Orientador: Ivan Emilio Chambouleyron / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-19T02:55:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Graeff_CarlosFredericodeOliveira_D.pdf: 3803298 bytes, checksum: d983613580f4d652cd42274417a4712a (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: Neste trabalho estudamos as ligas amorfas de silício e germânio hidrogenadas (a-SixGe1-x:H), o germânio amorfo hidrogenado (a-Ge:H), além do silício amorfo hidrogenado (a-Si:H). Apresentamos resultados nas propriedades estruturais e opto-eletrônicas de ligas crescidas por r.f. sputtering, ricas em germânio (x £ 0.25). Encontramos que para x £ 0.1 a incorporação de Si não afeta apreciavelmente tanto a densidade de estados localizados dentro do pseudo-gap, quanto as propriedades estruturais dos filmes. No entanto, o gap ótico de Tauc cresce desde 1.04 eV (x=0.0) até » 1.13 eV (x=0.1). Concomitantemente observamos uma queda de duas ordens de grandeza na condutividade de escuro a temperatura ambiente, enquanto a fotocondutividade praticamente mantém-se inalterada. Em outras palavras, a incorporação de pequenas quantidades de Si na rede do a-Ge:H produz um considerável aumento na fotosensibilidade do material. Este resultado é discutido dentre os modelos atuais para ligas de semicondutores amorfos. Aplicamos a técnica de Spin Dependent Photoconductivity (SDPC) no estudo do processo de recombinação dos portadores foto-gerados no a-Ge:H e nas ligas a-SixGe1-x:H. O sinal de SDPC (-D s/s) no a-Ge:H é fortemente influenciado pelo forte acoplamento spin-órbita, l , quando comparado com o sinal no a-Si:H (lGe » 7.lSi), que por sua vez reduz o tempo de relaxação dos spins. O decrescimento no tempo de relaxação é responsável pelas seguintes características do sinal de SDPC no a-Ge:H: i) pequenas amplitudes (-Ds/s £ 10-6 tipicamente); ii) uma dependência linear com a potência de microonda incidente, além de uma forte dependência com a temperatura. Nas ligas a-SixGe1-x:H, a incorporação do Ge é marcada pela mudança súbita do sinal de SDPC de, semelhante ao encontrado no a-Si:H, para o encontrado no a-Ge:H, para x < 0.9. A origem do sinal de SDPC no a-Ge:H e nas ligas a-SixGe1-x:H é discutida. Estudamos o processo de exodifusão do H e D em filmes de a-Ge:H(D) crescidas por r.f. sputtering, através de tratamentos térmicos. Encontramos dois processos de exodifusão: um rápido, provavelmente devido à presença de bolhas e buracos na amostra, e o segundo lento, devido à difusão dispersiva do H(D) pela rede. Os tratamentos térmicos utilizados provocam mudanças estruturais, sempre que a temperatura utilizada é maior do que a de deposição. Apesar das mudanças estruturais, obtemos o coeficiente de difusão (DH) para o hidrogênio, que é fortemente dependente do tempo (dispersivo), com parâmetro de dispersão a = 0.95 a 280 ºC. DH a comprimentos de difusão fixos (L » 60 nm) é ativado com a temperatura, com energia de ativação de 0.44 x 0.09 eV. A correlação entre os dados de difusão, e a metaestabilidade no a-Ge:H é discutida. Investigamos os efeitos dos tratamentos térmicos nas propriedades opto-eletrônicas do a-Ge:H. Encontramos que para tratamentos isocrônicos (30 minutos), acima de 350 ºC, a densidade de defeitos (dangling bonds, DB), aumenta com a temperatura de tratamento (TT), mas a amostra permanece amorfa. Neste caso, o coeficiente de absorção em 0.7 eV, determinado por PDS (Photothermal Deflection Spectroscopy), pode ser usado como uma medida da densidade de DB (obtida de forma direta por ESR, Electron Spin Resonance). Para 350 ºC < TT < 420 ºC, cristalitos de Ge são formados e crescem até 430 ºC, quando a amostra torna-se microcristalina. O mecanismo de cristalização é discutido. Finalmente, apresentamos medidas de criação e aniquilação induzi da por luz de DBs metaestáveis no a-Si:H intrínseco. Observamos um decrescimento na densidade de defeitos de até 50% induzido pela iluminação contínua da amostra, após a criação rápida de defeitos usando luz pulsada. A cinética de criação e aniquilação de defeitos é discutida, assim como sua implicação nos modelos atuais que tratam dos defeitos metaestáveis no a-Si:H / Abstract: In this work we present results on the structural and opto-electronic properties of the following materials: hydrogenated amorphous silicon germanium alloys (a-SixGe1-x:H), hydrogenated amorphous germanium (a-Ge:H), and hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H). As the first subject of study, we have grown and characterized germanium rich a-SixGe1-x:H alloys (x £ 0.25). It has been found that, for x < 0.15, the Si incorporation does not affect appreciably, neither the density of localized states in the pseudo-gap, nor the structural properties of the films. However the Tauc's optical gap shifts from 1.04 eV (x = 0) to » 1.1 eV (x = 0.15). A concomitant two orders of magnitude decrease of the dark conductivity is measured, whereas the photoconductivity remains essentially unchanged. In other words, the incorporation of small amounts of Si in the hydrogenated amorphous germanium (a-Ge:H) network produces a noticeable increase of the photosensitivity of the samples. These results are discussed in the framework of present models of amorphous semiconductor alloys. In the second subject, we use spin dependent photo-conductivity (SDPC), to study the recombination process of photo-excited carriers in hydrogenated amorphous germanium (a-Ge:H) and silicon germanium alloys (a-SixGe1-x:H). The a-Ge:H SDPC signal is found to be strongly affected by the larger spin orbit coupling, l , when compared to a-Si:H (lGe » 7lSi), which reduces the spin lattice relaxation time. The decrease in the spin lattice relaxation time gives the following characteristics to the a-Ge:H SDPC signal: i) small amplitudes (-Ds/s £ 10-6); ii) a linear dependence on microwave power, and strong temperature dependence. In alloys a-SixGe1-x:H, the incorporation of Ge is marked by a sudden change in the SDPC signal from Si-Iike to Ge-like, for x £ 0.9. The origin of the spin dependent recombination in a-Ge:H and a-SixGe1-x:H is discussed. The third subject of study is the out-diffusion mechanism of H(D) in r.f. sputtered amorphous Ge films. The main result of this study is that two kinds of H(D) motion process coexist in our films: a fast process, most probably due to the presence of voids and pinholes in the film, and a slow process due to the dispersive-like diffusion of atomic H(D) in the amorphous network. It has also been found that, thermal annealing of the samples above the deposition temperature (210 °C) induces structural changes. The diffusion coefficient DH of H is found to be time dependent (dispersive) as expected, with a dispersion parameter a = 0.95 at 280 °C. DH at constant diffusion length (L » 60 nm) is temperature activated, with an activation energy of 0.44± 0.09 eV. Finally, the possible correlation between H(D) diffusion and light-induced metastable defect creation and relaxation in r.f.-sputtered hydrogenated amorphous Ge is discussed. In the fourth subject, we investigate the effect of thermal annealing above the deposition temperature (200°C) on the opto-electronic properties of a-Ge:H thin films. For thermal treatments below 350°C, the defect density increases with increasing anneal temperature (Ta), but the sample remains amorphous. In this case we have found that the absorption coefficient at 0.7 eV, as measured by PDS can be used as a indirect measure of the dangling bond density (measured by ESR). For 350°C < Ta < 420°C, crystallites are formed and grow untiI 430°C, when the sample becomes microcrystalline. The crystallization process is best described by a surface induced crystallization, where the nucleation process occurs in the interface film-substrate. Finally, measurements of light-induced creation and annealing of metastable dangling bond defects in undoped hydrogenated amorphous silicon thin films are reported. A decrease of the defect density by 50% induced by continuous illumination is observed after fast defect creation by pulsed light. The kinetics of creation and recoveryare discussed, as well as the implications for present models treating metastable defects in hydrogenated amorphous silicon / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Jorge Ivan Cisneros / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-19T02:58:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_JoseHumbertoDiasda_D.pdf: 2688741 bytes, checksum: 81cfc920d056bf2b4500e094dd735a33 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: Filmes de antimoneto de gálio amorfo foram preparados em um sistema de evaporação flash especialmente construído. O controle dos parâmetros de evaporação permitiu a obtenção de amostras de diferentes composições, inclusive estequiométricas. As propriedades físicas dos materiais foram analisadas usando as espectros copias óptica, de foto-elétrons, de perda de energia por elétrons, de absorção no infravermelho e espalhamento Raman, além de difratometria de raios-X e medidas de condutividade elétrica. Por influência das diferenças composicionais as amostras apresentaram modificações na borda de absorção e na condutividade elétrica. O afastamento da estequiometria nas amostras de GaSb foi analisado com base nos resultados obtidos, os quais evidenciaram a existência de desordem química no material. Neste caso a desordem química é representada principalmente por ligações "erradas" entre elementos da mesma espécie e por sítios atômicos com coordenação diferente de quatro. Tratamentos térmicos seqüenciais primeiramente induziram variações detectáveis na borda de absorção, nas bandas vibracionais e nos espectros Raman do GaSb amorfo. As variações observadas são compatíveis com o ordenamento da estrutura do material a nível dos primeiros vizinhos dos sítios atômicos. Tratamentos a temperaturas iguais ou superiores a 210°C provocaram a cristalização parcial do material, conforme se constata através dos difratogramas de raios-X. A partir dos resultados experimentais propusemos um mecanismo de cristalização, baseado na segregação de excessos de antimônio para fora das regiões cristalizadas, e na posterior acumulação do excesso de antimônio nas regiões amorfas intersticiais. As propriedades físicas do material amorfo altamente desbalanceado e as propriedades do material estequiométrico apresentam fortes semelhanças, em decorrência do fato de que a matriz amorfa que permanece no material parcialmente cristalizado apresenta defeitos estruturais semelhantes aos existentes nos materiais desbalanceados. Os modelos de estrutura eletrônica existentes são utilizados na análise deste problema / Abstract: Amorphous gallium antimonide films were deposited in a specially designed flash evaporation system. The control of the evaporation parameters allowed us to obtain samples with various compositions. including the stoichiometric ones. The physical properties of the material were analyzed using optical spectroscopy, photoelectron spectroscopy. X-ray diffractometry. electrical conductivity. Raman scattering. infrared absorption and electron energy loss measurements. In samples with different compositions. the optical absorption edge and the DC electrical conductivity were modified. The departure from stoichiometry in GaSb films is analyzed on the basis of these results which can be used as an evidence of the chemical disorder. This kind of disorder is represented here by either wrong bonds or sites with different coordination. Thermal annealing with a sequence of increasing temperatures first induced detectable variations in the optical absorption edge and in the vibrational properties of the amorphous GaSb. These variations are compatible with the GaSb local ordering and were observed by Raman scattering and infrared absorption spectra. The annealing at higher temperatures allowed the crystallization of the material confirmed by X-Ray diffraction. From these experimental results a crystallization mechanism based on the segregation of Sb excess coming from the crystallized regions toward the amorphous tissue is proposed. / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Neste trabalho foram estudadas as características elétricas e ópticas de filmes de carbono tipo diamante (DLC Diamond-Like Carbon) depositados em um sistema de sputtering RF magnetron reativo em substratos de silício e vidro. Foram depositadas amostras em condições de processo distintas em cada tipo de substrato, sendo duas condições de pressão (5 mTorr e 10 mTorr) e para cada uma, quatro condições de potência de RF (100 W, 150 W, 200 W e 250 W). Os filmes depositados foram submetidos às seguintes técnicas de caracterização: perfilometria, para obtenção da espessura dos filmes e com isso a taxa de deposição; elipsometria, para obtenção do índice de refração; obtenção de curvas I-V, para obtenção da resistividade elétrica e cálculo do ganho de foto corrente, e da curva C-V de alta frequência, para cálculo da constante dielétrica dos filmes; transmitância óptica, para o cálculo do gap óptico através do método de Tauc; fotoluminescência, para determinar a emissão característica deste gap e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), para se observar os tipos de ligações presentes no filme e calcular a relação entre hibridizações sp3 e sp2 entre átomos de carbono e hidrogênio no filme. As variações de algumas características dos filmes de DLC com os parâmetros de processo são apresentadas e comparadas. De acordo com as características dos filmes obtidos neste trabalho, com a variação dos parâmetros de processo, é possível sua aplicação como dielétrico de campo, por apresentarem baixa constante dielétrica, sendo o valor mais baixo obtido igual a 3,4; como material dielétrico de porta considerando os filmes com alta constante dielétrica, chegando a 6,7; como material para cobertura, devido à alta uniformidade (até 95%); e, o que foi mais explorado neste trabalho, para aplicações como sensores foto sensíveis, sendo que o maior ganho de foto corrente obtido foi 67 vezes. A possibilidade de produção de filmes de DLC com diferentes propriedades através da variação das condições de processo mostra sua versatilidade para uso em diferentes aplicações. / In this work it was studied electrical and optical characteristics of diamond-like carbon (DLC) films deposited in a reactive RF magnetron sputtering system on silicon and glass substrates. Samples were deposited at different process conditions in each type of substrate at two pressure conditions (5 mTorr and 10 mTorr) and four conditions of RF power (100 W, 150 W, 200 W and 250 W). The DLC films were characterized by the following techniques: high step meter analysis, to obtain the thickness of the films and thus the deposition rate; Ellipsometry to obtain the refractive index; electrical characterization by the I-V curve, to obtain the resistivity and calculate the photo current gain, and high-frequency C-V curve, to calculate the dielectric constant of the films; optical transmittance, to calculate the optical gap by the Tauc method; photoluminescence analysis, to determine the characteristic emission of this gap; Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), to observe the different carbon-hydrogen bonds and calculate its sp3/sp2 hybridizations ratio. The way some characteristics of DLC films vary with the process parameters are presented and compared in this work. According to the characteristics of the DLC films obtained in this work, with the variation of the process parameters it is possible their application as low k dielectric insulators, because of its low dielectric constant, being the lowest obtained value 3.4; as dielectric gate material, reaching 6.7 in the films deposited in this work, as coating material due to its high uniformity (95%), and which was further explored in this work, for applications like photo-sensitive sensors, since it was obtained samples with photo current gain up to 65. The possibility of producing DLC films with different properties by varying process parameters shows its versatility for using in different applications.

Orientador: David Comedi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-28T02:58:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ChampiFarfan_AnaMelva_M.pdf: 9748941 bytes, checksum: 756959b47f9942a5aaddd90298bca0c8 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Neste trabalho, apresentamos resultados experimentais de um estudo de pinholes em filmes finos de a-Ge0.9Si0.1: H e a-Ge0.9Si0.1. As amostras foram depositadas pela técnica de Ion Beam Sputtering Deposition, usando kriptônio e argônio como gás de sputtering. Os pinholes foram observados por microscopia óptica em amostras crescidas sobre vidro usando diferentes pressões parciais de hidrogênio, em 6 e 12 regiões de 1mm2 escolhidos aleatoriamente perto do centro das amostras. A concentração de hidrogênio nas amostras foi determinada por medidas de transmitância no infravermelho. Foi observado um aumento imediato do numero médio de pinholes em função do tempo de armazenamento das amostras a temperatura ambiente, atingindo-se uma saturação após 20 dias aproximadamente. O número médio de pinholes a qualquer tempo depois da deposição é maior conforme a concentração de hidrogênio na amostra aumenta. Foi também medido o stress nos filmes em função do tempo o qual manteve-se constante dentro da margem de erro. Para explicar estes resultados, propor-se um modelo teórico, baseado em observações prévias reportadas na literatura, o qual considera as bolhas como precursores dos pinholes nos filmes. Para determinar os parâmetros do modelo fez-se um estudo da altura das bolhas usando um profilômetro e do diâmetro das mesmas por microscopia óptica. O ajuste do modelo teórico aos dados experimentais é bom, e os parâmetros obtidos a partir do mesmo não estão em contradição com os dados disponíveis na literatura / Abstract: In this work, experimental results of a study of pinholes in a-Ge0.9Si0.1: H and a-Ge0.9Si0.1thin films are presented. These films were prepared using the ion beam sputtering deposition technique, with krypton and argon as working gases and using different hydrogen partial pressures. The pinholes were observed by optical microscopy in films deposited on corning glass substrates, in 6 and 12 regions of 1 mm2 random selected near to sample¿s center. The concentrations of hydrogen in the samples were determined by infrared transmission spectroscopy. We have observed immediate increase of the average number of pinholes with sample storage time at room temperature, attaining saturation after 20 days approximately. The average number of pinholes at any time after the deposition is higher as the sample hydrogen concentration increases. We have also measured the stress in the films as a function of time, which was constant within the experimental error. In light of the results, we have suggested a theoretical model based on prior observations reported in the literature, which consider the bubbles as the precursors of pinholes in the films. To determine the parameters of the model, we performed a study of the bubbles height using a perfilometer and of their diameter by optical microscopy. The agreement of the model with the experimental dataset is good, and the parameters obtained are not in contradiction with the data available in the literature / Mestrado / Física / Mestre em Física

Neste trabalho foram estudadas as características elétricas e ópticas de filmes de carbono tipo diamante (DLC Diamond-Like Carbon) depositados em um sistema de sputtering RF magnetron reativo em substratos de silício e vidro. Foram depositadas amostras em condições de processo distintas em cada tipo de substrato, sendo duas condições de pressão (5 mTorr e 10 mTorr) e para cada uma, quatro condições de potência de RF (100 W, 150 W, 200 W e 250 W). Os filmes depositados foram submetidos às seguintes técnicas de caracterização: perfilometria, para obtenção da espessura dos filmes e com isso a taxa de deposição; elipsometria, para obtenção do índice de refração; obtenção de curvas I-V, para obtenção da resistividade elétrica e cálculo do ganho de foto corrente, e da curva C-V de alta frequência, para cálculo da constante dielétrica dos filmes; transmitância óptica, para o cálculo do gap óptico através do método de Tauc; fotoluminescência, para determinar a emissão característica deste gap e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), para se observar os tipos de ligações presentes no filme e calcular a relação entre hibridizações sp3 e sp2 entre átomos de carbono e hidrogênio no filme. As variações de algumas características dos filmes de DLC com os parâmetros de processo são apresentadas e comparadas. De acordo com as características dos filmes obtidos neste trabalho, com a variação dos parâmetros de processo, é possível sua aplicação como dielétrico de campo, por apresentarem baixa constante dielétrica, sendo o valor mais baixo obtido igual a 3,4; como material dielétrico de porta considerando os filmes com alta constante dielétrica, chegando a 6,7; como material para cobertura, devido à alta uniformidade (até 95%); e, o que foi mais explorado neste trabalho, para aplicações como sensores foto sensíveis, sendo que o maior ganho de foto corrente obtido foi 67 vezes. A possibilidade de produção de filmes de DLC com diferentes propriedades através da variação das condições de processo mostra sua versatilidade para uso em diferentes aplicações. / In this work it was studied electrical and optical characteristics of diamond-like carbon (DLC) films deposited in a reactive RF magnetron sputtering system on silicon and glass substrates. Samples were deposited at different process conditions in each type of substrate at two pressure conditions (5 mTorr and 10 mTorr) and four conditions of RF power (100 W, 150 W, 200 W and 250 W). The DLC films were characterized by the following techniques: high step meter analysis, to obtain the thickness of the films and thus the deposition rate; Ellipsometry to obtain the refractive index; electrical characterization by the I-V curve, to obtain the resistivity and calculate the photo current gain, and high-frequency C-V curve, to calculate the dielectric constant of the films; optical transmittance, to calculate the optical gap by the Tauc method; photoluminescence analysis, to determine the characteristic emission of this gap; Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), to observe the different carbon-hydrogen bonds and calculate its sp3/sp2 hybridizations ratio. The way some characteristics of DLC films vary with the process parameters are presented and compared in this work. According to the characteristics of the DLC films obtained in this work, with the variation of the process parameters it is possible their application as low k dielectric insulators, because of its low dielectric constant, being the lowest obtained value 3.4; as dielectric gate material, reaching 6.7 in the films deposited in this work, as coating material due to its high uniformity (95%), and which was further explored in this work, for applications like photo-sensitive sensors, since it was obtained samples with photo current gain up to 65. The possibility of producing DLC films with different properties by varying process parameters shows its versatility for using in different applications.

Orientador: Ivan E. Chambouleyron / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T23:11:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Origo_FabioDondeo_D.pdf: 2612005 bytes, checksum: 49cccd9932debc21d33d8d86b82f22d2 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho se estudou pela primeira vez a cristalização e a epitaxia por laser pulsado para a obtenção de filmes de SixG e1-x(x = 0, 0.1, 0,25, 0,5, 0,75 e 1) sobre substratos de GaAs. Foram utilizados pulsos de laser de Nd:Yag ¿ l =532 nm ¿ com duração de 7ns e spot size de 2 a 3 mm. Camadas ou multicamadas amorfas de Ge, Si ou SiGe foram depositadas por , Ion Beam Sputtering sobre substratos epiready e não epiready de GaAs (100) à temperatura de 200 ºC. A espessura total dos filmes depositados era da ordem de 100 nm. Mostramos a eficácia da remoção de óxidos superficiais do GaAs (Ga2O3, As2O3 e As2O5) e contaminantes (C) através do bombardeamento do GaAs por feixe de H2+ (30 eV) após aquecimento a 350ºC. Demonstramos que filmes de a-Si0.1Ge0.9:H depositados com gás Kr são mais compactos que aqueles produzidos com Ar devido ao efeito de bombardeamento por partículas refletidas no alvo e por essa razão todos os filmes preparados para cristalização foram produzidos com Kr. Após irradiação com pulso entre 70 e 170 mJ, os filmes de Ge depositados sobre GaAs foram completamente liquefeitos por intervalo de até 20 ns e foram cristalizados. Dentro da área irradiada, quatro regiões foram identificadas, em ordem crescente da fluência ¿F- do laser: A) material que permaneceu amorfo (F<400 mJ/cm2), B) região policristalina (400 mJ/cm2 <F<900 mJ/cm2 ), C) região epitaxial com pouca mistura com o substrato (900 mJ/cm 2 <F<1100 mJ/cm2 ), região epitaxial com muita mistura (1100 mJ/cm2 <F<1300 mJ/cm2). O bombardeamento de uma certa região por múltiplos pulsos gera aumento da mistura com o substrato e a cristalização na forma policristalina. Os filmes multicamadas Si/Ge foram uniformemente misturados após a irradiação do laser, se transformando em filmes de SixGe1-x, com a composição esperada (x=0,25, 0,50, 0,75). Os filmes de SiGe cristalizados por laser apresentam as mesmas quatro regiões observadas em Ge. Observamos epitaxia para ligas com até 25% de Si. Para x=0,5 o material resultante é policristalino com grãos seguindo preferencialmente a orientação do substrato. Para maiores valores de x o material resultante é policristalino / Abstract: In this work we studied, for the first time, the pulsed laser crystallization and epitaxy of SixGe1-x films (x = 0, 0.1, 0,25, 0,5, 0,75 and 1) on GaAs substrates. Nd:Yag laser pulses ( g =532 nm), 7 ns wide and 2 to 3 mm spot size, were applied. Amorphous layers and multilayers of Ge, Si or SiGe were deposited, by Ion Beam Sputtering, on epiready and nonepiready GaAs (100) substrates at 200ºC. The total thicknesses are close to 100 nm. We have shown the efficacy of superficial oxide removal (Ga2O3, As2O3 and As2 O5) and contaminants (C) bombarding the substrate surface with H2+ beam (30 eV) after heating at 350ºC. We demonstrated that a-Si0.1Ge0.9:H films deposited with Kr are more compact than those produced with Ar due to the bombardment effect by particles reflected on the target; therefore, all the films prepared for laser crystallization were deposited with Kr. After laser irradiation with 70mJ-170 mJ pulses, the SiGe films were completely liquefied up to 20 ns and crystallized. Inside the irradiated area, four different regions were identified according to the increasing of laser fluency - F: A) amorphous material (F<400 mJ/cm2 ); B) polycrystalline material (400 mJ/cm2 <F<900 mJ/cm2 ); C) epitaxial material presenting low mixture with the substrate (900 mJ/cm2 <F<1100 mJ/cm2 ); D) epitaxial material presenting high mixture with the substrate (1100 mJ/cm2 <F<1300 mJ/cm2). The multiple irradiation of an area produces an increase in the mixture with the substrate components (Ga, As) and generates polycrystalline material. The Si/Ge multilayers were completely mixed after laser irradiation, forming SixGe1-x films with the expected composition (x=0,25, 0,50, 0,75).The SixGe1-x laser crystallized films present the same four regions as observed in Ge films. Epitaxial films were obtained for x up to 0,25. For x=0,5, crystallized films are polycrystalline with highly oriented grains. For higher Si content, laser crystallized SiGe films are polycrystalline / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Neste trabalho apresentamos resultados para anisotropia induzida \'K IND.ind.\' e para mudanças na magnetostricção de saturação \'\'lamda\'IND.s\' em ligas amorfas ricas em cobalto na forma de fita. Estas ligas tem baixa magnetostricção (-0.5 x \'10 POT.-6\' < \'\'lamda\'IND.s\', \'\'lamda\'IND.s\' < +0.5 x \'10 POT.-6\'). Também estudamos algumas propriedades magnéticas de fios amorfos de alta magnetostricção (+35.0 x \'10 POT.-6\'). As ligas amorfas que tem \'\'lambda\' IND.s\' \'SEMELHANTE A\' 0 foram produzidas usando a técnica de Melt-Spinning. Para a caracterização magnética varias técnicas experimentais foram utilizadas. Determinamos \'M IND.s\', \'T IND.c\', \'\'lambda\' IND.s\' e a curva de histereses das ligas estudadas. Usando uma maquina Instron determinamos o modulo de Young de algumas ligas. O trabalho é dividido em duas partes: Na primeira verificamos as correlações entre a derivada de \'\'lambda\' IND.s\' e a tensão aplicada, d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' e o modulo de Young Y. Observamos que os valores obtidos para d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\', (-0.7 x \'10 POT.-10\' < d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' < -2.3 x \'10 POT.-10\'), concordam com resultados da literatura e independem da amplitude de \'\'lambda\' IND.s\'. O procedimento de medida do modulo de Young em fitas delgadas é discutido em detalhes e os resultados obtidos para esta grandeza (\'SEMELHANTE A\' 90 - 130 kN/mm²), comparados com d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' e Y. Na segunda parte do trabalho apresentamos uma serie extensa de resultados para anisotropia induzida \'K IND.ind.\' e mudanças na magnetostricção \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' em amostras brutas de fusão e pré-tratadas da liga \'Co IND.70.4\'\'Fe IND.4.6\'\'Si IND.15\'\'B IND.10\', provocadas por tratamentos térmicos. Analisamos teoricamente estes resultados usando a teoria micromagnetica de Kronmuller, baseada na distribuição de sistemas de dois níveis. O ajuste de dados experimentais de \'K IND.ind.\' a esta teoria demonstrou que a parte irreversível dos processos de relaxação é eliminada rapidamente. Assim os resultados são descritos por espectros de energia de ativação dos processos reversíveis, caracterizados por um tempo de relaxação reversível \'\'tau\' IND.R\'. Segundo o modelo de Fahnle e colaboradores deve-se esperar que macroscopicamente exista proporcionalidade entre \'K IND.ind.\' e \'delta\'\'\'lambda \'IND.s\' Usando estes argumentos foi possível ajustar os dados experimentais para \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' pela mesma expressoa analítica desenvolvida por Kronmuller para \'K IND.ind.\' Da mesma forma que para as anisotropias induzidas, o ajuste do modelo aos dados de \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' é muito bom. Obtivemos espetros de energias de ativação dos processos de relaxação similares em todos os ajustes realizados. Observamos que diferentes tipos de tratamentos térmicos provocaram diferentes cinéticas e amplitudes para \'K IND.ind.\' e \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' Usando argumentos simples foi possível interpretar qualitativamente muito bem as diferenças observadas. A biestabilidade em fios amorfos produzidos por In-Rotating-Water-Spinning foi estudada. Verificamos que o campo critico de nucleação H* destes fios depende fortemente do comprimento destes fios e que o calculo correto do fator desmagnetizante dos fios é muito importante na interpretação de resultados para a dependência de H* com tensões mecânicas aplicadas. / In this work we show results on induced anisotropy \'K IND.ind.\' and changes in the saturation magnetostriction \'\'lambda\' IND.s\' for amorphous cobalt-rich ribbons. These alloys present low \'\'lambda\' IND.s\' values (-0.5 x \'10 POT.-6\' < \'\'lambda\' IND.s\' < +0.5 x \'10 POT.-6\'). We studied also magnetic properties of high magnetostriction amorphous wires (\'\'lambda\' IND.s\' \'SEMELHANTE A\' +35.0 x \'10 POT.-6\'). The low magnetostriction samples were produced by the Melt-Spinning technique. We have measured \'M IND.s\', \'T IND.c\', \'\'lambda\' IND.s\' and the hysteresis loops of the studied samples. We also used an Instron apparatus to measure the Young modulus of some of them. This work has two parts: In the first one we studied the correlation between the stress dependence of \'\'lambda\' IND.s\', d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' and the Young Modulus Y. Our experimental values obtained for d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' (-0.7 x \'10 POT.-10\' < d\'\'lamda\' IND.s\'/d\'sigma\' < -2.3 x \'10 POT.-10) agree with the results in the literature and show no dependence with respect to the \'\'lambda\' IND.s\' amplitudes. We discuss in detail the experimental procedure used to measure the Young modulus values in thin ribbons. The results (Y \'SEMELHANTE A\' 90 - 130 kN/mm²) were compared to d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\', and no correlation between them was found. In the second part we show an extensive work about \'K IND.ind.\' and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' in as-cast and pre-annealed amorphous ribbons of \'Co IND.70.4\'\'Fe IND.4.6\'\'Si IND.15\'\'B IND.10\', during heat treatment annealing. A micromagnetic theory based on two-level systems developed by Kronmuller was used to analyze the experimental data of \'K IND.ind. and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\'. We observed that the irreversible part of the relaxation processes was short lived. So, only the activation energy spectra associated to the reversible relaxation time \'\'tau\' IND.r\' was responsible for the description of the results. According to the model developed by Fahnle et al. a proportionality between bulk \'K IND.ind.\' and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' may be expected. Using these argument it was possible to adjust the experimental data for \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' to the same analytical expression developed by Kronmuller for \'K IND.ind.\'. In the same way as for the induced anisotropy the fit of the \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' data to the Kronmuller model is very good. Similar activation energy spectra of the relaxation processes were obtained in all the fits. We observed that different types of heat treatment induce different types of kinetics and amplitudes for \'K IND.ind.\' and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\'. With simple arguments it was possible to elucidate very well (in a quantitative mode) the observed differences. The bi-stability in amorphous wires produced by In-Rotating-Water-Spinning was studied. We observed that the nucleation switching field H* of these wires were largely dependent on the length of the wires and that the correct calculation of the demagnetization factor is very important for the understanding of these results showing the dependence between H* and the applied mechanical stresses.

Neste trabalho apresentamos resultados para anisotropia induzida \'K IND.ind.\' e para mudanças na magnetostricção de saturação \'\'lamda\'IND.s\' em ligas amorfas ricas em cobalto na forma de fita. Estas ligas tem baixa magnetostricção (-0.5 x \'10 POT.-6\' < \'\'lamda\'IND.s\', \'\'lamda\'IND.s\' < +0.5 x \'10 POT.-6\'). Também estudamos algumas propriedades magnéticas de fios amorfos de alta magnetostricção (+35.0 x \'10 POT.-6\'). As ligas amorfas que tem \'\'lambda\' IND.s\' \'SEMELHANTE A\' 0 foram produzidas usando a técnica de Melt-Spinning. Para a caracterização magnética varias técnicas experimentais foram utilizadas. Determinamos \'M IND.s\', \'T IND.c\', \'\'lambda\' IND.s\' e a curva de histereses das ligas estudadas. Usando uma maquina Instron determinamos o modulo de Young de algumas ligas. O trabalho é dividido em duas partes: Na primeira verificamos as correlações entre a derivada de \'\'lambda\' IND.s\' e a tensão aplicada, d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' e o modulo de Young Y. Observamos que os valores obtidos para d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\', (-0.7 x \'10 POT.-10\' < d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' < -2.3 x \'10 POT.-10\'), concordam com resultados da literatura e independem da amplitude de \'\'lambda\' IND.s\'. O procedimento de medida do modulo de Young em fitas delgadas é discutido em detalhes e os resultados obtidos para esta grandeza (\'SEMELHANTE A\' 90 - 130 kN/mm²), comparados com d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' e Y. Na segunda parte do trabalho apresentamos uma serie extensa de resultados para anisotropia induzida \'K IND.ind.\' e mudanças na magnetostricção \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' em amostras brutas de fusão e pré-tratadas da liga \'Co IND.70.4\'\'Fe IND.4.6\'\'Si IND.15\'\'B IND.10\', provocadas por tratamentos térmicos. Analisamos teoricamente estes resultados usando a teoria micromagnetica de Kronmuller, baseada na distribuição de sistemas de dois níveis. O ajuste de dados experimentais de \'K IND.ind.\' a esta teoria demonstrou que a parte irreversível dos processos de relaxação é eliminada rapidamente. Assim os resultados são descritos por espectros de energia de ativação dos processos reversíveis, caracterizados por um tempo de relaxação reversível \'\'tau\' IND.R\'. Segundo o modelo de Fahnle e colaboradores deve-se esperar que macroscopicamente exista proporcionalidade entre \'K IND.ind.\' e \'delta\'\'\'lambda \'IND.s\' Usando estes argumentos foi possível ajustar os dados experimentais para \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' pela mesma expressoa analítica desenvolvida por Kronmuller para \'K IND.ind.\' Da mesma forma que para as anisotropias induzidas, o ajuste do modelo aos dados de \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' é muito bom. Obtivemos espetros de energias de ativação dos processos de relaxação similares em todos os ajustes realizados. Observamos que diferentes tipos de tratamentos térmicos provocaram diferentes cinéticas e amplitudes para \'K IND.ind.\' e \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' Usando argumentos simples foi possível interpretar qualitativamente muito bem as diferenças observadas. A biestabilidade em fios amorfos produzidos por In-Rotating-Water-Spinning foi estudada. Verificamos que o campo critico de nucleação H* destes fios depende fortemente do comprimento destes fios e que o calculo correto do fator desmagnetizante dos fios é muito importante na interpretação de resultados para a dependência de H* com tensões mecânicas aplicadas. / In this work we show results on induced anisotropy \'K IND.ind.\' and changes in the saturation magnetostriction \'\'lambda\' IND.s\' for amorphous cobalt-rich ribbons. These alloys present low \'\'lambda\' IND.s\' values (-0.5 x \'10 POT.-6\' < \'\'lambda\' IND.s\' < +0.5 x \'10 POT.-6\'). We studied also magnetic properties of high magnetostriction amorphous wires (\'\'lambda\' IND.s\' \'SEMELHANTE A\' +35.0 x \'10 POT.-6\'). The low magnetostriction samples were produced by the Melt-Spinning technique. We have measured \'M IND.s\', \'T IND.c\', \'\'lambda\' IND.s\' and the hysteresis loops of the studied samples. We also used an Instron apparatus to measure the Young modulus of some of them. This work has two parts: In the first one we studied the correlation between the stress dependence of \'\'lambda\' IND.s\', d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' and the Young Modulus Y. Our experimental values obtained for d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' (-0.7 x \'10 POT.-10\' < d\'\'lamda\' IND.s\'/d\'sigma\' < -2.3 x \'10 POT.-10) agree with the results in the literature and show no dependence with respect to the \'\'lambda\' IND.s\' amplitudes. We discuss in detail the experimental procedure used to measure the Young modulus values in thin ribbons. The results (Y \'SEMELHANTE A\' 90 - 130 kN/mm²) were compared to d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\', and no correlation between them was found. In the second part we show an extensive work about \'K IND.ind.\' and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' in as-cast and pre-annealed amorphous ribbons of \'Co IND.70.4\'\'Fe IND.4.6\'\'Si IND.15\'\'B IND.10\', during heat treatment annealing. A micromagnetic theory based on two-level systems developed by Kronmuller was used to analyze the experimental data of \'K IND.ind. and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\'. We observed that the irreversible part of the relaxation processes was short lived. So, only the activation energy spectra associated to the reversible relaxation time \'\'tau\' IND.r\' was responsible for the description of the results. According to the model developed by Fahnle et al. a proportionality between bulk \'K IND.ind.\' and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' may be expected. Using these argument it was possible to adjust the experimental data for \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' to the same analytical expression developed by Kronmuller for \'K IND.ind.\'. In the same way as for the induced anisotropy the fit of the \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' data to the Kronmuller model is very good. Similar activation energy spectra of the relaxation processes were obtained in all the fits. We observed that different types of heat treatment induce different types of kinetics and amplitudes for \'K IND.ind.\' and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\'. With simple arguments it was possible to elucidate very well (in a quantitative mode) the observed differences. The bi-stability in amorphous wires produced by In-Rotating-Water-Spinning was studied. We observed that the nucleation switching field H* of these wires were largely dependent on the length of the wires and that the correct calculation of the demagnetization factor is very important for the understanding of these results showing the dependence between H* and the applied mechanical stresses.

Neste trabalho é apresentado o estudo teórico-experimental a respeito das propriedades piezoresistivas de dois tipos de materiais com estrutura amorfa. O primeiro material estudado é o carbono semelhante ao diamante e o segundo é o óxido de estanho dopado com índio. O estudo compreende o levantamento bibliográfico sobre os materiais, projeto teórico e prático de estruturas individuais de testes e piezoresistores configurados em ponte completa, além da realização das caracterizações elétricas, mecânicas e térmicas de acordo com um arranjo experimental proposto. As caracterizações experimentais foram implementadas usando a técnica de flexão de uma viga engastada e a teoria das pequenas deflexões. Os diferentes materiais caracterizados e analisados apresentaram o efeito piezoresistivo e um sinal de sensibilidade mecânica condizente com as características esperadas para estes filmes. Ambos os filmes respondem as variações da temperatura de forma linear e apresentam uma direção de dependência com a temperatura. Os filmes de carbono amorfo hidrogenado livre de dopantes apresentam curvas de corrente e tensão características indicando um mecânismo de condução elétrica complexo devido a sua diversidade de microestruturas e relacionado aos parâmetros de processos de deposição. Os filmes com nitrogênio são mais estáveis termicamente com coeficientes da ordem de - 4900 ppm/ºC. Os resultados encontrados indicam a existência de dois tipos de portadores de cargas responsáveis pela mobilidade média, resistividade e efeito piezoresistivo. Os filmes de óxido de estanho dopado com índio livre e com 5 % e 10 % de oxigênio no plasma apresentam características de diminuição da resistência elétrica com o esforço mecânico e exibem efeitos de piezoresistividade na faixa de - 12 a - 23. Amostras destes filmes com oxigênio apresentaram um fator de sensibilidade mecânica muito baixa e são menos estáveis termicamente que as amostras livres de oxigênio. Os filmes estudados podem ser usados em aplicações envolvendo extensiometria ou mesmo em sensores de pressão piezoresistivos após adequação do processo de deposição e de recozimentos térmicos. / This tesis presents the piezoresistivity theoretical and experimental study for two materials with amorphous structure. The first material is the Diamond Like Carbon and the other is the Indium Tin Oxide. The work includes the bibliographic study, theoretical and practical design of structures for testing individual and piezoresistors configured in bridge, in addition to the completion of the characterizations electrical, mechanical and thermal according to a proposed experimental arrangement. The experimental characterizations have been implemented using the technique of cantilever and the theory of small deflections. The different materials analyzed showed the piezoresistive effect with some order of magnitude and a sign of sensitivity to mechanical stress of tension consistent with the characteristics expected for these types of films. Both films respond to changes in temperature in a very linear and have a direction of dependency with the temperature according to the literature. The films of free doping have curves of current and voltage characteristics for this type of material indicating a mechanism of electric conduction very complex because of its diversity of microstructures and processes related to the parameters of the deposition and films with nitrogen are more thermally stable with coefficients of order of - 4900 ppm/ºC. The results indicate the existence of two types of charge carriers responsible for the average mobility and hence the resistivity and the piezoresistive effect. The films of indium tin oxide free and with some oxygen content in plasma presents characteristics of decreased electrical resistance to mechanical stress and exhibit effects of piezoresistive in the range of - 12 to - 23. Samples of these films with oxygen showed a factor of very low mechanical sensitivity and are less stables to thermal effect the samples free of oxygen. The films studied can be used in certain applications such strain gauges or even in piezoresistive pressure sensors, after adequate process of deposition and thermal annealing.

Este trabalho tem por objetivo principal estudar as alterações que possam vir a ocorrer nas propriedades eletrônicas do filme de carbono amorfo hidrogenado (a-C:H), em virtude da incorporação dos aditivos nitrogênio e flúor. A deposição dos filmes a-C:H, a-C:H:N e a-C:H:F que foram estudados neste projeto de doutorado foi realizada através da técnica de pulverização catódica (sputtering), por meio de uma descarga elétrica de rádio-freqüência (RF) com cátodo do tipo magnetron. Os filmes depositados foram caracterizados por meio de: i) medidas de espessura, para a determinação da taxa de deposição, ii) medidas de RBS (Rutherford backscattering spectrometry), para o estudo da composição química, iii) medidas Raman e de infravermelho, para o estudo da estrutura das ligações químicas, iv) medidas de fotoluminescência, para o estudo da densidade e características dos defeitos existentes nos filmes, e v) medidas elétricas. Para a realização das medidas elétricas confeccionaram-se os seguintes dispositivos: i) capacitores do tipo MIS (metal-insulator-semiconductor), dos quais se obtiveram as curvas de capacitância-tensão (C-V) e corrente-tensão (I-V), e ii) transistores dos tipos: transistor de filme fino, dispositivo conhecido pela sigla, em inglês, TFT (thin film transistor) e MESFET (metal-semiconductor field effect) de porta tripla, dos quais se obtiveram as curvas de corrente de dreno versus tensão de porta (IDS-VGS) e curvas de corrente de dreno versus tensão de dreno (IDS-VDS). Alguns dos principais resultados das caracterizações feitas são: a ocorrência de um aumento de 21 at.% a 40 at.% do elemento nitrogênio na composição química do filme a-C:H com o conseqüente surgimento das ligações N-H, C=N e C N neste material e a ocorrência de um aumento de 0,5 at.% a 20 at.% do elemento flúor na composição química do filme a-C:H com o conseqüente surgimento das ligações C-F e C-F2. Com os resultados obtidos das caracterizações realizou-se uma análise correlacionando as condições de deposição dos filmes a-C:H, a-C:H:N e a-C:H:F com as características composicionais, vibracionais, fotoluminescentes e eletrônicas obtidas dos mesmos, de modo a encontrar uma janela de operação no reator de deposição que possibilite a produção destes filmes com características adequadas para serem utilizados como materiais alternativos na área de microeletrônica. Além disso, têm-se a fabricação de transistores com filmes de carbono como sendo a nossa principal vertente de aplicação, para a qual se busca desenvolver, por exemplo, transistores que possam vir a ser uma alternativa com relação ao TFT de silício amorfo hidrogenado (a-Si:H TFT), já largamente utilizado na indústria eletrônica.