.; MAZUR, P.; KALISZ, M. Analysis of amorphous tungsten oxide thin films deposited by magnetron sputtering for application in transparent electronics. Applied Surface Science, v. 570, 151151, 2021. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151151.
MENG, Q.; CAO, S.; GUO, J.; WANG, Q.; WANG, K.; YANG, T.; ZENG, R.; ZHAO, J.; ZOU, B. Sol-gel-based porous Ti-doped tungsten oxide films for high-performance dual-band electrochromic smart windows. Journal of Energy Chemistry, v. 77, p. 137-143, 2023. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jechem.2022.10.047.
NISHIHORA, R. K.; RACHADEL, P. L.; QUADRI, M. G. N.; HOTZA, D. Manufacturing porous ceramic materials by tape casting: a review. Journal of The European Ceramic Society, v. 38, n. 4, p. 988-1001, 2018. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.11.047.
ORTIZ, J.; ACOSTA, D.; MAGAÑA, C. Long-term cycling and stability of crystalline WO3 electrochromic thin films prepared by spray pyrolysis. Journal of Solid State Electrochemistry, v. 26, p. 1667-1676, 2022. DOI: https://doi.org/10.1007/s10008-022-05211-0.
PAWBAKE, A.; WAYKAR, R.; JADHAVAR, A.; KULKARNI, R.; WAMAN, V.; DATE, A.; LATE, D.; PATHAN, H.; JADKAR, S. Wide band gap and conducting tungsten carbide (WC) thin films prepared by hot wire chemical vapor deposition (HW-CVD) method. Materials Letters, v. 183, p. 315-317, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2016.07.132.
PFEIFER, J.; BADALJAN, E.; TEKULA-BUXBAUM, P.; KOVÁCS, T.; GESZTI, O.; TÖTH, A. L.; LUNK, H.-J. Growth and morphology of W18O49 crystals produced by microwave decomposition of ammonium paratungstate. Journal of Crystal Growth, v. 169, n. 4, p. 727-733, 1996. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/s0022-0248(96)00669-0.
POLINI, R.; D'OTTAVI, C.; NUNZIANTE, P.; MARCHESELLI, G. Direct synthesis of highly reactive nanostructured scheelite from enriched wolframite and calcium oxide through planetary ball milling. Materials Today Communications, v. 24, 101032, 2020. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101032.
POTIN, V.; BOUKHALFA, H.; MARTIN, N. Oblique angle co-deposition of nanocolumnar tungsten thin films with two W sources: effect of pressure and target current. Materials Chemistry and Physics, v. 281, 125864, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.125864.
PRAKASH, R.; KUMAR, A.; PANDEY, A.; KAUR, D. Binder free and high performance of sputtered tungsten nitride thin film electrode for supercapacitor device. International Journal of Hydrogen Energy, v. 44, n. 21, p. 10823-10832, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.02.005.
QAZI, A.; HUSSAIN, F.; RAHIM, N. A.; HARDAKER, G.; ALGHAZZAWI, D.; SHABAN, K.; HARUNA, K. Towards sustainable energy: a systematic review of renewable energy sources, technologies, and public opinions. IEEE Access, v. 7, p. 63837-63851, 2019. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/access.2019.2906402.
RIZZUTO, C.; BARBERI, R. C.; CASTRIOTA, M. Tungsten and titanium oxide thin films obtained by the sol-gel process as electrodes in electrochromic devices. Frontiers in Materials, v. 9, p. 1-9, 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.3389/fmats.2022.912013.
ROZMAN, M.; ZENER, B.; MATOH, L.; GODEC, R. F.; MOURTZIKOU, A.; STATHATOS, E.; BREN, U.; LUKSIČ, M. Flexible electrochromic tape using steel foil with WO3 thin film. Electrochimica Acta, v. 330, 135329, 2020. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135329.
RYU, T.; SOHN, H. Y.; HWANG, K. S.; FANG, Z. Z. Plasma synthesis of tungsten carbide nanopowder from ammonium paratungstate. Journal of The American Ceramic Society, v. 92, n. 3, p. 655-660, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1551-2916.2009.02961.x.
SADEGHI, M.; REZAEE, S.; ARMAN, A.; TĂLU, S.; LUNA, C.; SHAKOURY, R. Study of the formation of tungsten powder by hydrogen reduction of ammonium paratungstate and stereometric analyses of the powder texture. Materials Research Express, v. 6, n. 12, 1265f7, 2019. DOI: https://dx.doi.org/10.1088/2053-1591/ab6763.
SANTOS, C. M. C.; PIMENTA, C. A. M.; NOBRE, M. R. C. A estratégia PICO para a construção da pergunta de pesquisa e busca de evidências. Revista Latino-Americana de Enfermagem, v. 15, n. 3, p. 508-511, 2007. DOI: https://doi.org/10.1590/S0104-11692007000300023.
SHAHIDI, S.; MOAZZENCHI, B.; GHORANNEVISS, M. A review-application of physical vapor deposition (PVD) and related methods in the textile industry. The European Physical Journal Applied Physics, v. 71, n. 3, 31302, 2015. DOI: https://doi.org/10.1051/epjap/2015140439.
SHEN, Q.; ZHOU, D.; ZHANG, J.; LUO, G.; ZHANG, L. Study on preparation and property of porous tungsten via tape-casting. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, v. 69, p. 27-30, 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2017.07.018.
SHINDE, P. A.; JUN, S. C. Review on recent progress in the development of tungsten oxide based electrodes for electrochemical energy storage. ChemSusChem, v. 13, n. 1, p. 11-38, 9 jan. 2020. DOI: https://doi.org/10.1002/cssc.201902071.
SILVA, F. T.; MACHADO, T. G.; SILVA, G. G.; SOUZA JÚNIOR, C. F. Obtenção de micropartículas de tungstênio metálico e carbetos de tungstênio para produção de ferramentas de corte: uma ideia. Holos, Natal, v. 3, n. 23, p. 233-240, 2007. DOI: https://doi.org/10.15628/holos.2007.146.
SU, J.; YANG, H.; YANG, W.; ZHANG, X. Electrical characteristics of tungsten-doped InZnSnO thin film transistors by RF magnetron sputtering. Journal of Vacuum Science & Technology B, v. 40, n. 3, 032201, 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.1116/6.0001702.
SVENSSON, J. S. E. M.; GRANQVIST, C. G. Electrochromic coatings for “smart windows”. Solar Energy Materials, v. 12, n. 6, p. 391-402, 1985. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/0165-1633(85)90033-4.
TAN, G.-L.; TANG, D.; DASTAN, D.; JAFARI, A.; SILVA, J. P. B.; YIN, X.-T. Effect of heat treatment on electrical and surface properties of tungsten oxide thin films grown by HFCVD technique. Materials Science in Semiconductor Processing, v. 122, 105506, 2021. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.mssp.2020.105506.
USGS – UNITED STATE GEOLOGICAL SURVEY. Mineral commodity summaries: Tungsten. [S.l.]: USGS, 2022. Disponível em: https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2022/mcs2022-tungsten.pdf. Acesso em: 25 out. 2022.
VELMURUGAN, R.; AISHWARYA, M.; BALAMURUGAN, K.; NIVEDHA, K.; SUBRAMANIAN, B. Influencing in situ tuned nanostructures of pulsed laser ablated Co3O4 & WO3 thin film electrodes for binder free flexible operando hybrid supercapacitor devices. Electrochimica Acta, v. 419, 140371, jul. 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2022.140371.
WANG, C. B.; SUN, K. F.; LUO, G. Q.; ZHANG, J.; SHEN, Q.; ZHANG, L. M. Hot-press sintering of the W-40wt.%Cu composite tape-casting film. Key Engineering Materials, v. 727, p. 966-971, 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.727.966.
WANG, M.; LEI, H.; WEN, J.; LONG, H.; SAWADA, Y.; HOSHI, Y.; UCHIDA, T.; HOU, Z. Effect of negative bias on the composition and structure of the tungsten oxide thin films deposited by magnetron sputtering. Applied Surface Science, v. 359, p. 521-525, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.10.099.
YANG, X.; ZHU, Z.; LUO, F.; WANG, G.; PENG, G.; ZHU, M.; QIN, S. Strain-induced alternating photoluminescence segmentation in hexagonal monolayer tungsten disulfide grown by physical vapor deposition. ACS Applied Materials & Interfaces, v. 13, n. 38, p. 46164-46170, 2021. DOI: http://dx.doi.org/10.1021/acsami.1c13096.
YANG, Y.; JI, P.; LI, M.; YU, Y.; HUANG, J.; YU, B.; WU, X.; HUANG, T. The application of a helicon plasma source in reactive sputter deposition of tungsten nitride thin films. Plasma Science and Technology, v. 24, n. 6, 065503, 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.1088/2058-6272/ac5c27.
ZHANG, Z.; TIAN, B.; DU, Z.; LIN, Q.; SHI, P.; REN, W.; ZHAO, N.; JIANG, Z. Effect of heat treatment on thermoelectric properties of tungsten-rhenium thin-film thermocouples by RF magnetron sputtering. AIP Advances, v. 8, n. 12, 125113, 2018. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.5074126.
ZHANG, Z.; TIAN, B.; LIU, Y.; DU, Z.; LIN, Q.; JIANG, Z. Thermoelectric characteristics of silicon carbide and tungsten-rhenium-based thin-film thermocouples sensor with protective coating layer by RF magnetron sputtering. Materials, v. 12, n. 12, 1981, 2019. DOI: http://dx.doi.org/10.3390/ma12121981.
Visitas a este artigo: 801
Total de downloads do artigo: 316