[pt] A combinação de alta densidade, locais seletivos de nucleação e controle da distribuição de tamanho de nanoestruturas semicondutoras tem acelerado o desenvolvimento de dispositivos ópticos e eletrônicos. Para construir estruturas satisfazendo essas necessidades, várias combinações de técnicas deposição de pontos quânticos e nanolitografia foram desenvolvidas. A nanolitografia por AFM foi aplicada em diversos materiais abrindo uma possibilidade para fabricar dispositivos opto-eletrônicos.Nesta tese de Doutorado, apresentamos um estudo sistemático de crescimento de nanoestruturas de InAs em buracos produzidos na superfície (100) de substratos de InP por nanoindentação com o AFM. Para isto, a ponta precisa exercer uma força no InP que produz deformações plásticas na superfície. A pressão aplicada entre a extremidade da ponta de AFM e a superfície da amostra pode ser variada de modo controlado através do ajuste de alguns parâmetros operacionais do microscópio tais como setpoint, raio da ponta e constante de mola do cantilever. A habilidade para controlar a forma do padrão indentado assim como a natureza dos defeitos cristalinos permite controlar o crescimento seletivo de InAs por epitaxia em fase de vapor de metais orgânicos. Também é apresentada a fabricação de nanoestruturas de InAs/InP alinhadas em uma dimensão. A nanoindentação é produzida pelo arraste da ponta do AFM sob força constante ao longo das direções <100> e <110> do InP. Observamos que o número e o tamanho das nanoestruturas nucleadas são dependentes da distância entre as linhas litografadas. Esses resultados sugerem que o mecanismo de crescimento das nanoestruturas de InAs não é governado por degraus atômicos gerados durante a indentação. Os dados sugerem que, a densidade de defeitos induzidos mecanicamente, tais como discordâncias e fraturas, é o responsável pelo número de nanoestruturas nucleadas. / [en] The combination of high density, site selective nucleation, and size distribution control of semiconductor nanostructures has become a challenge in the development of effective optical and electronic devices. In order to build structures satisfying these requirements, various combinations of quantum dot deposition and nanolithography techniques have been developed. The AFM nanolithography technique has been applied on several materials opening a possibility to fabricate opto-electronic devices. In this Phd Thesis, we present a systematic study of growth of InAs nanostructures on pits produced on (100) InP by nanoindentation with the AFM. For that purpose, the AFM tip needs to exert a force on the InP that produces plastic deformation on the surface. The applied pressure between the very end of the AFM tip and the sample surface may be varied in a controlled way by adjusting some of the microscope operational parameters like set point, tip radius and cantilever normal bending constant. The ability to control the shape of the indentation pattern as well as the nature of the crystalline defects allows control of the selective growth of InAs by metal organic vapor phase epitaxy. We also report the fabrication of one-dimensional arrays of InAs/InP nanostructures. The nanoindentation is produced by dragging the AFM tip under constant force of the substrate, along the <100> and <110> InP crystallographic directions. We have observed that the number and the size of nucleated nanostructures are dependent on the distance between the lithographed lines. These results suggest that the growth mechanism of the InAs nanostructures on the pits produced by AFM on InP is not governed by the number of atomic steps generated during the scratching. Instead, the data suggests that, the density of mechanically induced defects, like dislocations and cracks, are responsible for the number of nucleated nanostructures.

[pt] Pós nanoestruturados de nitreto de silício (Si3N4) foram sintetizados a 300 graus Celsius por precipitação a partir da reação em fase vapor entre o cloreto de silício (SiCl4) e a amônia (NH3). O argônio (Ar) foi utilizado como gás de arraste. Além do pó de nitreto de silício amorfo, o cloreto de amônio sólido (NH4Cl) é formado como subproduto. Os pós Si3N4 quando expostos à atmosfera são facilmente oxidados a oxi-nitreto de silício. As fases cristalinas do Si3N4 foram obtidas por tratamento térmico em uma atmosfera de argônio a 1500 graus Celsius por 2 horas. Caracterizações por Difração de Raios-X e Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) revelaram as fases alfa-Si3N4 e beta-Si3N4, dióxido de silício e oxinitretos de silício. A Microscopia Eletrônica de Varredura por Emissão de Campo (MEV) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) mostrara diversas morfologias nas nanoestruturas tais como bastões, cristais facetados, fitas e fios amorfos. O padrão de difração de área selecionada (SADP) indica a natureza cristalina das partículas colunares e as imagens HRTEM revelaram que o espaçamento interplanar da rede é 0,67 nm, que se relaciona com o plano de rede (100) do alfa-Si3N4. A maior superfície específica determinada dos pós, por BET, foi de 96,56m(2)/g. / [en] Nanostructured silicon nitride powders (Si3N4) were synthesized at 300 Celsius degrees by precipitation from the vapor phase reaction between silicon chloride (SiCl4) and ammonia (NH3). Argon (Ar) was used as carrier gas. Solid ammonium chloride (NH4Cl) is formed as by-product, in addition to silicon nitride powder. When exposed to the atmosphere these powders are readily oxidized to silicon oxynitride. Crystalline phases of Si3N4 were obtained by heat treatment in an argon atmosphere at 1500 Celsius degrees for 2 hours. Characterization by X-ray Diffraction and Infrared Spectroscopy with Fourier Transform (FTIR) revealed formation of the alpha-Si3N4 and beta-Si3N4 phases, silicon dioxide and silicon oxynitrides. Field emission scanning electron microscopy (SEM-FEG) and Transmission Electron Microscopy (MET) showed different morphologies such as nano sticks, faceted crystals, ribbons and whiskers. The selected area diffraction pattern (SADP) indicates the crystalline nature of the columnar particles and the HRTEM images reveal that the lattice fringe spacing is 0.67 nm, which match with the (100) plane of alpha-Si3N4. The highest specific surface area of the powders determined, by BET, was 96.56 m(2)/g.

[pt] Nesta dissertação de mestrado, nós desenvolvemos um processo de litografia baseado na técnica de microscopia de força atômica. O estudo do processo de litografia aqui utilizado inicia-se com a deposição e caracterização de filmes finos de sulfeto de arsênio amorfo (a-As2S3) em substratos de silício e a deposição de uma camada metálica de alumínio, utilizada como máscara, sobre a superfície do a-As2S3. O microscópio de força atômica é utilizado para escrever os padrões de forma controlada na camada metálica, e para tal, a influencia dos parâmetros de controle do microscópio na realização da litografia foi analisada. Para a transferência do padrão litografado realiza-se um posterior processo de fotossensibilização e dissolução química do a-As2S3 com uma solução de K2CO3. Após a dissolução, uma camada de ouro foi depositada por erosão catódica DC, seguido de uma nova dissolução, desta vez com NaOH resultando na transferência de nanoestruturas de Au para o substrato de silício. / [en] In this dissertation, we have developed a lithography process based on the atomic force microscopy of technique. The study of the lithography process starts with the deposition and characterization of amorphous arsenic sulfide thin films (a-As2S3) in silicon substrates and the deposition of a metallic aluminum layer, used as mask, on the surface of the a-As2S3. An atomic force microscope was used to write patterns in a controlled way on the metallic layer. Therefore, the influence of microscope feedback system on the accomplishment of the lithography was analyzed. In order to transfer the lithographed pattern to a silicon substrate, the a- As2S3 was exposed to a UV light source and was dissolved with a K2CO3 solution. Then, a thin gold layer was deposited by sputtering DC, and a new dissolution, now with NaOH was performed, leading to the deposition of Au nanostructures onto the silicon substrate.

[pt] A pesquisa aponta para a possibilidade de realizar a reação de redução de CO2 (CO2RR) para a formação de nanomateriais de carbono por ablação a laser pulsado(PLA) de alvos magnéticos de Ferro(Fe) e Níquel(Ni) em água pura deionizada. Os materiais coloidais sintetizados foram caracterizados por diferentes técnicas de espectroscopias ópticas (UVVis, ICP-MS, FTIR e Raman) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM), revelando a presença de nanopartículas de óxidos e hidróxidos de metais de transição, junto com nanomaterial orgânico. Esse último, é bem visível por TEM, espectroscopia de raio-X por dispersão em energia (EDS), espectroscopia por perda de energia de elétrons (EELS), e espectroscopia Raman, que indica a presença de carbono amorfo grafítico e vibrações CH. No caso do nanomaterial obtido do Níquel, os resultados FTIR confirmam a presença da fase do hidróxido beta-Ni(OH)2, enquanto as medidas Raman e TEM sugerem também a presença de nano-folhas de Ni(HCO3)2. Os resultados experimentais foram enfim discutidos no contexto da origem e da evolução de moléculas simples e complexas de interesse astroquímico, com foco especial nas espécies potencialmente formadas na superfície de pequenos corpos metálicos do Sistema Solar e grãos de poeira cósmica do meio interestelar. / [en] The proposed research points to the possibility to perform CO2 reduction reaction (CO2RR) to solid carbon nanomaterials by the pulsed laser ablation (PLA) of magnetic target of iron (Fe) and nickel (Ni) in pure deionized water. The synthesized colloidal dispersions were characterized by different optical spectroscopies (UV-Vis, ICP-MS, FTIR and Raman) and transmission electron microscopy (TEM), revealing the presence of nanosized transition metal oxide and hydroxide nanoparticles, together with organic nanomaterial. The latter is well visible by TEM, energy-dispersive X-Ray spectroscopy (EDS), electron energy-loss spectroscopy(EELS), and Raman spectroscopy, which indicates the presence of amorphous graphitic carbon and CH vibrations. In the case of Ni derived nanomaterial, FTIR results confirm the presence of a beta-Ni(OH)2 hydroxide phase, while Raman and TEM measurements suggest also the presence of Ni(HCO3)2 nanosheets. The experimental results were finally discussed in the frame of the origin and evolution of simple and complex molecules of astrochemical interest, with special focus on those species potentially formed on the surface of metallic minor bodies in the solar system and cosmic dust grains in the interstellar medium(ISM).