Orientador: José Alexandre Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T13:21:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_AngelicaDenardide_D.pdf: 3021280 bytes, checksum: 8f60fdfa3cbdfc2f485daac1670de328 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O objetivo deste trabalho é a obtenção e caracterização de filmes finos de óxido de titânio (TiOx) e de óxido de zinco (ZnO) para aplicações em sensores baseados em transistores de efeito de campo elétrico sensíveis a íons (Ion Sensitive Field Effect Transistor- ISFET) e de ondas acústicas de superfície (Surface Acoustic Waves - SAW), respectivamente. Desta forma, dois diferentes tipos de sensores foram obtidos. O primeiro é o sensor químico ISFET, cujos óxidos de porta foram os filmes de TiOx. Os filmes de Ti foram depositados sobre substrato de Si através do método de evaporação por feixe de elétrons, e, através do método de pulverização catódica (sputtering). Em seguida foram oxidados em forno térmico de processamento rápido (RTP). A caracterização estrutural ocorreu através de elipsometria, de microscopia de força atômica, de espectroscopia Raman, de difração de raios-X e de espectroscopia de absorção de raios-X próximo da borda, constatando a estrutura cristalina tetragonal referente à forma rutilo do TiO2. A caracterização elétrica da melhor amostra através da curva C-V demonstrou constante dielétrica igual a 8, densidade de estados na interface da ordem de 10-10eV-1.cm-2 e densidade de corrente da ordem de 10-4A/cm2. O MOSFET apresentou tensão Early da ordem de kV, e, resistência de saída da ordem de M?. Este dispositivo possui tensão de limiar igual a 0,30V, corrente de fuga da ordem de 10-8A e transcondutância igual a 12?S. O ISFET apresentou sensibilidade em corrente de 63?A/pH e sensibilidade em tensão equivalente a 64mV/pH, valor que encontra-se próximo do esperado de 59mV/pH (limite de Nernst). O segundo sensor é baseado em ondas acústicas de superfície. Esta tese se dedicou na integração deste sensor sobre substrato de Si, que não sendo piezelétrico impossibilita a geração de ondas acústicas. Como alternativa, o ZnO, que é piezelétrico, foi depositado sobre um filme fino de SiO2 sobre Si, tornando viável a confecção de dispositivos do tipo SAW e permitindo o estudo do transporte de cargas aprisionadas nos mínimos e máximos do potencial piezelétrico gerado pelo óxido de zinco sobre o Si. O filme de ZnO depositado por sputtering foi analisado por difração de raios-X apresentando orientação cristalina hexagonal na direção (0002). A onda acústica foi analisada através dos parâmetros de espalhamento de rede e por interferometria. Na interface SiO2/Si, onde ocorre o transporte acústico, o campo piezelétrico vale 0,56kV/cm. O valor da velocidade de propagação da onda acústica é igual a 4243m/s (obtida por simulação, considerando a frequência de ressonância dos IDTs igual a 750MHz, e o comprimento de onda acústico igual a 5,6?m). O transporte de pares elétrons-lacunas gerados por laser foi detectado na região de coleção de cargas da junção lateral p-i-n para distâncias superiores a 50?m e para valores de PRF entre -10dBm e 0dBm. Isto resultou na eficiência de coleção de pares em até 12% (laser sobre a junção), e de 3,5% com o laser 50?m distante da junção. O desenvolvimento destes sensores sobre substrato de Si permitirá a integração com circuitos de condicionamento de sinais fabricados em tecnologia CMOS / Abstract: The aim of this work is to obtain and characterize thin titanium oxide (TiOx) films and zinc oxide (ZnO) films for applications in sensors based on ion sensitive field effect transistors (ISFET) and surface acoustic waves (SAW), respectively. In this way, two different types of sensors were obtained. The first is the chemical sensor ISFET, with TiOx as gate oxides. Ti films were deposited on Si substrate by electron beam evaporation and sputtering. Then, the Ti films were oxidized in rapid thermal processing oven (RTP). The Structural characterization occurred through ellipsometry, atomic force microscopy, Raman spectroscopy, X-ray diffraction and x-ray absorption near edge spectroscopy, denoting the tetragonal crystal structure of the rutile form of TiO2. Electrical characterization of the best sample through the C-V curve showed dielectric constant equal to 8, interface states density in the order of 10-10eV-1.cm-2 and current density of the order of 10-4/cm2. The MOSFET presented Early voltage in the order of kV, and output resistance in order of M?. This device has threshold voltage equal to 0.30V, leakage current on the order of 10-8A and transconductance equal to 12?S. The ISFET presented current sensitivity equal to 63?A/pH and voltage sensitivity equivalent to 64mV/pH, which is close to the expected 59mV/pH determined by the Nernst limit. The second sensor is based on surface acoustic waves. This thesis was devoted to the integration of this sensor on the Si substrate, which is not piezoelectric and therefore doesn't allow the generation of acoustic waves. Alternatively, the ZnO which is piezoelectric, when deposited on a thin film of SiO2 on Si, make possible the manufacture of SAW devices and allows the study of carriers transport trapped in the minimum and maximum of the piezoelectric potential generated by the zinc oxide on Si. The ZnO film deposited by sputtering was analyzed by x-ray diffraction showing hexagonal crystalline orientation in the direction (0002). The acoustic wave was analyzed through the network analyzer (scattering parameters) and the interferometer. In SiO2/Si interface, where transport occurs, the piezoelectric field is 0, 56kV/cm. the value of the acoustic wave propagation speed is equal to 4243m/s (obtained by simulation, considering the IDTs resonance frequency equal to 750MHz and the acoustic wavelength equal to 5.6?m). The carrier transport of electrons-holes generated by the incidence of a laser was detected in the collection region of the lateral p-i-n junction for distances exceeding 50 ?m and PRF values between-10dBm and 0dBm. This resulted in a collection efficiency up to 12% (laser on the junction), and 3.5% when the laser was 50?m away from the junction. The development of these sensors on Si substrate will allow integration with signal conditioning circuits manufactured in CMOS technology / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutora em Engenharia Elétrica

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Resumo: Este trabalho visa apresentar o desenvolvimento e as principais conclusões referentes à combinação de heterojunções a base de GaAs com óxidos semicondutores, para aplicações em dispositivos optoeletrônicos. O texto foi dividido em duas partes principais, sendo a primeira parte voltada para a síntese e produção do SnO2, relacionada com a formação da heteroestrutura GaAs/SnO2; e a segunda parte é focada na produção dos ressonadores de onda acústicas de bulk,na ordem de GHz, a base de GaAs/ZnO. Na primeira parte, priorizou-se filmes de SnO2, que foram depositados por duas técnicas: sol-gel dip-coating e evaporação resistiva. Os filmes foram depositados sobre substratos de vidro soda-lime, e sobre substratos de GaAs, de quartzo e de a-SiO2. SnO2 foi também depositado sobre filme de GaAs depositado por sputtering. No caso da evaporação resistiva, a rota sol-gel é utilizada também para a preparação do pó que é utilizado como precursor para a evaporação resistiva de filmes de SnO2, combinando essas duas técnicas. Foram investigadas as propriedades ópticas e elétricas de filmes finos de SnO2 dopado com 1% de Er3+ e estruturas hibridas de GaAs/SnO2: Er3+. Entre os principais resultados, verificou-se: 1) espectros de luminescência diferentes do íon Er3+ ao se depositar SnO2 sobre substrato de vidro ou GaAs; 2) Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDX) para filmes de SnO2, depositados por evaporação resistiva, atestaram uma relação... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work aims to present the development and the main conclusions obtained so far regarding the combination of GaAs-based heterojunctions with semiconductor oxides, for applications in optoelectronic devices. The text has been divided in two main parts, where the first one is related to the synthesis and production of SnO2, associated with the formation of the heterostructure GaAs/SnO2; and the second one if focused on the production of bulk acoustic wave resonators, with frequencies in GHz range, based on GaAs/ZnO. In the first part, attention was given to SnO2 films, deposited by two techniques: sol-gel dipcoating and resistive evaporation, on soda-lime glass substrates, and on GaAs, quartz and a-SiO2 substrates. SnO2 was also deposited on GaAs film deposited by sputtering. In the case of resistive evaporation, the sol-gel route is also used to prepare the powder which is used as a precursor for resistive evaporation of SnO2 films, then, by combining these two techniques. Optical and electrical properties of Er3+ -doped SnO2 thin films were investigated as well as the hybrid structure GaAs/SnO2 .Among the main results were: 1) different luminescence spectra of Er3+ ion when depositing SnO2 on glass or GaAs substrate; 2) scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) for SnO2 films deposited by resistive evaporation show a relationship of the thermal annealing temperature with the concentration of Er ions in the surface layers; 3) this con... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-21T14:21:51Z No. of bitstreams: 1 GERALDO BEZERRA LIMA JÚNIOR - DISSERTAÇÃO PPGEE 2014..pdf: 4130681 bytes, checksum: 7aa2b6dbcd9d18892be46ec5c14536b6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-21T14:21:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GERALDO BEZERRA LIMA JÚNIOR - DISSERTAÇÃO PPGEE 2014..pdf: 4130681 bytes, checksum: 7aa2b6dbcd9d18892be46ec5c14536b6 (MD5) Previous issue date: 2014-09-02 / Nos dias atuais a confiabilidade e a continuidade no fornecimento de energia elétrica são cada vez mais exigidos. Os para-raios tem uma importante função neste processo que é de proteger os demais equipamentos integrantes da rede elétrica de sobretensões atmosféricas e de manobra. Quando falham, normalmente provocam o desligamento de linhas de transmissão ou de transformadores, penalizando severamente a concessionária pela indisponibilidade ou por multas impostas pela agência reguladora. Como todo equipamento importante para o sistema elétrico, os para-raios necessitam de técnicas eficazes de monitoramento. Na literatura e na indústria podem ser encontradas diversas técnicas, procedimentos ou equipamentos destinados ao seu monitoramento. Todos os procedimentos ou equipamentos possuem suas limitações, vantagens e desvantagens, sejam elas técnicas, econômicas ou operacionais. Visando suplantar algumas das limitações existentes nas técnicas e procedimentos normalmente empregados no setor elétrico, encontrase proposto neste trabalho uma metodologia de análise da condição operacional de para-raios em campo, com base em medições da corrente de fuga total. Com esta metodologia pretende-se minimizar as dificuldades operacionais relacionadas às atividades de monitoramento, uma vez que será medida apenas a corrente de fuga total, diferentemente de técnicas e procedimentos usuais que requerem também a medição da tensão aplicada. Um banco de dados de correntes de fuga foi obtido com medições realizadas em 05 (cinco) subestações. As medições foram agrupadas por modelo/fabricante e tempo de operação dos para-raios. O instrumento de medição utilizado é composto de um amperímetro do tipo alicate e um osciloscópio digital portátil. O processo de medição em campo mostrou-se efetivo e prático devido à facilidade de manuseio do instrumento utilizado. Ensaios em laboratório foram realizados para avaliação da metodologia e dos instrumentos de medição. A partir da base de dados produzida, foi possível com emprego de técnicas de processamento de sinais e estatística, observar o comportamento gaussiano dos dados e o crescimento do valor médio da componente de 3ª harmônica da corrente total em função do tempo de operação, evidenciando, assim, a correlação entre a elevação da corrente de fuga e a diminuição da vida útil dos para-raios. / Nowadays the reliability and continuity in the electricity supply are increasingly required. The surge arresters has an important function in this process, which is to protect the other utility equipment against lightning and switching surges. When they fail, usually causing the shutdown of transmission lines or transformers, severely penalizing the power utility for the unavailability or regulator fines. As any important equipment for the electrical system, surge arresters need effective monitoring techniques. In the literature and industry several techniques, procedures or equipment for their monitoring can be found. All procedures or devices have their limitations, advantages and disadvantages, whether technical, economic or operational. Aiming to overcome some of the limitations in existing techniques and procedures commonly employed in the electrical industry, a methodology for analyzing the surge arrester operational condition based on measurements of total leakage current is proposed in this paper. With this methodology is intended to minimize operational difficulties associated with monitoring activities, since it will only measure the total leakage current unlike the usual techniques and procedures, which require the measurement of the applied voltage, too. A database of leakage currents with measurements performed in five (05) power substations was obtained. Measurements were grouped by arresters model/manufacturer and operation time. The measuring instrument used consists of a clamp type ammeter and a portable digital oscilloscope. The process of field measurement was effective and practical due to the ease of handling of the used instrument. Laboratory tests were performed to evaluate the methodology and measuring instruments. From the database produced, it was possible through the use of techniques of signal processing and statistical observe the Gaussian behavior of the data and the average increase of the 3rd harmonic component of the total current as a function of operating time, which highlights thus, the correlation between the increase of the leakage current and the decrease of the lifetime of the surge arrester.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-04-04T13:36:40Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Mestrado_(Andre E. Poroca Lins)_Final.pdf: 64666922 bytes, checksum: 584e69803acfdd0b31e2b58094eb9b6c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-04T13:36:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Mestrado_(Andre E. Poroca Lins)_Final.pdf: 64666922 bytes, checksum: 584e69803acfdd0b31e2b58094eb9b6c (MD5) Previous issue date: 2015-01-28 / Os materiais com óxido de zinco vêm passando por um rápido desenvolvimento devido as suas potenciais aplicações em uma ampla variedade de áreas tecnológicas, tais como eletrônica, catálise, cerâmica, fotodetectores, sensores, células solares, entre outras. Porém, torna-se fundamental o estudo das propriedades, condições de síntese e aplicações. Um material que vem se destacando devido as suas propriedades mecânicas, elétricas, magnéticas, ópticas e químicas é o óxido de zinco (ZnO). No óxido de zinco tais propriedades dependem principalmente do tamanho e morfologia de suas partículas. O avanço no desenvolvimento de materiais com óxido de zinco vem recebendo bastante destaque no meio científico e se tornando de fundamental importância devido à interdisciplinaridade entre vários campos da ciência, e por permitir a obtenção de novos materiais com melhores propriedades físicas e químicas. O objetivo principal desse trabalho é produzir um compósito de matriz de alumínio AA1100, reforçado com material cerâmico, o óxido de zinco (ZnO), utilizando o processo de metalurgia do pó e técnica de moagem de alta energia. Para tanto, utilizou-se a caracterização por microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX) e difração a laser para avaliar as características do compósito, além de verificar as propriedades mecânicas inerentes e constatar a superioridade em relação a materiais produzidos de forma convencional. No primeiro momento é feita a avaliação da mistura dos pós produzidos, segundo variação percentual do reforço e tempo de processamento, com o objetivo de obter dados iniciais. Em seguida, é feito o processamento das misturas dos pós para compactação e sinterização; visando obter pastilhas do compósito, nas quais serão feitas ensaios e caracterização microestrutural, e por fim avaliação de resultados e conclusões. / The zinc oxide composites materials are undergoing rapid development due to their potential applications in a wide variety of technological areas such as electronics, catalysis, ceramics, photodetectors, sensors, solar cells, among others. However, it is fundamental the studies of the properties, synthesis conditions and applications. A material that has been highlighted due to its mechanical, electrical, magnetic, optical and chemical properties is the zinc oxide (ZnO). In zinc oxide such properties mainly depend on the size and morphology of the particles. The technological progress in the development of materials with zinc oxide has been receiving a lot of attention in the scientific community and becoming of paramount importance due to several interdisciplinary fields of science, and for allowing the obtaining of new materials with improved physical and chemical properties. The main objective of this work is to produce matrix composites of aluminum alloy AA1100, reinforced with ceramic material, the zinc oxide (ZnO), the process of using powder metallurgy technique and high energy milling. For this we used the characterization by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD, and laser diffraction to evaluate and compare the features of composite, besides checking the mechanical properties and see the inherent superiority over conventionally produced material. At first assessment is made of the mixture of powders produced according to percentage change in the reinforcement and processing time, in order to obtain initial data. Then the processing is done mixtures of powders for compaction and sintering, to obtain tablets composite in which are made tests and microstructural characterization, and ultimately evaluating the results and conclusions.

Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE / In this work, we analyze the structural, optical and electrical properties of thin films of ZnO - doped with aluminum (Al) and chromium (Cr), with concentrations of 3%, grown by non - reactive magnetron sputtering. The samples were grown using glass as substrates. For the production of the capacitors used in the electric characterization an Al layer was grown on the substrate which was used as the lower electrode. The films studied here were obtained by varying the thickness and temperature of the substrate, between ambient temperature and 400 ° C. The films obtained were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray reflectometry (XRR), optical spectroscopy in the UV-Vis region, and IxV voltage current plotes. The results showed that the films produced have a large preferential orientation with planes (002) of the ZnO wurtzite hexagonal phase perpendicular to the surface of the substrate. By means of the XRR measurements, the experimental thicknesses were obtained as well as the roughness and mass density of the films. From the UV-Vis measurements, it was observed that the films have a high transmittance (above 80%) with a slight reduction with increasing thickness. The measurements of the IxV curves showed that the films have an ohmic behavior with a low resistance and resistivity, therefore possessing compatible properties to be used with conductive oxides and transparent for both dopants. The bandgap values for all films are close to 3.3 eV without significant variation with the parameters used. / Neste trabalho, são apresentadas discussões sobre as propriedades estruturais, óticas e elétricas de filmes finos de ZnO — dopado com alumínio (Al) e cromo (Cr), com concentrações de 3%, crescidos por pulverização catódica não reativa. As amostras foram crescidas utilizando vidro como substratos. Para a produção dos capacitores utilizados na caracterização elétrica foi crescido uma camada de Al sobre o substrato que foi utilizado como eletrodo inferior. Os filmes aqui estudados foram obtidos variando a espessura e a temperatura do substrato, entre temperatura ambiente e 400 °C. Os filmes obtidos foram caracterizados pelas técnicas de difração de raios X (DRX), reflectometria de raios X (XRR), espectroscopia óptica na região do UV-Vis e curvas de corrente por tensão IxV. Os resultados mostraram que os filmes produzidos possuem uma grande orientação preferencial com planos (002) da fase hexagonal wurtzita do ZnO perpendicular à superfície do substrato. Por meio das medidas de XRR, foram obtidas as espessuras experimentais assim como a rugosidade e densidade de massa dos filmes. A partir das medidas de UV-Vis, foi observado que os filmes possuem uma alta transmitância (acima de 80%) com uma leve redução com o aumento da espessura. As medidas das curvas IxV mostraram que os filmes apresentam um comportamento ôhmico com uma baixa resistência e resistividade, possuindo, portanto, propriedades compatíveis para serem utilizados como óxido condutore e transparente para ambos os dopantes. Os valores do bandgap para todos os filmes são próximos de 3,3 eV sem variação significativa com os parâmetros utilizados. / São Cristóvão, SE

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Wagner Alex Jann Favreto.pdf: 2401353 bytes, checksum: 8e382cf32a6bec4d2e8a69fffdafffff (MD5) Previous issue date: 2008-11-28 / In the present work we describe the methodology to obtain and modify the surface of glass fibers composed by Li2O - ZrO2 - BaO - SiO2 with zinc oxide. The glass fibers were obtained by classical fusion followed by the stretch of the vitreous fused mass, where the diameter of the fibers was controlled by the stretching velocity. They were recovered with ZnO by dip-coating and sol-gel processing of deposition, using both inorganic and organic polymeric gel methods, where the zinc acetate dihydrate was the zinc oxide precursor. The superficial morphology of the fiber was verified by scanning electron microscopy (SEM) and the zinc oxide layer was characterized by mapping of Kα and Lα lines of the zinc by EDX analyses. The results of the SEM characterization pointed out the deposition of ZnO by inorganic polymeric gel method results in a thick layer of the oxide without apparent porosity, while by the organic polymeric gel method results a dip homogeneous and porous layer of ZnO over the glass fiber surface. The glass fibers recovered with ZnO by organic polymeric gel were used to develop an analytical methodology to simultaneous determination of trihalomethanes (THM´s) in drinking water using headspace-SPME-Gas Chromatography. The study was based on the selectivity, linearity, accuracy, precision and recovery of the analytical method using the glass fiber/ZnO. The effect of the salt addition, extraction temperature and extraction, desorption and incubated time on the analytical response were evaluated too. Good linear dynamic range was observed from the method quantification limits with correlation coefficients better than 0.9900 for all compounds. The method was accurate with recoveries ranging from 95,00 to 105,00%. and the range of linearity observed was 30 ng/mL to 500 ng/mL to trichloromethane, 20 ng/mL to 250 ng/mL to dichlorobromomethane and dibromochloromethane and 10 ng/mL to 100 ng/mL to tribromethane. The method is also robust and has great potential to be used in a trihalomethane determination. / No presente trabalho encontram-se descritas a metodologia para obtenção, e para a modificação da superfície de fibras de vidro de composição Li2O - ZrO2 - BaO - SiO2 com óxido de zinco. As fibras de vidro foram obtidas pelo método de fusão clássico, seguido do estiramento da massa vítrea fundida, controlando-se o diâmetro através da velocidade de estiramento. Estas foram recobertas com ZnO, utilizando-se da técnica sol-gel em dip-coating controlado, usando-se os métodos de deposição do gel polimérico inorgânico e do gel polimérico orgânico, onde o acetato de zinco di-hidratado foi empregado como reagente precursor do óxido de zinco. Utilizou-se a técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) para avaliar a morfologia das fibras sem recobrimento e das fibras recobertas. O recobrimento com óxido de zinco sobre a superfície das fibras, foi mapeado através das linhas Kα e Lα do zinco, por Microssonda de Energia Dispersiva (EDS), sendo observado uma camada regular de ZnO sobre a superfície do suporte. Através dos resultados obtidos por MEV, verificou-se que pela técnica de deposição do gel polimérico inorgânico as fibras apresentam recobrimento bastante espesso, mas sem porosidade aparente. Quanto à técnica de deposição do gel polimérico orgânico, obtem-se fibras com um recobrimento mais homogêneo, espesso e poroso. Desta forma utilizaram-se as fibras recobertas pelo método do gel polimérico orgânico, para o desenvolvimento de metodologia analítica para determinações cromatográficas de trihalometanos (THM s) em solução aquosa. Utilizou-se da técnica de extração em head-space (HS) por Microextração em Fase Sólida (SPME) (HS-SPME) conjugada a Cromatografia Gasosa (CG). O estudo foi baseado na seletividade, linearidades, exatidão, precisão e na recuperação do método analítico usando a fibra de vidro/ZnO. O efeito da adição de sal, temperatura e tempo de extração, tempo de dessorção e o tempo de incubação na resposta analítica. O bom alcance dinâmico linear, foi observado nos limites da quantificação do método com coeficientes de correlação maiores que 0,99 observados para todos os compostos. O método demonstrou-se exato e com a recuperações que variam de 95,00 a 105,00% com escala de linearidades observadas entre 30 ng/mL a 500 ng/mL para o triclorometano, 20 ng/mL a 250 ng/mL ao diclorobromometano e o dibromoclorometano e 10 ng/mL a 100 ng/mL para o tribromometano. O método apresentou-se robusto, e possui grande potencial para ser usado em determinações de trihalometanos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Among the semiconducting oxides, ZnO has received considerable attention as a promising material for several applications in optoelectronic devices due to its high optical transparency in the visible range and good electrical conductivity achieved by doping with suitable elements. The present work, part developed in the Laboratório de Magnetismo e Materiais Magnéticos Nanoestruturados (UNIPAMPA/BAGÉ) and part in the Laboratório de Magnetismo e Materiais Magnéticos (UFSM), aimed mainly the development of an experimental procedure of ZnO thin films potentiostatic electrodeposition using 0.1 M aqueous solution of zinc nitrate seeking potential applications in solar cells. The electrodeposition technique is the growth of certain material on a solid substrate by electrochemical reactions and emerges as an alternative to traditional techniques (sputtering, sol-gel, spray pyrolysis) production of thin films. Besides being relatively easy to implement and has low production cost. The ZnO thin films were deposited on Au (111) substrates, obtained from commercial CD-Rs (CDtrodos). Voltammetry technique was used for the electrochemical processes involved analysis and to establish suitable areas of potential for films growth. ZnO deposits were characterized by X-ray diffraction and atomic force microscopy (AFM) techniques. / Dentre os óxidos semicondutores, o ZnO tem recebido considerável atenção como um material promissor para diversas aplicações em dispositivos opto-eletrônicos devido a sua alta transparênciaóptica na faixa do visível e boa condutividade elétrica alcançada por dopagem com elementos adequados. O presente trabalho, desenvolvido parte no Laboratório de Magnetismo e Materiais Magnéticos Nanoestruturados (UNIPAMPA/BAGÉ) e parte no Laboratório de Magnetismo e Materiais Magnéticos (UFSM), teve como objetivo principal o desenvolvimento de um procedimento experimental de eletrodeposição potenciostática de filmes finos de ZnO visando possíveis aplicações em células solares, utilizando-se 0:1M de solução aquosa de nitrato de zinco. A técnica de eletrodeposição consiste no crescimento de determinado material sobre um substrato sólido através de reações eletroquímicas e surge como uma alternativa às técnicas tradicionais (sputtering, sol-gel, spray-pirólise) de produção de filmes finos. Além de ser relativamente de fácil implementação e tem baixo custo de produção. Os filmes finos de ZnO foram depositados sobre substratos de Au (111), obtidos a partir de CD-Rs comerciais (CDtrodos). Utilizou-se a técnica de voltametria para analise dos processos eletroquímicos envolvidos e para estabelecer as regiões de potenciais adequadas para crescimento dos filmes. Os depósitos de ZnO foram caracterizados utilizando as técnicas de difração de raios-X e microscopia de força atômica (AFM).

Orientador: Prof. Dr. Jeverson Teodoro Arantes Junior / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, Santo André, 2018. / Investigamos, sistematicamente, as propriedades estruturais e eletrônicas do óxido de zinco nanoporoso sob tração e compressão biaxial utilizando cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade. O sistema apresenta uma alta concentração de nanoporos lineares orientados nas direções cristalográcas [0001] e [01-10], bem como um lme no nanoporoso. Para compressões maiores do que 4% com relação ao parâmetro de rede, foi observada uma distorção estrutural nas regiões menos densas do material poroso, mostrando uma tendência à mudança de fase localizada. O coe- ciente de Poisson calculado dos nanoporos orientados na direção [0001] foi negativo. Isto signica que quando o material poroso foi tracionado, expandiu-se transversalmente. Já quando comprimido, o material contraiuse na direção transversal. Os materiais que possuem esta característica são conhecidos como materiais auxéticos. Nossos resultados mostram que o valor do gap de energia foi modulado pelas deformações biaxiais com uma tendência oposta ao bulk. A densidade dos estados eletrônicos conrmou nossas observações. A tendência estrutural inversa da superfície dos nanoporos é o principal mecanismo para o comportamento inverso do gap sob compressão e tração. Dentro do nosso conhecimento, este é o primeiro reporte de um comportamento inverso do gap de energia de estruturas de ZnO sob compressão e tração biaxial. Nossos resultados sugerem que a nanoporosidade, conjuntamente com tra- ção e compressão biaxial, podem ser empregadas como um método dentro da engenharia de gap para customizar materiais funcionais que requerem controle da atividade eletrônica. / This work investigated, systematically, the structural and electronic properties of nanoporous zinc oxide, under biaxial strain, through rst-principles methods, based on total energy ab initio calculations using Density Functional Theory. The system was in a massive nanopore concentration regime. We studied linear pores in [0001] and [01-10] direction and a porous thin lm. Using a biaxial tension above 4% of the ZnO bulk lattice parameter, we observed a distortion resulting in a local phase change region in the material's structure. The calculated Poisson's coecient was negative for the [0001] pore. When stretched, they become thicker in the perpendicular direction to the applied force. These materials are known as auxetic. Our results show that the energy band gap value is tuned by the strain with an uncommon opposite trend related to the bulk. The density of electronic states conrmed the energy gap modulation. The structural inverse trend of nanopores surface is the principal mechanism for gap inverse behavior under compressive and tensile strain. From the best of our knowledge, this is the rst report about opposite Egap trend in strained nanopores. Our results suggest that nanoporosity and biaxial strain could be employed as a method within the band gap engineering for tailored functional matexi rials that require control of the electronic activity.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we have studied the magnetic, optical and structural properties of ZnO nanoparticles pure and doped with different concentrations of Fe and Mn synthesized by three different synthesis methods; co-precipitation (CP), hydrothermal (SH) and thermal decomposition (DT). The samples were characterized by measurements of X-ray diffraction (XRD) and analyzed allied to Rietveld refinement method, absorption in the UV-Vis region, scanning and transmission electron microscopy (SEM and TEM), and magnetization measurements as a function of field and temperature (MvsH, MvsT). Through XRD analysis we have observed a dependence of the nanoparticle size with increasing temperature for both CP and SH methods well as a change in morphology with temperature for the samples system synthesized by SH. XRD analysis through the Williamson-Hall plot and TEM images show that particles obtained by SH and CP methods present an anisotropic growth, different of the particles obtained by DT method, that they present a spherical-like shape. The XRD results for Zn1-xFexO systems obtained by the CP and SH present only one phase but from point of view magnetic properties we have observed that these samples present transition at low temperature (T = 10 K) similar to an antiferromagnetic ordering. However, the Zn1-xFexO samples obtained by DT synthesis we have observed a paramagnetic behavior evidenced by MvsT curves. Therefore, at room temperature the MvsH curves indicated a ferromagnetic behavior. All Mn-doped ZnO samples present a paramagnetic behavior. The UV-Vis results show for all systems a slow increase in gap band with increases of dopant concentration. / Neste trabalho estudamos as propriedades magnéticas, ópticas e estruturais de nanopartículas de ZnO puras e dopadas com diferentes concentrações Fe e Mn sintetizadas por três diferentes métodos de síntese; co-precipitação (CP), hidrotérmico (SH) e decomposição térmica (DT). As amostras foram caracterizadas por medidas de difração de raios X (DRX) e analisadas juntamente ao método de refinamento Rietveld, absorção na região UV-Vis, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão (MEV e MET) e medidas de magnetização em função do campo e da temperatura (MvsH, MvsT). Através das análises de DRX, nós temos observado uma dependência do tamanho da nanopartícula com o aumento da temperatura para ambos os métodos CP e SH, bem como uma variação na morfologia com a temperatura para o sistema de amostras sintetizado pela SH. Análises do gráfico de Williamson-Hall e imagens de MET mostram que as partículas obtidas através dos métodos SH e CP apresentam um crescimento anisotrópico, diferentemente das obtidas pelo método de DT, as quais apresentam morfologia esférica. Além disso, os resultados de DRX mostram que os sistemas Zn1-xFexO obtidos pela CP e SH apresentam somente uma fase, porém do ponto de vista das propriedades magnéticas observamos que as amostras apresentam uma transição em baixa temperatura (T = 10 K) similar a um ordenamento antiferromagnético. Por outro lado, as amostras de Zn1-xFexO obtidas pela síntese de DT observamos um comportamento paramagnético evidenciados pelas curvas de MvsT. No entanto, em temperatura ambiente as curvas de MvsH indicaram um comportamento ferromagnético. Todas as amostras de ZnO dopadas com Mn apresentam um comportamento típico de um material paramagnético. Resultados de absorção de UV-Vis para todos os sistemas estudados mostram um leve aumento na energia de gap com o aumento da concentração do dopante.