Orientador: Edison Zacarias da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-12T21:28:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_ZennerSilva_M.pdf: 20162945 bytes, checksum: d21814c79148ec7f736ed05982bdddfc (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nós apresentamos nesse trabalho dois assuntos relevantes na atualidade:Crescimento de filmes finos metálicos e nanoindentação.Estudamos esses sistemas utilizando dinâmica molecular com potenciais empíricos. Nós mostramos que é possível modelar o crescimento epitaxial utilizando potenciais adequados e uma específica metodologia de deposição. No crescimento de filmes finos estudamos três sistemas utilizando o potencial EAM:Cu/Ag(001),Cu/Au(001) e Pd/Au(001). Para Cu sobre Au e Cu sobre Ag obtivemos resultados de acordo com experimentos anteriores. Enfatizamos que a temperatura e a espessura do filme depositado estão relacionadas com as estruturas apresentadas durante o crescimento. Mostramos que a princípio o filme cresce sob stress numa fase instável bcc, porém ao atingir uma espessura crítica relaxa numa estrutura bct. Então, após a relaxação o filme apresenta um padrão de deformação (stripes). A Relação entre temperatura espessura e porcentagem de átomos nucleados bcc foi quantificada num gráfico. Para o caso Pd sobre Au mostramos que o crescimento resultou num padrão de deformação após atingir 11 camadas. Analisamos as estruturas e indentificamos defeitos tipo "falhas de empilhamento ". Para a modelagem de sistemas semicondutores nós utilizamos o potencial de Terso ..Com um indentador esférico de diamante indentamos uma superfície de silício.Um gráfico de deslocamento do indentador em função da pressão é apresentado. Analisamos o número de coordenação dos átomos de silício quando o indentador atingiu certos valores de pressão. / Abstract: In this work we present two important and current subjects:Metalic thin .lms and nanoindentation. We studied these systems using molecular dynamics with empirical potentials. We showed that it is possible to model the epitaxial growth using a suitable potential and a specific methodology for deposition.Concerning the growth of thin films,we studied three systems using EAM potential:Cu/Ag(001),Cu/Au(001)and Pd/Au(001).For Cu on Au and Cu on Ag,our results are in agreement with previous experiments. We stress that the existence of a bcc and bcc/bct are related to temperature and thickness of the deposited film. We showed that during the deposition of the first few layers,the film grows under stress to form an unstable bcc phase,but after a critical thickness it relaxes in a bct structure.Then,when the film is relaxed it presentes a deformation pattern (stripes). The relationships between temperature,thickness and formed structures are presented. For the case of Pd on Au the growth resulted in a deformation pattern after we deposited 11 mono-layers. We analysed the structures and found defect types known as stacking faults. To model semiconductors systems we used the Tersoff potential. We indented a surface of silicon with a spheric indenter of diamond.A graph of dislocation as function of pressure for the indenter is presented. We analysed the coordination number of silicon atoms when the indenter reached specific values of pressure. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

[pt] A integração monolítica de um modulador com um guia de onda é de muito interesse para aplicação em comunicações ópticas pelo fato de que podemos diminuir as perdas por acoplamento óptico entre os dois dispositivos e usar moduladores curtos que operem em altas taxas de transmissão de dados. O crescimento epitaxial seletivo é uma das técnicas mais promissoras na atualidade para aplicação na integração monolítica de dispositivos semicondutores. Esta técnica permite controlar a espessura e a tensão das camadas crescidas seletivamente permitindo otimizar a integração e as características das estruturas dos dispositivos. A tese trata da implementação, do estudo e da aplicação do crescimento epitaxial seletivo por MOCVD de estruturas casadas e tensionadas de poços quânticos múltiplos de InGaAs/InAlAs para a fabricação de moduladores de amplitude baseados no efeito Stark e sua integração com guias de onda. O desempenho dos moduladores, baseados em estruturas de poços quânticos múltiplos de InGaAs/InAlAs que operam em 1,55 ym, é notavelmente melhorado quando é introduzida uma composição de 52% de Ga na liga e se tem um poço de ~100 A de espessura. Nesse caso, os moduladores possuem uma elevada figura de mérito e podem ser insensíveis à polarização. Nesse estudo foram crescidas várias amostras onde foi analisado o aumento na taxa de crescimento e a variação na composição das ligas de InGaAs e InAlAs em material bulk e em poços quânticos de InGaAs/InAlAs em função da geometria da máscara utilizada, i.e. diferentes larguras do dielétrico e largura da janela onde ocorre o crescimento fixo. Finalmente foram processados guias de onda cujas estruturas foram crescidas com a técnica de crescimento seletivo. Esses guias foram caracterizados por técnicas de campo próximo. / [en] The monolithic integration of a modulator with a waveguide is a lot of interest for application in optical communications for the fact in that can decrease the losses for optical joining between the two devices and to use short modulators that operate in high rates of transmission data. The selective growth is at the present time, one the more promising technique for application in the monolithic integration of semiconductors device. This technique allows to control the thickness and the stress of the grown layers allowing to improve the integration and the characteristics of the devices structures. These thesis is about the implementation, study and application of the selectuve growth by MOCVD of both match and tensile structures of multi quantum wells of inGaAs/InAlAs for the production of the amplitude modulators based on the Stark effect and its integration with waveguide. The performance of the modulators based on structures of multi quantum wells of InGaAs/InAlAs operating in 1,55 um, is notably improved whena Ga composition of 52% is used and the thickness of a quantum well is near to ~100 A. In that case, the modulators have a high figured of merit and they can be insensitive to the polarization. In this study, several samples was grown and the growing rate increase was analyzed and the variation of the composition in InGaAs and InAlAs in bulk alloys and in quantum wells of InGaAs/InAlAs in function of the window where the growth is spent. Finally, waveguides were processed whose structures were grown with the technique of selective growth. Those guides were characterized by the near field technique.

[pt] Se faz um estudo detalhado sobre o crescimento de GaInNAs pela técnica de metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) com o objetivo de diminuir a contaminação residual do carbono no material. Para isso se pesquisa a influência dos precursores assim como dos diferentes parâmetros de crescimento na morfologia, na contaminação residual e na incorporação de diferentes elementos nos materiais. A temperatura, a taxa de crescimento, a razão As/III, o conteúdo do nitrogênio e os diferentes precursores são os parâmetros alterados de uma amostra para a outra. Como alguns precursores não foram usados antes para este material semicondutor, inicialmente apenas o GaAs foi examinado, passando posteriormente aos materiais ternários GaInAs e GaNAs, para finalmente obter o GaInNAs. Através da caracterização das amostras obtém-se a qualidade dos materiais assim como a contaminação residual do carbono. São utilizadas técnicas de difração de raios-X de alta resolução (HR-XRD), microscopia de força atômica (AFM), perfil eletroquímico de capacitância-tensão (ECV), espectrometria de massa de íons secundários (SIMS), fotoluminescência (PL) e técnicas in-situ próprias do reator MOVPE para avaliar o efeito dos parâmetros de crescimento epitaxial sobre a qualidade das estruturas obtidas, assim como sobre a incorporação dos diferentes elementos nos materiais. O crescimento do GaInNAs no reator CRIUS foi bem sucedido com algumas combinações dos precursores. Se confirmou que o alto nível do carbono está relacionado à quantidade do nitrogênio no cristal e que o carbono é fornecido pelos grupos metil dos precursores, principalmente pelo TMGa, seguido do TMIn. Todas as medidas para reduzir a incorporação residual do carbono foram bem sucedidas. O uso de precursores do grupo III sem grupo metil reduz significativamente a dopagem residual do carbono. Finalmente foram crescidas células solares para avaliar o material no dispositivo. / [en] A detailed investigation the GaInNAs growth by metalorganc vapor phase epitaxy (MOVPE) is performed in order to reduce the carbon background in the material. For this, the precursors , as well as the different growth parameters influence on crystal morphology, carbon background and the incorporation of different elements on the semiconductor material, are investigated. The temperature, the growth rate, the As/III ratio, the nitrogen content, and the different precursors were varied from one sample to another. Particularly, since some precursors were never used for this semiconductor material, initially, only GaAs was examined, later the GaInAs and the GaNAs ternary materials were grown, to finally obtain the GaInNAs. The samples characterization was used to assess materials quality, as well as the carbon background incorporation. Different characterization techniques such as High-Resolution X-Ray Diffraction (HR-XRD), Atomic Force Microscopy (AFM), Electrochemical Capacitance-Voltage (ECV) and In-Situ measurements were used to evaluate the effect of the epitaxial growth parameters on the quality of the obtained structures, as well as on the different elements incorporation in the semiconductor material. GaInNAs was successfully grown in the MOVPE reactor with particular precursors combinations. The relation between the high carbon level and the nitrogen amount in the crystal was confirmed, as well as the fact that carbon is supplied by methyl-groups of the precursors, especially TMGa, followed by TMIn. All measures to reduce carbon background incorporation were successful. The use of methyl group free III precursors significantly reduces the carbon background incorporation. Finally, solar cells were grown to evaluate the material in the device.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2893346 bytes, checksum: 9ae656930afe35b3a72cddee0c2cc87c (MD5) Previous issue date: 2009-05-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The epitaxial growth technique by molecular beams (Molecular Beam Epitaxy – MBE) can be considered as one of the most important for obtaining thin fine films, heterostructures and nanostructures nowadays, allowing the production of high quality layers, and it also allows the in situ monitoring of process through several techniques of characterization. This work presents the project, the construction and the initial tests of a MBE system for the growing of compounds containing cadmium, tellurium, manganese and zinc. The work shows a bibliographic revision of the main types of epitaxy, some of the main techniques of growth, the basic principles of vacuum technology and the necessary tools to the construction of the system. The detailed project of the system and its main components represented. Finally, the functioning tests of the vacuum systems, the effusion cells, the system of controlling and automation and the results obtained with the first obtained samples represented. The total cost of the system in the current configuration is approximately R$150.000 which is about as less as one fourth of one commercial system with approximately the same characteristics. / A técnica de crescimento epitaxial por feixes moleculares (Molecular Beam Epitaxy – MBE) pode ser considerada como uma das mais importantes para a obtenção de filmes finos, heteroestruturas e nanoestruturas nos dias atuais, permitindo a obtenção de filmes de excelente qualidade, além de permitir o acompanhamento do crescimento in situ através de diversas técnicas de caracterização. Este trabalho aborda o projeto, a construção e os testes iniciais de um sistema de MBE para o crescimento de compostos contendo Cádmio, Telúrio, Manganês e Zinco. O trabalho apresenta uma revisão bibliográfica dos principais tipos de epitaxia, algumas das principais técnicas de crescimento, princípios básicos da tecnologia de vácuo e os instrumentos necessários à construção do sistema. É apresentado o projeto detalhado do sistema e seus principais componentes. Finalmente, descrevem-se os testes de funcionamento do sistema de vácuo, das células de efusão, o sistema de controle e automatização e os resultados obtidos com as primeiras amostras obtidas. O custo total do sistema na configuração atual é de aproximadamente R$ 150.000, cerca de 4 vezes menor que o de um sistema comercial com aproximadamente as mesmas características.

[pt] Substratos de germânio (Ge) são utilizados para o crescimento de dispositivos optoeletrônicos III-V, como células solares. Porém, o Ge é uma matéria-prima crítica devido à sua disponibilidade limitada. Além disso, o substrato de Ge representa cerca de 30-40 por cento dos custos totais de uma célula solar de junção tripla. Neste trabalho, foram crescidas amostras e células solares III-V sobre substratos de Ge com diferentes tecnologias (tec). Três diferentes tecs foram investigadas: 1) utilizando substratos de Ge com camadas porosas para crescer materiais III-V, sendo que a camada porosa é retirada para que o substrato possa ser reutilizado; 2) utilizando substratos mais finos e com menos processos de finalização da superfície, o que a deixa mais rugosa comparada a substratos comerciais; 3) substituindo o substrato de Ge por substratos alternativos que compreendam outros elementos, como um substrato de Si onde é depositado um buffer metamórfico de SiGe, no qual o parâmetro de rede foi ajustado até o chegar no de Si0.1Ge0.9. Os substratos utilizados não são perfeitos como os substratos comerciais de Ge e podem gerar defeitos nas camadas de III-V subsequentes. Para investigar a influência desses substratos nas camadas III-V foram crescidas heteroestruturas duplas (HED) de AlGaInAs/GaInAs nos substratos das tecs 1 e 2 e HED de AlGaAs/GaAs nos substratos da tec 3. Suas propriedades foram avaliadas com AFM para obter a rugosidade média quadrática e possíveis defeitos da superfície, catodoluminescência para estimar a densidade de defeitos na estrutura e Electron Channeling Contrast Imaging para identificar os tipos de defeitos encontrados com CL. Além disso, para as amostras crescidas sobre os substratos tec 1, suas composições e espessuras foram investigadas por XRD e com fotoluminescência resolvida no tempo avaliou-se o tempo de vida dos elétrons. Nos substratos das tecs 2 e 3 também foram crescidas células solares de junção tripla, que foram processadas e caracterizadas por curvas I-V e EQE. Os resultados obtidos com todas as tecs levam a uma perspectiva otimista para um futuro com células solares mais baratas e que utilizem menos Ge. / [en] Germanium (Ge) substrates are used for the growth of III-V optoelectronic devices such as solar cells. However, Ge is a critical raw material due to its limited availability. Furthermore, Ge substrate accounts for about 30-40 percent of the total costs of a triple junction solar cell. In this work III-V samples and solar cells were grown on Ge substrates with different technologies (techs). Three different techs were investigated: 1) using Ge substrates with porous layers to grow III-V materials, in which the porous layer is removed so that the substrate can be reused; 2) using thinner substrates and with fewer surface finishing processes, which makes it rougher compared to commercial substrates; 3) replacing the Ge substrate with alternative substrates that comprise other elements, such as a Si substrate where a metamorphic SiGe buffer is deposited, in which the lattice parameter is gradually adjusted until it reaches Si0.1 Ge0.9. The substrates used are not as perfect as commercial Ge substrates and can generate defects in the subsequent III-V layers. To investigate the influence of these substrates on III-V layers, double heterostructures (DH) of AlGaInAs/GaInAs were grown on the substrates of techs 1 and 2 and DH of AlGaAs/GaAs on the substrates of tech 3. Their properties were evaluated with AFM to obtain the root mean square roughness and possible surface defects, cathodoluminescence to estimate the density of defects in the structure and Electron Channeling Contrast Imaging to identify the types of defects found with CL. Furthermore, for samples grown on tech 1 substrates, the compositions and thicknesses were evaluated by XRD, and with time-resolved photoluminescence, the lifetime of the electrons was evaluated. Triple junction solar cells were also grown on techs 2 and 3 substrates, which were processed and characterized by I-V and EQE curves. The results obtained with all tecs lead to an optimistic perspective for a future with cheaper solar cells that use less Ge.