Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2016

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-12-21Bitstream added on 2014-06-13T20:08:18Z : No. of bitstreams: 1 gasparotto_g_me_araiq.pdf: 3559380 bytes, checksum: fb3a7ae9b231ef8abae43cc0439f427f (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho consiste no estudo da viabilidade para a obtenção de cerâmicas densas de SnO2 com baixa resistividades, dopados com Zn2+, Nb5+ e Al3+. Os pós cerâmicos foram preparados pelo método químico (método Pechini) e por de mistura de óxidos, usando a sinterização em forno microondas. Fez-se a caracterização do pó por difratometria de raios X (DRX), medidas de área superficial (BET) e termogravimetria e termogravimetria diferencial (TG/DTA). Depois de conformar os pós, fez-se a caracterização microestrutral e elétrica dos compactos. A baixa densificação do material é justificada pela presença de microestruturas em formas de agulhas, constituída pelo agente densificante. Os menores resultados de resistividade à temperatura ambiente foram obtidos para as composições SZ100N e S200ZNA, obtidos pelo método Pechini, cujos valores são, respectivamente, 12,4 e 11,3 Ω.cm. Quando aumentou a temperatura de 50º a 400ºC, os menores resultados de resistividade foram obtidos pelo material preparado por mistura de óxidos com valor próximo a 5 Ω.cm / The present work is to study the viability to obtain high densification of SnO2 with low resistivity doped Zn2+, Nb5+ and Al3+. The ceramic powders were prepared by chemical method (Pechini method) and by solid state reaction, using the microwave sintering. There was the characterization by powder X-ray diffraction (XRD), surface area measurements (BET) and thermogravimetry and differential thermogravimetry (TG/DTA). After conforming the powder, it was the characterization of electrical and microestrutral compact. The low densification of the material is justified by the presence of microstructures in forms of needles constituted of the densifying agent. The lowest specific resistivity at room temperature were obtained for the compositions and S200ZNA SZ100N, obtained by Pechini method, whose values are respectively 12.4 and 11.3 Ω.cm. When the temperature increased from 50 º to 400 º C, the lowest resistivity results were obtained for material prepared by mixing oxides with a value next 5 Ω.cm

Submitted by Roberto de Aguiar Ramos Junior null (robeerto.aguiar.ramos@gmail.com) on 2018-04-03T14:25:40Z No. of bitstreams: 1 dissertaçao_final.pdf: 2202514 bytes, checksum: b29c60407d282d9848bdfc887c1a97c8 (MD5) / Approved for entry into archive by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br) on 2018-04-04T19:31:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ramosjunior_ra_me_bauru.pdf: 2202514 bytes, checksum: b29c60407d282d9848bdfc887c1a97c8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-04T19:31:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ramosjunior_ra_me_bauru.pdf: 2202514 bytes, checksum: b29c60407d282d9848bdfc887c1a97c8 (MD5) Previous issue date: 2018-02-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho traz o estudo das propriedades óticas, elétricas e morfológicas do material TiO2 de forma individual e acoplado com SnO2 dopado com 4at%Sb, formando uma heteroestrutura. Tanto TiO2 quanto a heteroestrutura foram trabalhados na forma de filmes finos depositados pelo método sol-gel-dip-coating, e, no caso do TiO2 também foi relevante sua análise em forma de pós prensados (pastilhas). No que diz respeito ao SnO2:4%Sb, este trabalho traz uma revisão literária de suas principais propriedades, buscando apresentar um panorama geral, pois com isto pode-se entender melhor os fenômenos que ocorrem na heteroestrutura. Os resultados das pastilhas de TiO2 indicam uma transição parcial de fase anatase/rutilo para tratamentos térmicos entre 500ºC e 1000ºC, confirmadas pela fotoluminescência, que apresentou bandas relacionadas a fase anatase ou rutilo, dependendo do processamento utilizado. Filmes de TiO2 mostraram boa foto sensibilidade, com a corrente elétrica respondendo imediatamente à excitação independente da energia, além de um rápido decaimento com relação ao valor excitado. Fora isto, medidas de decaimento da corrente foto induzida, realizadas em atmosfera de O2, indicaram que o decaimento se torna ainda mais rápido na presença do gás, estando associado ao aprisionamento de portadores de carga pelas moléculas adsorvidas na amostra, além da recombinação dos pares elétron-buraco. Com relação à heteroestrutura, quando a condução ocorre preferencialmente no TiO2, a amostra apresenta resultados muito similares às dos filmes de TiO2, tendo uma rápida resposta à excitação com fonte de luz acima do bandgap do TiO2 e um rápido retorno para seu estado de equilíbrio, no escuro. Entretanto, em atmosfera gasosa, o decaimento se torna muito mais rápido, o que também está associado ao aprisionamento de portadores pelas moléculas adsorvidas de gás. Porém, o aumento na taxa com que isto acontece, está relacionado à formação da heteroestrutura e às compensações de carga na interface, que podem ocorrer quando a excitação utiliza comprimento de onda adequado. A configuração lado a lado da heteroestrutura mostrou emissão Poole – Frenkel para tensões maiores que 40V, e quando irradiada com luz que simula o espectro solar apresentou uma região de resistência negativa para algumas potências de excitação que pode estar ligada ao aprisionamento de elétrons na interface. Desta forma, este trabalho visa trazer uma contribuição importante à compreensão do mecanismo de transporte elétrico dos materiais estudados. Por fim, pode-se dizer que os materiais aqui estudados podem ser aplicados como sensores de gás ou dispositivos retificadores/amplificadores desde que seja escolhida a melhor configuração para a aplicação desejada. / This work presents a study of the optical, electrical and morphological characterization of TiO2 thin films, deposited individually or coupled with SnO2 doped with 4at%Sb, forming a heterostructure. Both sort of samples, TiO2 and the heterostructure were studied in thin film form, deposited by sol-gel-dip-coating, and, in the case of TiO2, it was relevant the analysis of samples also in the form of pellets form (pressed powders). With regards to SnO2:4%Sb, this work brings a literary revision of its principal properties, trying to present a general overview, for the better understanding of the phenomena that occur in the heterostructure. The results of TiO2 pellets indicates a partial anatase/rutile phase transition to thermal annealing between 500 and 1000ºC, confirmed by the photoluminescence that presented bands related to anatase or rutile, depending the utilized processing. TiO2 films showed fair photo-sensibility, with immediate response on the electric current to light excitation, independent on the utilized energy, along with fast decay in relation to the excited value. Moreover, photo-induced current decay measurements, performed in O2 atmosphere, indicated that the decay becomes faster in gas presence, being associated to charge carriers trapping by the adsorbed molecules on sample, besides the electron-hole recombination. Concerning the heterostructure, when the conduction occurs preferentially in TiO2 layer, the sample shows very similar results to the TiO2 films, with a fast response to light excitation above the TiO2 bandgap and fast return to the equilibrium state, in dark. However, in gas atmosphere, the decay becomes much faster, which is also associated to the carriers trapping by the gas adsorbed molecules. Nevertheless, the rate increase in this phenomenon is related to the heterostructure formation and the charge compensations at the interface, which may occur when appropriate wavelength is used for excitation. The side by side heterostructure sample showed a Poole – Frenkel emission to bias higher than 40V, and presented a negative resistance region to some irradiation power when illuminated with solar light that can be associated to electrons trapping at the interface. In summary, this work aims to bring a contribution related to the electric transport mechanism of the studied materials. The materials investigated here may be applied in gas sensors or rectifiers/amplifiers devices, according the sample configuration. / CAPES: 1578735

Este trabalho tem como objetivo estudar transistores estado da arte desenvolvidos no imec, Bélgica, e dessa forma, contribuir para a evolução tecnológica do Brasil. Tratam-se de transistores sem extensão de fonte e dreno (SemExt), analisados sob diferentes aspectos. São estudados transistores SOI (Silicon-On-Insulator) de múltiplas portas (MuGFETs) e SOI planares de camada de silício e óxido enterrado ultrafinos (UTBB). Diversos comprimentos de óxido espaçador são comparados a fim de se determinar o melhor comportamento elétrico, baseado nas características digital e analógica desses transistores. A caracterização elétrica dos transistores é realizada com base em medidas experimentais estáticas e dinâmicas e o uso de simulações numéricas complementa a análise dos resultados. Os MuGFETs de porta tripla são caracterizados em função dos principais parâmetros digitais e analógicos, onde os transistores sem extensão de fonte e dreno (F/D) apresentam desempenho elétrico superior aos com extensão na maior parte das análises. Como exemplo, obteve-se experimentalmente que a inclinação de sublimiar do dispositivo sem extensão reduziu até 75 mV/dec, quando comparado com o valor do transistor de referência de 545 mV/dec para o comprimento efetivo de canal, Leff=50 nm. Apesar do transistor sem extensão apresentar menor transcondutância (gm), a razão das correntes no estado ligado (Ion) e desligado (Ioff) é até 3 vezes maior que nos dispositivos de referência. O ganho intrínseco de tensão (AV), por sua vez, é capaz de aumentar até 9 dB em relação ao dispositivo com sobreposição de porta, graças ao melhor desempenho da eficiência do transistor (gm/IDS) assim como da tensão Early (VEA). Da mesma forma, os SOI UTBB apresentam melhores resultados quando as regiões de extensão de fonte e dreno são suprimidas da estrutura. Neste caso, o comprimento efetivo de canal torna-se modulável com a tensão de porta, ou seja, para cada valor de tensão na porta, haverá um valor diferente de Leff, e esta é a principal razão para a melhoria do transistor. Além disso, os dispositivos sem extensão são mais imunes ao campo elétrico horizontal do dreno, o que diminui a influência deste campo sobre as cargas do canal. Como resultado, transistores com maiores comprimentos de regiões sem extensões de F/D apresentam melhores resultados como, por exemplo, a razão Ion/Ioff é três vezes maior que aqueles observados nos transistores de referência e o ganho intrínseco de tensão é 60% maior. Os SOI UTBB são submetidos a duas outras análises. A primeira focada no estudo de ruído de baixa frequência. Neste estudo, duas espessuras de camada de silício (tSi) do SOI UTBB são comparadas. Nota-se que quanto mais fina a espessura tSi, maior é a influência de uma interface sobre a outra. Logo, o ruído presente em uma interface afeta a outra e vice-versa. Devido ao elevado acoplamento entre a 1ª e 2ª interfaces, cargas alocadas em diferentes posições nos filmes de óxido e silício podem contribuir para o ruído gerado em ambas as interfaces. Os transistores sem extensão também são analisados em função do dielétrico de porta, onde dispositivos com dióxido de silício são comparados aos transistores com dielétrico de alto valor (alto K), que fornecem, como esperado, maior nível de ruído devido a maior densidade de armadilhas na interface desses óxidos (cerca de duas ordens de grandeza maior que a do SiO2). O segundo estudo refere-se a análise do distúrbio em células de memória de corpo flutuante (FBRAM). Os transistores SOI UTBB são aplicados como memória e através da mudança nas polarizações de repouso foi possível induzir o efeito de distúrbio nos dados armazenados. Dessa forma, uma janela de operação onde a perturbação no dado é parcial foi estimada. Com isso, a condição de escrita do bit 0 pôde ser otimizada fora da região de distúrbio total, sem prejudicar o tempo de retenção e a janela de leitura da memória. Com base nas análises realizadas, foi constatado que os transistores sem extensão respondem melhor à questão do escalamento, sendo menos susceptíveis aos efeitos de canal curto. São indicados para operarem em circuitos de baixa tensão e baixa potência, onde não haja necessidade de alta velocidade de chaveamento. Além do mais, eles são mais indicados para operarem como memória FBRAM por serem menos dependentes dos efeitos da corrente de GIDL (Gate Induced Drain Leakage). E, uma vez que foram otimizados para aplicações de memória, a possibilidade de usar dielétricos de porta formados por óxido de silício, resulta em um melhor desempenho em termos de ruído de baixa frequência. / This work aims to study the state-of-the-art transistors, developed at imec, Belgium, in order to contribute to the Brazilian technological evolution. These are the source/drain extensionless transistors (SemExt), which are analyzed under different aspects. Multiple gate (MuGFETs) SOI (Silicon-On-Insulator) transistors are studied as well as the planar SOI ones with ultrathin body and BOX thicknesses (UTBB). Several spacer lengths are analyzed in order to determine the better electrical behavior, based on the transistor digital and analog features. The transistor electrical characterization is based on experimental static and dynamic measurements and the use of numerical simulations complements the analysis of the results. The triple gate MuGFET are characterized as a function of the main digital and analog parameters, where the source/drain (S/D) extensionless devices show superior electrical behavior compared to the conventional devices with S/D extensions in the most part of the analysis. As an example, the subthreshold slope of the extensionless transistors reduced, experimentally, up to 75 mV/dec, compared to the reference ones for the effective channel length of Leff=50 nm. Despite the extensionless transistors present the smaller transconductance (gm), the ratio between the on-current (Ion) and the off-current (Ioff) is three times higher than in the reference devices. On the other side, the intrinsic voltage gain (AV) increases up to 9 dB compared to the overlapped devices thanks to the better performance of the transistor efficiency (gm/IDS) as well as the Early voltage (VEA). Similarly, SOI UTBB presents better results when the source/drain extensions are eliminated from the structure. In this case, the effective channel length is modulated by the gate bias, which means that for each gate voltage drop there will be a different Leff, that is the main reason to improve the transistor characteristics. Moreover, the extensionless devices are more immune to the drain horizontal electric field, what decreases its influence on the channel charges. As a result, transistors with longer source/drain extensionless regions present better results, such as the Ion/Ioff ratio three times higher than the reference devices and about 60% of improvement in the intrinsic voltage gain. SOI UTBBs are submitted to two other analyses. The first one is focused on the low frequency noise study. In this case, two silicon film thicknesses (tSi) are compared. It is observed that the thinner the thickness, the greater the influence from one interface to the other. Consequently, the noise presented in one interface affects the other and vice-versa. Due to the higher coupling between the front and back interfaces, the charges which are allocated in different positions in the oxide and silicon films can contribute to the generated noise in both interfaces. The extensionless transistors are also analyzed as a function of the gate dielectric, where the devices with silicon dioxide are compared to the ones with high dielectric constant (high K) material, which present, as expected, higher noise level due to the elevated trap density (about two orders of magnitude higher than the SiO2). The second study refers to the analysis of the floating body memory (FBRAM) disturb. SOI UTBB transistors are applied as memory and by changing the holding bias condition it was possible to induce the disturb effect in the storage data. In this way, a window of operation where the disturb is partial was estimated. Based on that, the writing 0 condition was optimized out of the region of total disturb, with no loss in the retention time and in the memory read window. Based on the performed analyzes it was observed that extensionless transistors are more scalable, being less susceptible to the short channel effects. They are properly indicated to be applied in low-power and low-voltage circuits, where there are no requirements for fast switching. Moreover, they behave better applied as FBRAM since they are less dependent to the GIDL (Gate Induced Drain Leakage) current. And, since they were optimized to memory applications, the possibility to use silicon dioxide dielectric results in a better behavior in terms of low frequency noise.

Neste trabalho é estudada a viabilidade de produção de dispositivos eletrônicos baseados em filmes semicondutores de carbeto de silício estequiométrico (a-Si0,5C0,5:H) obtidos por deposição química por vapor assistida por plasma, PECVD. A proposta do projeto envolve a realização de uma série de trabalhos que permitam avaliar as potencialidades do a-SiC:H para a fabricação de dispositivos semicondutores simples. Deste modo, desenvolvemos as principais etapas para a construção de dispositivos, as quais envolveram a dopagem elétrica por diferentes técnicas com a utilização de diferentes elementos dopantes, a corrosão seletiva por plasma e a obtenção um dielétrico apropriado e compatível com a tecnologia do SiC, bem como o desenvolvimento de processos de cristalização, que podem se mostrar fundamentais para melhorar as propriedades dos filmes de a-SiC:H. Com tais processos aprimorados, fabricamos estruturas MOSiC (metal-óxidocarbeto de silício) a partir do SiC cristalizado, utilizando como dielétrico de porta o SiO2 crescido por oxidação térmica (seca e úmida) dos próprios filmes de carbeto de silício cristalizados. Essas estruturas apresentaram o comportamento típico de um capacitor MOS, com regiões de acumulação, depleção e inversão bem definidas em todos os casos. Também fabricamos heterojunções de filmes de SiC tipo-p (como depositado e tratado termicamente) sobre substratos de Si tipo-n, os quais mostraram boas caracterísitcas retificadoras para as heteroestruturas formadas pelo a-SiC:H como-depositado e tratado termicamente a 550ºC. Além do mais, também projetamos, fabricamos, modelamos e caracterizamos transistores de filme fino de a-SiC:H. De acordo com as caracterizações elétricas observamos que podemos controlar a condutividade do canal, embora os dispositivos ainda precisem ser aprimorados para se obter melhores níveis de corrente. Vemos, portanto que, embora ainda tenham que ser aperfeiçoados, foram construídos com sucesso dispositivos eletrônicos semicondutores baseados em filmes de a-Si0,5C0,5:H obtidos por PECVD. / In this work we studied the viability to build devices based on stoichiometric amorphous silicon carbide semiconductor films (a-Si0.5C0.5:H), obtained by plasma enhanced chemical vapor deposition technique. The project proposal involves the realization of a series of studies that evaluate the potentialities of the a-SiC:H for the fabrication of simple semiconductor devices. In this way, we developed the main steps for the devices\' fabrication, which involved electric doping, by different doping techniques using different doping sources, selective plasma etching and the obtention of an appropriate and compatible dielectric for SiC technology. Besides, we performed crystallization processes that were essential to improve the properties of the amorphous films. By establishing the processes steps, we manufactured MOSiC (metal-oxidesilicon carbide) structures starting from crystallized SiC and using SiO2 as the gate dielectric, which was obtained by thermal oxidation (wet and dry) of the crystallized silicon carbide films. All the structures presented a typical MOS capacitor behavior, with accumulation, depletion and inversion regions well-defined in all the cases. We also fabricated heterojunctions formed by p-type SiC films (as-deposited and annealed) on n-type silicon substrates that showed good rectifying characteristics for as-deposited and annealed at 550ºC a-SiC:H films. Moreover, we designed, manufactured, modeled and characterized a-SiC:H thin film transistors. The electric characterization demonstrated that it is possible to control the channel conductivity; however, the devices still need to be improved to obtain better current levels. Although some improvement still need to be made, we built successfully electronic semiconductor devices based on a-Si0.5C0.5:H films obtained at low temperatures by PECVD technique.

O policloreto de vinila (PVC) é comercialmente utilizado em diversas aplicações, destacando-se os filmes flexíveis. Para a fabricação destes compostos de PVC, utilizam-se vários tipos de aditivos, tais como plastificantes, estabilizantes térmicos, lubrificantes, retardantes de chama e outros. No presente trabalho foram produzidos compostos de PVC a partir de uma formulação referencial, variando-se a concentração de pigmento, carga, modificador de impacto e plastificantes. A preparação das amostras foi feita através de uma misturadeira intensiva (Mecanoplast), calandra de 2 rolos e prensa, obtendo-se placas flexíveis de 1 mm de espessura. Os resultados das análises térmicas (DMA e TGA) mostraram que o uso e a quantidade de plastificantes foram os principais fatores que influenciaram as propriedades de mudança de fase (Tg) e estabilidade térmica do material. As análises das propriedades mecânicas (resistência à tração e alongamento) mostraram que estas propriedades foram influenciadas pelas proporções de cargas, modificador de impacto e plastificantes na composição. As medidas elétricas (rigidez dielétrica) não foram afetadas pela variação da adição de materiais nas amostras analisadas / Poly(vinyl chloride) (PVC) is commercially used in several applications, especially in flexible films. Aiming the production of products, PVC can be filled with a variety of additives, like plasticizers, thermal stabilizers, lubricants, flame-retardants and others. In this work PVC compounds were produced based on a known formulation, using different weight ratios for pigment, filler, impact modifier and plasticizers. Samples were prepared through intensive mixing using two rolls calendrer followed by a hot press to form films with 1 mm thickness. Thermal analysis results (DMA and TGA) showed that plasticizers are the most important factors that influenced the material properties such as phase behavior (Tg) and thermal stability. Mechanical properties analysis (breaking strength and elongation) were influenced by fillers, impact modifier and plasticizers proportions used in the composition. Electrical properties (dielectric breakdown strength) were not affected by different weight ratios in the analyzed samples

Submitted by Denis Expedito Martins (denisexpeditomartins@yahoo.com.br) on 2018-01-22T12:35:28Z No. of bitstreams: 1 dissertação final DENIS.pdf: 2001070 bytes, checksum: 1015da2c8a0b759457a6f0471f26be1c (MD5) / Rejected by Ana Paula Santulo Custódio de Medeiros null (asantulo@rc.unesp.br), reason: Falta a capa no arquivo pdf. Deve ser utilizada aquela entregue pela Seção Técnica de Pós-Graduação no dia da Defesa. on 2018-01-22T16:51:24Z (GMT) / Submitted by Denis Expedito Martins (denisexpeditomartins@yahoo.com.br) on 2018-01-22T21:19:14Z No. of bitstreams: 1 dissertação final DENIS.pdf: 2353770 bytes, checksum: 2b86a8520d49b45d153eb873f0403561 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Santulo Custódio de Medeiros null (asantulo@rc.unesp.br) on 2018-01-23T13:02:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 martins_de_me_rcla.pdf: 2264546 bytes, checksum: c6a41db1fcf4e53fca66f918fed76ebf (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T13:02:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 martins_de_me_rcla.pdf: 2264546 bytes, checksum: c6a41db1fcf4e53fca66f918fed76ebf (MD5) Previous issue date: 2018-01-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta o estudo das propriedades elétricas de filmes finos de óxidos condutores transparentes (TCOs) obtidos por spray-pirólise. A fabricação de filmes finos de TCOs depositados por sputtering ou laser pulsado (PLD) é atraente para aplicações optoeletrônicas devido à alta condutividade elétrica e transmitância na faixa do visível, porém a dificuldade em cobrir grandes áreas é um fator limitante para o aumento da escala de produção. Por outro lado, a utilização de soluções de precursores orgânicos permite o uso de métodos de deposição relativamente simples (por exemplo, spin coating, spray, roll-to-roll, dentre outros) que permitem a cobertura de áreas extremamente grandes. Particularmente, o processo de spray-pirólise é um método de deposição simples, versátil, eficiente e de baixo custo que tem vários parâmetros de fabricação que podem ser variados para alcançar um desempenho ótimo do dispositivo. Desenvolvemos um sistema de deposição de spray-pirólise totalmente automatizado utilizando soluções aquosas de precursores de TCOs para obter filmes homogêneos, que foram avaliados para aplicação em dispositivos semicondutores através do desempenho elétrico quantificado pela técnica de caracterização elétrica d.c. corrente-tensão (I-V). Para determinar os melhores parâmetros de fabricação, variou-se a temperatura dos substratos (vidro de borosilicato) durante a deposição de 250 ºC a 400 ºC, o número de camadas depositadas (1 a 5), o tempo de deposição (de 5 a 150 s), diferentes pressões do ar comprimido utilizado no aerógrafo (0,7 a 2 bar), a concentração da solução (de 0,5 % a 3 % em massa) e a razão molar Al:Zn (de 5 % a 30 %), para os filmes de AZO. Utilizaram-se eletrodos de alumínio evaporados a vácuo com diferentes razões de aspecto (1/18, 2/9, 5/13, 5/9 e 8/9) para determinar a resistência de folha sobre toda a área do filme. Para determinar a condutividade elétrica dos filmes foi necessário fazer análise de microscopia de forca atômica (AFM) para descobrir a espessura dos filmes. A análise termogravimétrica (TGA) e a análise por infravermelha (FTIR) foram também utilizadas para verificar a formação da fase de óxido metálico dos compostos e a análise de difração de raio-X (XRD) foi utilizada para identificar qual a estrutura formada nos filmes / This work presents the study of the electrical properties of thin films of transparent conductors oxides (TCOs) obtained by spray-pyrolysis deposition. The fabrication of thin films of TCOs by RF sputtering or pulsed-laser deposition (PLD) is attractive for optoelectronic applications due the high electric conductivity and transmittance in the visible spectrum range. However the difficulty to cover extra-large areas is a limiting factor for upscaling production. On the other hand, the use of organic precursor solutions allow the use of relatively simple deposition methods (e.g. spin-coating, spray, roll-to-roll) that enable the coverage of very large areas. Particularly, spray-pyrolysis is a simple, versatile, efficient and of low cost deposition method wich has several manufacturing parameters that can be varied to achieve optimal device performance. We developed a fully automated spray-pyrolysis deposition system using aqueous solutions of TCOs precursors to obtain very homogeneous films, wich were evaluated for application to semiconductor devices by d.c. current-voltage (I-V) analysis. To determine the optimum manufacturing parameters, we varied the temperature of the substrates (borosilicate glass) during the deposition from 250 ºC to 400 ºC, the number of deposited layers (from 1 to 5), the deposition time of each layer (from 5 to 150 s), different network pressures (0,7 and 2 bar), the solution concentration (from 0,5 % to 30 % w/w) and the Al:Zn molar ration (from 5 % to 30 %), for AZO fims. Thermally vacuum evaporated aluminum electrodes with different aspect ratios (1/18, 2/9, 5/13, 5/9 and 8/9) were used to determine the sheet resistance over the whole film area. To determine the electrical conductivity of the films it was necessary to perform atomic force microscopy analysis (AFM) to discover the thickness of the films. Thermogravimetric analysis (TGA) and infrared analysis (FTIR) were also used to verify the formation of the metal oxide phase of the compounds and the X-ray diffraction analysis (XRD) was used to identify which structure formed in the films. / CAPES: 1633460.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-09-15Bitstream added on 2014-06-13T20:26:57Z : No. of bitstreams: 1 peruzzi_ro_me_ilha_prot.pdf: 4445456 bytes, checksum: 0e311bb9932e4122acd64b8b3ac049c8 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Devido a grande preocupação em se desenvolver novos materiais e técnicas para suprir a necessidade por novos recursos e atender com maior comodidade e eficiência a população mundial, estão surgindo novas áreas de pesquisas que visam suprir esta deficiência, seja criando novas tecnologias, ou mesmo aprimorando as técnicas existentes a fim de se obter um melhor aproveitamento dos recursos já existentes. Assim, estamos nos interessando por um ramo da ciência pouco conhecido, mas com um potencial muito elevado a ser descoberto, estamos falando dos materiais supercondutores, que pouco se sabe a respeito deles, porém muito já se faz com os mesmos. Desta maneira estamos apostando numa área mista, onde não usaremos os materiais supercondutores como sendo meramente condutores de energia e sim como dispositivos eletrônicos. Então, começamos o nosso trabalho, desenvolvendo materiais supercondutores na forma de filmes finos que é a base para o desenvolvimento desses dispositivos. Sendo assim escolhemos o sistema BSCCO, que tem como base os seguintes elementos, Bismuto, Estrôncio, Cálcio, Cobre e Oxigênio e que pode apresentar uma temperatura de transição da fase condutora para a fase supercondutora na faixa de 35 - 110K. Deste modo, nos propomos a estudar este tipo de material e desenvolver filmes finos, capazes de serem usados como... / Due to great concern in developing new materials and techniques to supply the need for new resources and to assist with larger comfort and efficiency the world population, new areas of researches that seek to supply this deficiency are appearing, by creating new technologies, or even improving the existent techniques in order to obtain a better use of the resources already existent. Like this, we are being interested in a branch of the little known science, but with a very high potential to be discovered, we are talking about the superconductor materials, that little it is known regarding them. However it is much already done with the same ones. In this way we are betting in a mixed area, where we won't use the superconducting materials as being merely drivers of energy but like electronic devices. Then, we began our work, developing superconductor materials in the form of thin films that is the base for the development of those devices. The system BSCCO was chose because it has composed by the following elements, Bismuth, Strontium, Calcium, Copper and Oxygen and that it may present a transition temperature of the conductive phase for the superconductive phase in the range of 35 - 110K. This way, we have studied this material type and to develop thin films, capable of be used as base for electronic devices. In our work we ...(Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5854.pdf: 14195993 bytes, checksum: 19640a691a1e2821c9ce47972881f15b (MD5) Previous issue date: 2014-03-14 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work we studied some of the structural features and transport in nanostructured metal oxides synthesized by the vapor -solid mechanism (VS) aiming their application in high performance devices. The structural properties of the used samples [In2O3, SnO2 and SnO2 doped with fluorine (FTO)] were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and X- ray dispersive energy spectroscopy (EDX). All these techniques confirmed the monocrystalline character which was obtained by the method used for the synthesis process. Concerning the electronic transport properties, a common property for all samples was detected: the conduction mechanism was the variable range hopping. Invariably, such as mechanism is attributed to the presence of a small degree of electronic disorder in samples but which is not enough to induce the localization of all carriers. As an observable result, samples behaved as semiconductors. Specifically, in In2O3 samples the analysis of temperature dependent resistivity allowed us to determine parameters such as the localization length, also determining the dimensionality of the electronic system. Although not intentionally doped, the samples exhibited an appreciable density of electrons due to the amount of oxygen vacancies. Experiments performed with micro-sized sample, unpublished in literature, provided data on mobility and carrier density and their dependence on temperature, determining the dominant scattering process: for ionized impurities (low temperature) and acoustic phonon (high temperatures). The used approach avoids common errors in extraction of those kinetic parameters using devices like field effect transistors, serving as a versatile platform for the direct investigation of electronic properties in nanoscale materials. Samples of SnO2, monocrystalline and not intentionally doped (but with a little influence of oxygen vacancies) also showed a semiconducting behavior guided by the hopping mechanism in a wide temperature range (60-300 K). The presence of a potential barrier in the samples surface lead us to a detailed analysis of the performance metal-semiconductor (SnO2) junctions which was performed using different approaches: thermionic emission , statistical (Gaussian) distribution of Schottky barriers and a double Schottky barrier model. From these, we obtained a fairly detailed description of system providing parameters such as the barrier height (0B ~ 0,42 eV) and the ideality factor (n ~ 1, 05) comparable to the values obtained under conditions of ultra- high vacuum. These samples were used in field effect transistors that exhibited interesting characteristics for applications such as mobility of 137 cm2/Vs. Finally, FTO samples in which we could act on the doping level were explored. Samples showed a monocrystalline character and again a semiconductor behavior was evidenced by the hopping conduction mechanism. With the introduction of dopants on oxygen sites, devices showed an additional effect when a dispersion of nanobelts was used: a negative temperature resistivity coefficient for T < 15 K. We show that this behavior fits in the theory of weak localization in a system of weak disorder. Devices with a single nanobelt has a much smaller chance to exhibit the same behavior as a function of its dimensions. This result is general as suggested by the data: only the intrinsic disorder contributes to the transport mechanism, while the extrinsic one (the dispersion of nanobelts) not contributes. Finally, field effect transistors were constructed showing better mobility parameters for applications. Another original contribution of this work was the determination of an intrinsic parameter for the different materials which is only estimated by theoretical calculations in the literature: the density of states which should be used as reference in literature. / Neste trabalho foram estudadas algumas das características estruturais e de transporte em oxidos metalicos nanoestruturados sintetizados pelo mecanismo vapor-sólido (VS) com vistas a aplicaçao em dispositivos de alto desempenho. As nanoestruturas usadas [In2Ü3, SnO2 and SnO2 dopado com flúor (FTO)] foram caracterizadas quanto às suas propriedades estruturais por difracao de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersao de energia de raios-X (EDX), comprovando o caróter mono-cristalino que pode ser obtido pelo metodo empregado para o processo de síntese. Quanto às propriedades de transporte eletrônico, um comportamento apresentou-se como uma propriedade geral em todas as amostras estudadas: o mecanismo de conduçao atraves de hopping de alcance variível. Invariavelmente esse tipo de conducao e atribuído à presenca de um pequeno grau de desordem eletronica nas amostras, nao suficiente para a loca-lizacao de todos os portadores. Como resultado observível, as amostras comportaram-se como semicondutores. Especificamente, nas amostras de In2O3, a anílise da resistividade em funçao da temperatura permitiu a determinacao de parâmetros como o comprimento de localizaçcãao e, portanto, determinando a dimensionalidade do sistema eletrôonico das amostras. Embora nãao dopadas intencionalmente, as amostras exibiram uma densidade de eletrons apreciavel em funcão da quantidade de vacôncias de oxigenio. Experimentos realizados com microfitas, ineditos na literatura, forneceram dados sobre a mobilidade e densidade de portadores e sua dependôencia com a temperatura, determinando o processo de espalhamento predominante: por impurezas ionizadas (baixas temperaturas) e fonons acusticos (altas temperaturas). A abordagem usada evita erros comuns na extraçao de parâmetros cineticos via dispositivos como transistores de efeito de campo, servindo como uma plataforma versatil para a investigacao direta de propriedades eletronicas em materiais em nanoescala. Amostras de SnO2, monocristalinas, não dopadas intencionalmente (e com pequena influencia da presenca de vacancias) tambem mostraram comportamento semicondutor guiado pelo mecanismo hopping em uma ampla faixa de temperatura (60300 K). Devido à observacao da presenca de uma barreira de potencial na superfície das amostras, uma analise detalhada da performance de junçoes metal-semicondutor (SnO2) foi realizada usando diferentes abordagens: emissao termiônica, distribuicao estatística (Gaussiana) de barreiras Schottky e modelo de dupla barreira Schottky. Destas, chegou-se a uma descriçcaão bastante completa para o sistema, fornecendo parôametros como altura de barreira (0B ~ 0,42 eV) e fator de idealidade (n ~ 1, 05) comparíveis a parâmetros obtidos em condicçoães de ultra-alto-vaícuo. Destes dispositivos foram construídos transistores de efeito de campo que apresentaram características interessantes para aplicacçãoes como, por exemplo, mobilidade de ~ 137 cm2/Vs. Finalmente, exploraram-se amostras de FTO nas quais se pôde atuar sobre o nível de dopagem. As amostras apresentaram um carâter mono cristalino e novamente um comportamento semicondutor foi evidenciado pelo mecanismo de conduçao hopping. Com a introducao de dopantes nos sítios de oxigenio, os dispositivos mostraram alem do mecanismo semicondutor um efeito adicional quando uma dispersãao de nanofitas foi usada: uma resistividade com coeficiente negativo de temperatura para T < 15 K. Mostramos que esse comportamento se encaixa na teoria de localizacao fraca quando o principal mecanismo de espalhamento e a interaçao eletron-eletron. Dispositivos com uma unica nanofita tem uma chance muito menor para apresentar o mesmo comportamento em funcão de suas dimensões. Esse resultado e geral como sugerem os dados: somente a desordem intrínseca contribui para o mecanismo de transporte, enquanto que a desordem extrínseca, da dispersao de nanofitas, nao contribui. Finalmente, transistores de efeito de campo foram construídos mostrando melhores parâmetros de mobilidade. Tambem, como um ponto forte deste trabalho, para todos os sistemas estudados determinou-se um parâmetro intrínseco aos materiais e somente estimado por calculos teóricos na literatura: a densidade de estados, que de forma geral, pode ser usada como uma referencia na literatura.

Este trabalho tem como objetivo estudar transistores estado da arte desenvolvidos no imec, Bélgica, e dessa forma, contribuir para a evolução tecnológica do Brasil. Tratam-se de transistores sem extensão de fonte e dreno (SemExt), analisados sob diferentes aspectos. São estudados transistores SOI (Silicon-On-Insulator) de múltiplas portas (MuGFETs) e SOI planares de camada de silício e óxido enterrado ultrafinos (UTBB). Diversos comprimentos de óxido espaçador são comparados a fim de se determinar o melhor comportamento elétrico, baseado nas características digital e analógica desses transistores. A caracterização elétrica dos transistores é realizada com base em medidas experimentais estáticas e dinâmicas e o uso de simulações numéricas complementa a análise dos resultados. Os MuGFETs de porta tripla são caracterizados em função dos principais parâmetros digitais e analógicos, onde os transistores sem extensão de fonte e dreno (F/D) apresentam desempenho elétrico superior aos com extensão na maior parte das análises. Como exemplo, obteve-se experimentalmente que a inclinação de sublimiar do dispositivo sem extensão reduziu até 75 mV/dec, quando comparado com o valor do transistor de referência de 545 mV/dec para o comprimento efetivo de canal, Leff=50 nm. Apesar do transistor sem extensão apresentar menor transcondutância (gm), a razão das correntes no estado ligado (Ion) e desligado (Ioff) é até 3 vezes maior que nos dispositivos de referência. O ganho intrínseco de tensão (AV), por sua vez, é capaz de aumentar até 9 dB em relação ao dispositivo com sobreposição de porta, graças ao melhor desempenho da eficiência do transistor (gm/IDS) assim como da tensão Early (VEA). Da mesma forma, os SOI UTBB apresentam melhores resultados quando as regiões de extensão de fonte e dreno são suprimidas da estrutura. Neste caso, o comprimento efetivo de canal torna-se modulável com a tensão de porta, ou seja, para cada valor de tensão na porta, haverá um valor diferente de Leff, e esta é a principal razão para a melhoria do transistor. Além disso, os dispositivos sem extensão são mais imunes ao campo elétrico horizontal do dreno, o que diminui a influência deste campo sobre as cargas do canal. Como resultado, transistores com maiores comprimentos de regiões sem extensões de F/D apresentam melhores resultados como, por exemplo, a razão Ion/Ioff é três vezes maior que aqueles observados nos transistores de referência e o ganho intrínseco de tensão é 60% maior. Os SOI UTBB são submetidos a duas outras análises. A primeira focada no estudo de ruído de baixa frequência. Neste estudo, duas espessuras de camada de silício (tSi) do SOI UTBB são comparadas. Nota-se que quanto mais fina a espessura tSi, maior é a influência de uma interface sobre a outra. Logo, o ruído presente em uma interface afeta a outra e vice-versa. Devido ao elevado acoplamento entre a 1ª e 2ª interfaces, cargas alocadas em diferentes posições nos filmes de óxido e silício podem contribuir para o ruído gerado em ambas as interfaces. Os transistores sem extensão também são analisados em função do dielétrico de porta, onde dispositivos com dióxido de silício são comparados aos transistores com dielétrico de alto valor (alto K), que fornecem, como esperado, maior nível de ruído devido a maior densidade de armadilhas na interface desses óxidos (cerca de duas ordens de grandeza maior que a do SiO2). O segundo estudo refere-se a análise do distúrbio em células de memória de corpo flutuante (FBRAM). Os transistores SOI UTBB são aplicados como memória e através da mudança nas polarizações de repouso foi possível induzir o efeito de distúrbio nos dados armazenados. Dessa forma, uma janela de operação onde a perturbação no dado é parcial foi estimada. Com isso, a condição de escrita do bit 0 pôde ser otimizada fora da região de distúrbio total, sem prejudicar o tempo de retenção e a janela de leitura da memória. Com base nas análises realizadas, foi constatado que os transistores sem extensão respondem melhor à questão do escalamento, sendo menos susceptíveis aos efeitos de canal curto. São indicados para operarem em circuitos de baixa tensão e baixa potência, onde não haja necessidade de alta velocidade de chaveamento. Além do mais, eles são mais indicados para operarem como memória FBRAM por serem menos dependentes dos efeitos da corrente de GIDL (Gate Induced Drain Leakage). E, uma vez que foram otimizados para aplicações de memória, a possibilidade de usar dielétricos de porta formados por óxido de silício, resulta em um melhor desempenho em termos de ruído de baixa frequência. / This work aims to study the state-of-the-art transistors, developed at imec, Belgium, in order to contribute to the Brazilian technological evolution. These are the source/drain extensionless transistors (SemExt), which are analyzed under different aspects. Multiple gate (MuGFETs) SOI (Silicon-On-Insulator) transistors are studied as well as the planar SOI ones with ultrathin body and BOX thicknesses (UTBB). Several spacer lengths are analyzed in order to determine the better electrical behavior, based on the transistor digital and analog features. The transistor electrical characterization is based on experimental static and dynamic measurements and the use of numerical simulations complements the analysis of the results. The triple gate MuGFET are characterized as a function of the main digital and analog parameters, where the source/drain (S/D) extensionless devices show superior electrical behavior compared to the conventional devices with S/D extensions in the most part of the analysis. As an example, the subthreshold slope of the extensionless transistors reduced, experimentally, up to 75 mV/dec, compared to the reference ones for the effective channel length of Leff=50 nm. Despite the extensionless transistors present the smaller transconductance (gm), the ratio between the on-current (Ion) and the off-current (Ioff) is three times higher than in the reference devices. On the other side, the intrinsic voltage gain (AV) increases up to 9 dB compared to the overlapped devices thanks to the better performance of the transistor efficiency (gm/IDS) as well as the Early voltage (VEA). Similarly, SOI UTBB presents better results when the source/drain extensions are eliminated from the structure. In this case, the effective channel length is modulated by the gate bias, which means that for each gate voltage drop there will be a different Leff, that is the main reason to improve the transistor characteristics. Moreover, the extensionless devices are more immune to the drain horizontal electric field, what decreases its influence on the channel charges. As a result, transistors with longer source/drain extensionless regions present better results, such as the Ion/Ioff ratio three times higher than the reference devices and about 60% of improvement in the intrinsic voltage gain. SOI UTBBs are submitted to two other analyses. The first one is focused on the low frequency noise study. In this case, two silicon film thicknesses (tSi) are compared. It is observed that the thinner the thickness, the greater the influence from one interface to the other. Consequently, the noise presented in one interface affects the other and vice-versa. Due to the higher coupling between the front and back interfaces, the charges which are allocated in different positions in the oxide and silicon films can contribute to the generated noise in both interfaces. The extensionless transistors are also analyzed as a function of the gate dielectric, where the devices with silicon dioxide are compared to the ones with high dielectric constant (high K) material, which present, as expected, higher noise level due to the elevated trap density (about two orders of magnitude higher than the SiO2). The second study refers to the analysis of the floating body memory (FBRAM) disturb. SOI UTBB transistors are applied as memory and by changing the holding bias condition it was possible to induce the disturb effect in the storage data. In this way, a window of operation where the disturb is partial was estimated. Based on that, the writing 0 condition was optimized out of the region of total disturb, with no loss in the retention time and in the memory read window. Based on the performed analyzes it was observed that extensionless transistors are more scalable, being less susceptible to the short channel effects. They are properly indicated to be applied in low-power and low-voltage circuits, where there are no requirements for fast switching. Moreover, they behave better applied as FBRAM since they are less dependent to the GIDL (Gate Induced Drain Leakage) current. And, since they were optimized to memory applications, the possibility to use silicon dioxide dielectric results in a better behavior in terms of low frequency noise.