Neste trabalho, foram desenvolvidos MicroLaboratórios Autônomos (MLA), baseados no conceito de MicrosSistemas de Análise Total (TAS), que permitem a integração das etapas associadas ao método analítico em único dispositivo. Os MLA foram fabricados utilizando a tecnologia LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics), que permitiu um alto grau de integração das plataformas químicas microfluídica e eletrônica, utilizando o mesmo substrato. O MLA amperométrico foi construído de forma a integrar canais, misturadores e eletrodos (auxiliar, de referência e de trabalho (sendo o último facilmente removível, tornando o dispositivo mais versátil)). Também, possui integrado em sua superfície um potenciostato, capaz de aplicar potenciais constantes e registrar com precisão correntes na faixa de nA a A. Com o equipamento, foram realizadas medições de cianeto de ferro e cloro livre confirmando a funcionalidade do MLA amperométrico. Para tal, foram testadas concentrações de K4Fe(CN)6 variando de 0,1 3 mM, apresentando faixa linear de 0,1 a 0,75 mM com coeficiente de correlação linear de 0,997 e RSD de 1,91 % (calculado para a amostra de 0,75 mM, n = 13). Cloro livre foi medido na faixa de 0,35 7,10 mM apresentando resposta linear com r2 = 0,998, o RSD obtido foi de 1,93 % (3,5 mM; n = 15). O cloro livre foi medido em amostra reais de piscinas na faixa 0,4 a 1,1 mg L-1 e os resultados foram comparados com o método DPD (Ndietil- p-fenilenodiamina) apresentando resultados similares com r2 = 0,91. O MLA fotométrico segue o mesmo princípio do amperométrico com canais, misturadores, célula de fluxo, detector, arranjo de LEDs (420, 480, 515, 565, 590, 630 e 700 nm) e eletrônica de controle integrados no mesmo substrato. O equipamento foi desenvolvido permitindo dois modos de operação: espectrofotômetro e fotômetro. No modo espectrofotométrico foi empregado na determinação qualitativa e quantitativa de diversos corantes (alaranjado de metila, azul de metileno, verde de bromocressol e vermelho de fenol). Já na opção fotométrico foi usado na determinação de fósforo reativo em águas, por meio de um sistema completamente automatizado. Neste caso, o controle de diversas válvulas e uma bomba peristáltica permitiu a implementação de procedimentos de automatização como: multicomutação, amostragem binária e parada de fluxo (stopped flow. A utilização deste sistema automatizado permitiu a comparação entre dois métodos de preparações de amostra: diluição on-line (utilizando as válvulas) e preparadas manualmente. Para ambos os casos foram analisadas duas faixas de concentrações (0,1 a 1 mg L-1 e 1,5 a 15 mg L-1). A primeira faixa apresentou-se linear para ambos os métodos de preparação de amostra, apresentando limites de detecção para fósforo reativo de 15,8 g L-1 e 14,9 g L-1. Por outro lado, foi observado que a segunda faixa de concentração não obedece à lei de Beer. Na segunda faixa, a curva analítica foi linear no intervalo de concentração de 1,5 a 7,5 mg L-1 de fósforo reativo com r2 = 0,965 e RSD de 0,43 % (7,5 mg L-1, n = 3). A frequência de medições analíticas foi de 30 determinações por hora, o que indica que a plataforma proposta pode ser utilizada em monitoramente contínuo e de tempo real. / Analysis System (uTAS) concept which allows the integration of all steps related to an analytical process in a single device. The developed MLAs were used to monitor water quality. The MLAs were fabricated using the LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) technology which allows a high integration level between chemical, microfluidics and electronics platforms on the same substrate. The amperometric MLA was build in order to integrate channels, mixers and electrodes (reference, auxiliary and work) being the last one easily removable making the device even more versatile. It also has, integrated on its surface, a potentiostate capable of applying constant voltages and precisely recording currents in the range from nA to A. With this equipment, measurements were conducted for free chlorine and iron, confirming the functionality of the amperometric MLA. Concentrations from 0,1 to 3 mM of K4Fe(CN)6 were evaluated obtaining a linear range from 0,1 to 0,75 mM with a linear correlation coefficient of 0,997 and a RSD of 1,91 % (calculated for the 0,75 mM sample with n = 13). Free chlorine was evaluated in the range from 0,35 to 7,10 mM obtaining a linear response with a r2 = 0,998, the obtained RSD was 1,93 % (for 3,5 mM; n = 15). Free chlorine was also evaluated in real samples from swimming pools in the range from 0,4 to 1,1 mg·L-1, comparing the results with those obtained by the colorimetric DPD method, showing similar values with a r2 = 0,91. The photometric MLA follows the same principle of the amperometric one, with channels, mixers, flow cell, detector, LEDs array (420, 480, 515, 565, 590, 630 e 700 nm) and control electronics, integrated in the same substrate. This equipment was developed for two operation modes: spectrophotometric and photometric. The spectrophotometric mode was used for qualitative and quantitative determination of different dyes (methyl orange, methylene blue, bromocressol green and phenol red). The photometric option was used for the determination of phosphate concentration in water, by means of a fully automated system. In this case the control of several valves and a peristaltic pump allowed the implementation or automated procedures like multicommutation, binary sampling and stopped flow. The use of this automated system allowed the comparison between two methods for sample preparation: online dilution (with valves) and manual preparation. In both cases two concentration ranges were evaluated (0,1 a 1 mg L-1 and 1,5 a 15 mg L-1). The first range linear for both sample preparation methods, with detection limits of 15,8 g L-1 e 14,9 g L-1 for orthophosphate. On the other side it was observed that in the second range of concentrations it does not obey the Beers law. In the second range, the analytics curve was linear in the interval from 1,5 to 7,5 mg L-1 of orthophosphate with a r2 = 0,965 and a RSD of 0,43 % (7,5 mg L-1, n = 3). The analytical frequency was about 30 determinations per hour, which indicates a good performance of the proposed device for on-line and real time monitoring.

Esse trabalho descreve um implantador iônico em termos de sua caracterização e aplicação. O texto está dividido em três capítulos que são apresentados resumidamente a seguir. O primeiro capítulo descreve em detalhes um novo tipo de implantador, denominado implantador invertido. Nesse capítulo é descrito o desenvolvimento e a caracterização do implantador invertido. A otimização de uma parte dos circuitos eletrônicos e o desenvolvimento e construção do restante dos circuitos é dada em detalhes. Uma caracterização do implantador quanto à maximização do feixe iônico é apresentada, onde é realizado um estudo sistemático com a variação de parâmetros como potencial extrator, corrente do canhão de plasma (arco catódico) dentre outros. Finalizando o primeiro capítulo, é apresentado um mapeamento da densidade do feixe iônico no porta amostras do implantador invertido. No segundo capítulo é discutida a neutralidade do feixe iônico do implantador invertido. Um feixe neutro viabiliza implantações em amostras isolantes, sem que haja acúmulo de cargas positivas, o que levaria a amostra a um potencial diferente do planejado. A energia de implantação efetiva foi avaliada estudando os perfis de implantação através de microscopia de força atômica condutiva (AFM-C) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM), e comparando com simulações numéricas realizadas pelo programa TRIDYN. Os resultados sugerem que o feixe não é neutro. No terceiro capítulo, o implantador invertido foi utilizado para modificação de superfície de alumina, gerando uma camada de nanocompósito logo abaixo de sua superfície, formada por nanopartículas de titânio na matriz de alumina. A formação dessas nanopartículas se dá espontaneamente e pode ser explicada pela ocorrência de concentração dos átomos metálicos acima do limite de solubilidade no substrato implantado, levando à nucleação e crescimento das nanopartículas metálicas. Caracterização por TEM foi utilizada para a visualização direta das nanopartículas que apresentaram dimensões da ordem de 20 nm. Simulações utilizando o programa TRIDYN foram realizadas, gerando perfis de profundidade dos íons de titânio implantados no substrato de alumina, que mostraram excelente acordo com o perfil em profundidade obtido por RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry). Medidas de resistividade da camada compósita foram obtidas, in situ, em função da dose implantada. Utilizando modelos teóricos de percolação foi possível determinar a dose de saturação &#966;0 = 2,2 x 1016 átomos/cm2, que é a dose máxima para a qual o material continua a ser um nanocompósito, e para a condutividade de saturação foi &#966;0 = 480 S/m. A dose de percolação obtida foi &#966;c = 0,84 x 1016 átomos/cm2, que é a dose abaixo da qual o material tem a mesma condutividade que a matriz isolante. O expoente crítico obtido foi t = 1,4 e, como a condição t < 2 é satisfeita, o processo de condutividade se dá devido a percolação, sendo o tunelamento desprezível. / This work describes an ion implanter in terms of characterization and application. The text is divided in three chapters that are briefly presented below. The first chapter describes in detail a new type of implanter called inverted implanter. In this chapter is considered my contribution in the development and characterization of the inverted implanter. The optimization of part of the electronic circuits, and development and construction of other circuits are given in details. A characterization of the implanter by the maximization the ion beam is presented, where is carried out a systematic study through the variation of parameters such as extractor potential, plasma gun current (cathodic arc) and others. Finally, it presents a mapping of the ion beam density at the sample holder of the inverted implanter. The second chapter discusses the neutrality of the ion beam of the inverted implanter. A neutral beam allows implantation into insulating samples without positive charges accumulation, which would lead sample at a different potential than expected. The effective energy evaluation was carried out studying the implantation profiles by conductive atomic force microscopy (AFM-C) and transmission electron microscopy (TEM), and compared with numerical simulations performed by TRIDYN program. The results suggest that the ion beam isn\'t neutral. In the third chapter, the inverted implanter was used for alumina surface modification, generating a nanocomposite layer just below the surface, formed by titanium nanoparticles in alumina matrix. The nanoparticles formation occurs spontaneously and can be explained by the occurrence of metal atom concentration above the solubility limit in the impalnted substrate, leading to nucleation and growth of metal nanoparticles. Characterization by TEM was used for direct visualization of the nanoparticles what presented dimensions of about 20 nm. Simulations using the TRIDYN program were performed, generating depth profiles of titanium ions implanted into the alumina substrate, which showed excellent agreement with the depth profile obtained by RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry). Resistivity measurements were obtained from the composite layer, in situ, as function of implanted dose. Using theoretical percolation models, it was possible to determine the saturation dose &#966;0 = 2,2 x 1016 atoms/cm2, that is the maximum dose for which the material remains a nanocomposite, and the saturation conductivity &#966;0 = 480 S/m. The percolation was achieved for dose &#966;c = 0,84 x 1016 atoms/cm2, that is the dose below which the material has the same conductivity as the insulating matrix. The critical exponent obtained was t = 1,4 and, since it satisfies to condition t < 2, the conductivity process is due to percolation, tunneling being negligible.

Neste trabalho, foram desenvolvidos MicroLaboratórios Autônomos (MLA), baseados no conceito de MicrosSistemas de Análise Total (TAS), que permitem a integração das etapas associadas ao método analítico em único dispositivo. Os MLA foram fabricados utilizando a tecnologia LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics), que permitiu um alto grau de integração das plataformas químicas microfluídica e eletrônica, utilizando o mesmo substrato. O MLA amperométrico foi construído de forma a integrar canais, misturadores e eletrodos (auxiliar, de referência e de trabalho (sendo o último facilmente removível, tornando o dispositivo mais versátil)). Também, possui integrado em sua superfície um potenciostato, capaz de aplicar potenciais constantes e registrar com precisão correntes na faixa de nA a A. Com o equipamento, foram realizadas medições de cianeto de ferro e cloro livre confirmando a funcionalidade do MLA amperométrico. Para tal, foram testadas concentrações de K4Fe(CN)6 variando de 0,1 3 mM, apresentando faixa linear de 0,1 a 0,75 mM com coeficiente de correlação linear de 0,997 e RSD de 1,91 % (calculado para a amostra de 0,75 mM, n = 13). Cloro livre foi medido na faixa de 0,35 7,10 mM apresentando resposta linear com r2 = 0,998, o RSD obtido foi de 1,93 % (3,5 mM; n = 15). O cloro livre foi medido em amostra reais de piscinas na faixa 0,4 a 1,1 mg L-1 e os resultados foram comparados com o método DPD (Ndietil- p-fenilenodiamina) apresentando resultados similares com r2 = 0,91. O MLA fotométrico segue o mesmo princípio do amperométrico com canais, misturadores, célula de fluxo, detector, arranjo de LEDs (420, 480, 515, 565, 590, 630 e 700 nm) e eletrônica de controle integrados no mesmo substrato. O equipamento foi desenvolvido permitindo dois modos de operação: espectrofotômetro e fotômetro. No modo espectrofotométrico foi empregado na determinação qualitativa e quantitativa de diversos corantes (alaranjado de metila, azul de metileno, verde de bromocressol e vermelho de fenol). Já na opção fotométrico foi usado na determinação de fósforo reativo em águas, por meio de um sistema completamente automatizado. Neste caso, o controle de diversas válvulas e uma bomba peristáltica permitiu a implementação de procedimentos de automatização como: multicomutação, amostragem binária e parada de fluxo (stopped flow. A utilização deste sistema automatizado permitiu a comparação entre dois métodos de preparações de amostra: diluição on-line (utilizando as válvulas) e preparadas manualmente. Para ambos os casos foram analisadas duas faixas de concentrações (0,1 a 1 mg L-1 e 1,5 a 15 mg L-1). A primeira faixa apresentou-se linear para ambos os métodos de preparação de amostra, apresentando limites de detecção para fósforo reativo de 15,8 g L-1 e 14,9 g L-1. Por outro lado, foi observado que a segunda faixa de concentração não obedece à lei de Beer. Na segunda faixa, a curva analítica foi linear no intervalo de concentração de 1,5 a 7,5 mg L-1 de fósforo reativo com r2 = 0,965 e RSD de 0,43 % (7,5 mg L-1, n = 3). A frequência de medições analíticas foi de 30 determinações por hora, o que indica que a plataforma proposta pode ser utilizada em monitoramente contínuo e de tempo real. / Analysis System (uTAS) concept which allows the integration of all steps related to an analytical process in a single device. The developed MLAs were used to monitor water quality. The MLAs were fabricated using the LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) technology which allows a high integration level between chemical, microfluidics and electronics platforms on the same substrate. The amperometric MLA was build in order to integrate channels, mixers and electrodes (reference, auxiliary and work) being the last one easily removable making the device even more versatile. It also has, integrated on its surface, a potentiostate capable of applying constant voltages and precisely recording currents in the range from nA to A. With this equipment, measurements were conducted for free chlorine and iron, confirming the functionality of the amperometric MLA. Concentrations from 0,1 to 3 mM of K4Fe(CN)6 were evaluated obtaining a linear range from 0,1 to 0,75 mM with a linear correlation coefficient of 0,997 and a RSD of 1,91 % (calculated for the 0,75 mM sample with n = 13). Free chlorine was evaluated in the range from 0,35 to 7,10 mM obtaining a linear response with a r2 = 0,998, the obtained RSD was 1,93 % (for 3,5 mM; n = 15). Free chlorine was also evaluated in real samples from swimming pools in the range from 0,4 to 1,1 mg·L-1, comparing the results with those obtained by the colorimetric DPD method, showing similar values with a r2 = 0,91. The photometric MLA follows the same principle of the amperometric one, with channels, mixers, flow cell, detector, LEDs array (420, 480, 515, 565, 590, 630 e 700 nm) and control electronics, integrated in the same substrate. This equipment was developed for two operation modes: spectrophotometric and photometric. The spectrophotometric mode was used for qualitative and quantitative determination of different dyes (methyl orange, methylene blue, bromocressol green and phenol red). The photometric option was used for the determination of phosphate concentration in water, by means of a fully automated system. In this case the control of several valves and a peristaltic pump allowed the implementation or automated procedures like multicommutation, binary sampling and stopped flow. The use of this automated system allowed the comparison between two methods for sample preparation: online dilution (with valves) and manual preparation. In both cases two concentration ranges were evaluated (0,1 a 1 mg L-1 and 1,5 a 15 mg L-1). The first range linear for both sample preparation methods, with detection limits of 15,8 g L-1 e 14,9 g L-1 for orthophosphate. On the other side it was observed that in the second range of concentrations it does not obey the Beers law. In the second range, the analytics curve was linear in the interval from 1,5 to 7,5 mg L-1 of orthophosphate with a r2 = 0,965 and a RSD of 0,43 % (7,5 mg L-1, n = 3). The analytical frequency was about 30 determinations per hour, which indicates a good performance of the proposed device for on-line and real time monitoring.

Esse trabalho descreve um implantador iônico em termos de sua caracterização e aplicação. O texto está dividido em três capítulos que são apresentados resumidamente a seguir. O primeiro capítulo descreve em detalhes um novo tipo de implantador, denominado implantador invertido. Nesse capítulo é descrito o desenvolvimento e a caracterização do implantador invertido. A otimização de uma parte dos circuitos eletrônicos e o desenvolvimento e construção do restante dos circuitos é dada em detalhes. Uma caracterização do implantador quanto à maximização do feixe iônico é apresentada, onde é realizado um estudo sistemático com a variação de parâmetros como potencial extrator, corrente do canhão de plasma (arco catódico) dentre outros. Finalizando o primeiro capítulo, é apresentado um mapeamento da densidade do feixe iônico no porta amostras do implantador invertido. No segundo capítulo é discutida a neutralidade do feixe iônico do implantador invertido. Um feixe neutro viabiliza implantações em amostras isolantes, sem que haja acúmulo de cargas positivas, o que levaria a amostra a um potencial diferente do planejado. A energia de implantação efetiva foi avaliada estudando os perfis de implantação através de microscopia de força atômica condutiva (AFM-C) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM), e comparando com simulações numéricas realizadas pelo programa TRIDYN. Os resultados sugerem que o feixe não é neutro. No terceiro capítulo, o implantador invertido foi utilizado para modificação de superfície de alumina, gerando uma camada de nanocompósito logo abaixo de sua superfície, formada por nanopartículas de titânio na matriz de alumina. A formação dessas nanopartículas se dá espontaneamente e pode ser explicada pela ocorrência de concentração dos átomos metálicos acima do limite de solubilidade no substrato implantado, levando à nucleação e crescimento das nanopartículas metálicas. Caracterização por TEM foi utilizada para a visualização direta das nanopartículas que apresentaram dimensões da ordem de 20 nm. Simulações utilizando o programa TRIDYN foram realizadas, gerando perfis de profundidade dos íons de titânio implantados no substrato de alumina, que mostraram excelente acordo com o perfil em profundidade obtido por RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry). Medidas de resistividade da camada compósita foram obtidas, in situ, em função da dose implantada. Utilizando modelos teóricos de percolação foi possível determinar a dose de saturação &#966;0 = 2,2 x 1016 átomos/cm2, que é a dose máxima para a qual o material continua a ser um nanocompósito, e para a condutividade de saturação foi &#966;0 = 480 S/m. A dose de percolação obtida foi &#966;c = 0,84 x 1016 átomos/cm2, que é a dose abaixo da qual o material tem a mesma condutividade que a matriz isolante. O expoente crítico obtido foi t = 1,4 e, como a condição t < 2 é satisfeita, o processo de condutividade se dá devido a percolação, sendo o tunelamento desprezível. / This work describes an ion implanter in terms of characterization and application. The text is divided in three chapters that are briefly presented below. The first chapter describes in detail a new type of implanter called inverted implanter. In this chapter is considered my contribution in the development and characterization of the inverted implanter. The optimization of part of the electronic circuits, and development and construction of other circuits are given in details. A characterization of the implanter by the maximization the ion beam is presented, where is carried out a systematic study through the variation of parameters such as extractor potential, plasma gun current (cathodic arc) and others. Finally, it presents a mapping of the ion beam density at the sample holder of the inverted implanter. The second chapter discusses the neutrality of the ion beam of the inverted implanter. A neutral beam allows implantation into insulating samples without positive charges accumulation, which would lead sample at a different potential than expected. The effective energy evaluation was carried out studying the implantation profiles by conductive atomic force microscopy (AFM-C) and transmission electron microscopy (TEM), and compared with numerical simulations performed by TRIDYN program. The results suggest that the ion beam isn\'t neutral. In the third chapter, the inverted implanter was used for alumina surface modification, generating a nanocomposite layer just below the surface, formed by titanium nanoparticles in alumina matrix. The nanoparticles formation occurs spontaneously and can be explained by the occurrence of metal atom concentration above the solubility limit in the impalnted substrate, leading to nucleation and growth of metal nanoparticles. Characterization by TEM was used for direct visualization of the nanoparticles what presented dimensions of about 20 nm. Simulations using the TRIDYN program were performed, generating depth profiles of titanium ions implanted into the alumina substrate, which showed excellent agreement with the depth profile obtained by RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry). Resistivity measurements were obtained from the composite layer, in situ, as function of implanted dose. Using theoretical percolation models, it was possible to determine the saturation dose &#966;0 = 2,2 x 1016 atoms/cm2, that is the maximum dose for which the material remains a nanocomposite, and the saturation conductivity &#966;0 = 480 S/m. The percolation was achieved for dose &#966;c = 0,84 x 1016 atoms/cm2, that is the dose below which the material has the same conductivity as the insulating matrix. The critical exponent obtained was t = 1,4 and, since it satisfies to condition t < 2, the conductivity process is due to percolation, tunneling being negligible.

Neste trabalho utiliza-se como sistema dinâmico o circuito eletrônico que simula o conjunto de equações acopladas do sistema de Rössler modificado. Este sistema possui uma nâo-linearidade dada por uma função linear por partes e apresenta comportamento caótico para certos valores dos seus parâmetros. A caracterização experimental da dinâmica do sistema de Rössler modificado é realizada através do diagrama de bifurcações. Apresenta-se uma fundamentação teórica de sistemas dinâmicos introduzindo conceitos importantes tais como atratores estranhos, variedades invariantes e também uma análise da estabilidade de comportamentos assintóticos como pontos fixos e ciclos limites. Para uma caracterização métrica do caos, apresenta-se a definição dos expoentes de Lyapunov. São introduzidos também os expoentes de Lyapunov condicionais e transversais, que estão relacionados com a teoria de sincronização de sistemas caóticos. Apresenta-se também a conceituação da sincronização de sistemas caóticos, introduzindo-se a definição de sincronização idêntica, sincronização de fase e variedade de sincronização. As principais propriedades da intermitência modulacional, obtidas a partir de aplicações discretas (mapas), são apresentadas, dando-se ênfase à obtenção das leis de escala. Relatamos a nossa contribuição mais importante: a análise experimental da intermitência modulacional em dois circuitos de Rössler (osciladores eletrônicos) acoplados em uma configuração do tipo mestre-escravo. Atenção particular é devotada às leis estatísticas associadas com a intermitência modulacional. / In this work it is used as a dynamical system the electronic circuit that integrates the modified system of Rössler coupled equations. This system has a nonlinearity given by a piecewise linear function and shows chaotic behavior for certain values of the system parameters. The experimental characterization of the modified Rössler system dynamics is realized through a bifurcation diagram. It is presented a theoretical fundamentation of dynamical systems introducing important concepts like strange attractors, invariant manifolds and also a stability analysis of asymptotic behaviors like fixed points and limit cycles. For a metric characterization of chaos, the definition of the Lyapunov exponents is presented. Also introduced are the conditional and transversal Lyapunov exponents, that are related with the synchronization theory of chaotic systems. It is also presented the conceptual ideas of chaotic synchronization introducing the definitions of identical synchronization, phase synchronization and synchronization manifold. The main properties of modulational sychronization are obtained from discrete systems (maps), giving special attention to the scaling laws. We report our chief contribution: the experimental analysis of modulational intermittency in two coupled Rössler circuits (electronic oscillators) in a master-slave configuration. Particular attention is devoted to the statistical laws associated with modulational intermittency.

Nesta dissertação é apresentado o estudo da célula SRAM estática de 6 transistores, com tecnologia CMOS, sendo utilizada em ambiente exposto à radiação. Foi verificado, através de simulação com o Hspice (HSPICE, 2009; KIME, 1998) e com a análise de Monte Carlo, o seu comportamento com relação à dose de ionização total (Total Ionization Dose, TID), a qual altera a tensão de limiar (threshold voltage, Vth) e a corrente de fuga, não sendo utilizada nenhuma técnica de fabricação especial para tolerância à radiação. Na simulação foi observado o comportamento da célula com relação ao tempo de atraso de escrita, à margem de ruído de leitura e ao consumo de energia. As simulações incluem as tecnologias de 130nm e 350nm sendo, portanto, possível comparar os efeitos de radiação citados em ambas, para verificar qual é a mais naturalmente resistente a radiação, verificando se está coerente com resultados divulgados na literatura. Para simular o efeito de dose, altera-se a tensão de limiar (threshold voltage, Vth) com a análise de Monte Carlo e, para a corrente de fuga, adiciona-se uma fonte de corrente entre o dreno e fonte de cada transistor. Os valores de Vth e corrente de fuga foram obtidos nas referências (HAUGERUD, 2005) para a tecnologia 130nm e (LACOE, 1998) para a tecnologia 350 nm. As simulações mostram que o comportamento foi coerente com resultados já conhecidos, em que a tecnologia mais antiga (350nm) tem alterações mais significativas do que a tecnologia mais atual, em relação à TID. / This work presents the study of the static RAM (SRAM) cell with 6 transistor, using CMOS technology, under radiation environment. The electrical behavior of the cell is evaluated using SPICE simulation (HSPICE, 2009; KIME, 1998) and applying Monte Carlo analysis. The effect of total ionization dose is analyzed through the modeling of threshold voltage shifts and leakage currents. The case study processes of this work do not use any special fabrication steps to make the circuit tolerant to radiation. The behavior of the cell related to write propagation time, read noise margin and energy consumption is evaluated through scripts written to support the simulation campaign. The simulations were performed for both 130nm and 350nm technologies, making possible to compare which one is more resistant to radiation. To further explore the dose effect in the case where the radiation does not affect all transistors in exactly the same way, the threshold voltage (Vth) of the transistors is varied randomly in the Monte Carlo analysis. To consider the leakage current, it is added a current source between drain and source of each transistor. The values of Vth and leakage current were obtained in reference (HAUGERUD, 2005) for the 130nm and in reference (LACOE, 1998) for the 350nm technology. The simulations show that the behavior was consistent with results already known, in which the older technology (350nm) is more significant changes then the most current technology, for the TID.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-05-31T16:52:06Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2344376 bytes, checksum: e39397755e2d8ce9c0f57409e180b30b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-31T16:52:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2344376 bytes, checksum: e39397755e2d8ce9c0f57409e180b30b (MD5) Previous issue date: 2010-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A secagem dos produtos agrícolas é o processo mais utilizado para assegurar sua qualidade e estabilidade. Neste trabalho foi desenvolvido um sistema automático para realizar o controle sobre o ciclo de funcionamento de uma bomba de calor de forma a permitir que a mesma seja usada tanto para secagem quanto para aeração de grãos. Quando utilizada no processo de secagem, o sistema de controle é capaz de manter o ar de secagem com temperatura constante e umidade relativa dentro dos parâmetros definidos pelo usuário. Quando utilizada no processo de aeração, o sistema de controle é capaz de manter o ar de saída com valores de temperatura e umidade relativa tais que mantenham a relação de umidade de equilíbrio constante, em resposta às variações ocorridas no ar ambiente. Para o desenvolvimento deste sistema de controle foi utilizado um microcontrolador PIC 18F4550 da microchip, sensores de temperatura LM35 da National Semicondutor e sensores de umidade relativa HIH 4000-004 da Honeywell. Para realizar a ação de controle foi implementado uma estratégia de controle PID em linguagem C para microcontroladores, que de posse dos valores de temperatura e umidade relativa do ar ambiente, do ar na saída da bomba de calor e do ar na saída do silo secador, calcula os erros entre os valores medidos e os desejados. De posse dos valores destes erros, a estratégia de controle PID tende a minimizá-los atuando nos inversores de frequência que controlam o funcionamento do compressor e do ventilador da bomba de calor. Para o caso em que a umidade relativa do ar ambiente estivesse abaixo do valor mínimo para manter a umidade de equilíbrio durante o processo de aeração, foi desenvolvido um sistema borrifador que quando acionado pelo sistema de controle libera água em forma de névoa na entrada da bomba de calor, elevando-se assim a umidade relativa do ar a ser processado. Em todos os testes realizados para a validação do sistema de controle o mesmo foi capaz de manter os valores de temperatura e umidade relativa de acordo com os valores escolhidos, dentro da faixa de operação da bomba de calor utilizada, respondendo de forma satisfatória às variações ocorridas no ar ambiente. / The drying of agricultural products is the most used process to make certain its quality and stability. In this work was developed an automatic system to control the operation cycle of a heat pump with the purpose of to be used both in drier and in aeration of grains. When the heat pump is used in drier process, the control system is able to maintain the dryer air with constant temperature and humidity according to the parameters defined by the user. When used in the aeration process, the control system is able to maintain the air with values of temperature and humidity in such a way which keep moisture content of the grains constant, irrespective of environment changes. In the development of the control system a microcontroller PIC 18F4550, temperature sensors LM35 by National Semiconductors and Humidity sensors HIH 4000-004 by Honeywell was used. To produce the control action a PID control strategy was implemented in language C for microcontrollers, where reading the temperature and humidity sensors disposed at the environment, at the air exit of the heat pump and at the air exit of the grain store, the errors between the desired and the reads values is calculated. With the values of these errors, the PID control strategy try to keep it at the minimum value acting in the frequency inverters which control the compressor and the fan speed of the heat pump. To the case which the environment air humidity is below of the minimum value to maintain moisture contents of the grains in the aeration process, a spray system was purpose- built to produce a mist, when the system is turned on, in the air at the heat pump entrance, adding humidity to the air. After several tests to validate the performance of the control system developed in this work, was possible verify that the system is able to keep temperature and humidity of the air according with the values of set-point defined by user, respecting the operation range of the heat pump, independent of the environment changes. / Não foi localizado o cpf do autor.

Nesta dissertação é apresentado o estudo da célula SRAM estática de 6 transistores, com tecnologia CMOS, sendo utilizada em ambiente exposto à radiação. Foi verificado, através de simulação com o Hspice (HSPICE, 2009; KIME, 1998) e com a análise de Monte Carlo, o seu comportamento com relação à dose de ionização total (Total Ionization Dose, TID), a qual altera a tensão de limiar (threshold voltage, Vth) e a corrente de fuga, não sendo utilizada nenhuma técnica de fabricação especial para tolerância à radiação. Na simulação foi observado o comportamento da célula com relação ao tempo de atraso de escrita, à margem de ruído de leitura e ao consumo de energia. As simulações incluem as tecnologias de 130nm e 350nm sendo, portanto, possível comparar os efeitos de radiação citados em ambas, para verificar qual é a mais naturalmente resistente a radiação, verificando se está coerente com resultados divulgados na literatura. Para simular o efeito de dose, altera-se a tensão de limiar (threshold voltage, Vth) com a análise de Monte Carlo e, para a corrente de fuga, adiciona-se uma fonte de corrente entre o dreno e fonte de cada transistor. Os valores de Vth e corrente de fuga foram obtidos nas referências (HAUGERUD, 2005) para a tecnologia 130nm e (LACOE, 1998) para a tecnologia 350 nm. As simulações mostram que o comportamento foi coerente com resultados já conhecidos, em que a tecnologia mais antiga (350nm) tem alterações mais significativas do que a tecnologia mais atual, em relação à TID. / This work presents the study of the static RAM (SRAM) cell with 6 transistor, using CMOS technology, under radiation environment. The electrical behavior of the cell is evaluated using SPICE simulation (HSPICE, 2009; KIME, 1998) and applying Monte Carlo analysis. The effect of total ionization dose is analyzed through the modeling of threshold voltage shifts and leakage currents. The case study processes of this work do not use any special fabrication steps to make the circuit tolerant to radiation. The behavior of the cell related to write propagation time, read noise margin and energy consumption is evaluated through scripts written to support the simulation campaign. The simulations were performed for both 130nm and 350nm technologies, making possible to compare which one is more resistant to radiation. To further explore the dose effect in the case where the radiation does not affect all transistors in exactly the same way, the threshold voltage (Vth) of the transistors is varied randomly in the Monte Carlo analysis. To consider the leakage current, it is added a current source between drain and source of each transistor. The values of Vth and leakage current were obtained in reference (HAUGERUD, 2005) for the 130nm and in reference (LACOE, 1998) for the 350nm technology. The simulations show that the behavior was consistent with results already known, in which the older technology (350nm) is more significant changes then the most current technology, for the TID.

A câmara hiperbárica, equipamento pelo tratamento de diversos tipos de doenças ou síndromes, possui uma restrição muito grande quanto à instrumentação biomédica utilizada para monitoramento dos pacientes, devido ao alto risco de fogo ou explosão, por trabalhar com oxigênio (O2)sob pressão. No presente trabalho é descrito o desenvolvimento de um dispositivo biotelemétrico ativo, porém de baixo consumo e menor possível envolvida, capaz de monitorar, em tempo real, o sinal de ECG de um paciente sob tratamento hiperbárico. Para minimizar a possibilidade de se gravar níveis de calor suficientes para iniciar uma explosão,optou-se pelo uso de circuitos eletrônicos que, comparativamente, pudessem operar com os menores níveis de energia. Além disso, procurou-se evitar o uso de materiais que em contato com o O2 puro pudessem causar reações químicas que levassem a uma explosão. Neste sentido, optou-se por alimentar o dispositivo usando-se células fotovoltaícas, evitando assim o uso de baterias. Para se chegar a este desenvolvimento, estudaram-se os níveis de campo elétrico necessários para a deflagração de faíscas elétricas (Curvas de Paschen) dentro de uma câmara hiperbárica protótipo contendo O2 sob pressão. Os resultados definem uma relação segura entre a tensão aplicada e a distância entre as partes condutoras de um circuito eletrônico dentro da câmara (trilhas da placa de circuito impresso ou terminais de componentes). / Hyperbaric chambers are a kind of equipament used to treat several illness or syndromes. However, it is very dangerous whenever electronic instruments are used inside it, because the chamber has oxygen (O2) under pressure and the equipment can originate fires, specially due to the generation of sparks. In the present work, it is described the development of an active biotelemetric device. The circuit is capable to monitor, in real time, the ECG signal of a patient during hyperbaric treatment. To minimize the possibility of generating temperature values high enough to initiate an explosion, it was chosen to use electronic circuits that, comparative, could operate with low levels of energy. Moreover, materials that when in contact with pure O2 could cause chemical reactions that would lead to an explosion, have been avoided. In this direction, it was chosen to feed the device using photovoltaic cells, thus avoiding the use of batteries. To reach this development, the necessary levels of electric field for the deflagration of electric sparks have been studied (by Paschen’s Curves) and tests inside a prototype hyperbaric chamber, using O2 under pressure, have been carried out. The final results define a safe relation between applied voltage and the conductive electronic circuit parts inside the chamber (copper trace and pads of the printed circuit board).

Neste trabalho utiliza-se como sistema dinâmico o circuito eletrônico que simula o conjunto de equações acopladas do sistema de Rössler modificado. Este sistema possui uma nâo-linearidade dada por uma função linear por partes e apresenta comportamento caótico para certos valores dos seus parâmetros. A caracterização experimental da dinâmica do sistema de Rössler modificado é realizada através do diagrama de bifurcações. Apresenta-se uma fundamentação teórica de sistemas dinâmicos introduzindo conceitos importantes tais como atratores estranhos, variedades invariantes e também uma análise da estabilidade de comportamentos assintóticos como pontos fixos e ciclos limites. Para uma caracterização métrica do caos, apresenta-se a definição dos expoentes de Lyapunov. São introduzidos também os expoentes de Lyapunov condicionais e transversais, que estão relacionados com a teoria de sincronização de sistemas caóticos. Apresenta-se também a conceituação da sincronização de sistemas caóticos, introduzindo-se a definição de sincronização idêntica, sincronização de fase e variedade de sincronização. As principais propriedades da intermitência modulacional, obtidas a partir de aplicações discretas (mapas), são apresentadas, dando-se ênfase à obtenção das leis de escala. Relatamos a nossa contribuição mais importante: a análise experimental da intermitência modulacional em dois circuitos de Rössler (osciladores eletrônicos) acoplados em uma configuração do tipo mestre-escravo. Atenção particular é devotada às leis estatísticas associadas com a intermitência modulacional. / In this work it is used as a dynamical system the electronic circuit that integrates the modified system of Rössler coupled equations. This system has a nonlinearity given by a piecewise linear function and shows chaotic behavior for certain values of the system parameters. The experimental characterization of the modified Rössler system dynamics is realized through a bifurcation diagram. It is presented a theoretical fundamentation of dynamical systems introducing important concepts like strange attractors, invariant manifolds and also a stability analysis of asymptotic behaviors like fixed points and limit cycles. For a metric characterization of chaos, the definition of the Lyapunov exponents is presented. Also introduced are the conditional and transversal Lyapunov exponents, that are related with the synchronization theory of chaotic systems. It is also presented the conceptual ideas of chaotic synchronization introducing the definitions of identical synchronization, phase synchronization and synchronization manifold. The main properties of modulational sychronization are obtained from discrete systems (maps), giving special attention to the scaling laws. We report our chief contribution: the experimental analysis of modulational intermittency in two coupled Rössler circuits (electronic oscillators) in a master-slave configuration. Particular attention is devoted to the statistical laws associated with modulational intermittency.