O germe desta tese data de mais de quinze anos quando, em conexão com outro trabalho, correlato se bem que bastante voltado para a tecnologia [TRZE85a] , um artigo [SCHA71a] chamou a atenção para os fatos de que (i) a ausência de recaptura na luminescência termicamente ativada implicava um mecanismo de cinética de primeira ordem; (ii) nestas condições, ter-se-ia uma densidade eletrônica monotonicamente crescente no nível para os quais os elétrons (buracos) eram libertados; (iii) sendo tal nível a banda de condução (valência), seria detectável uma condutividade elétrica permanente, contrariamente a todas as observações experimentais (sem falar que a explicação para a transitoriedade da própria luminescência se tomaria complicada). Ora, se tal era a situação, por que se insistia tanto em buscar ajustes numéricos de parâmetros de armadilhas e de modelos de processos, questionando a ordem de cinética (cujo conhecimento é indispensável para que os valores encontrados façam sentido, [BRAU79b]), em lugar de primeiro se obterem experimentalmente as informações necessárias? Urgia fazê-lo, era premente a disponibilidade de um equipamento experimental que o permitisse. Esta perspectiva conduziu ao desenvolvimento do SEX-Sistema Experimental Multi-propósito no Domínio Eletroóptico, descrito detalhadamente no sexto capítulo. Resumidamente, trata-se de um dispositivo integrado de medição, capaz de operar na faixa de 80 K até 800 K sob vácuo ou outra atmosfera escolhida qualquer, com o qual se podem realizar experimentos de radio-, termo-, foto- e eletroluminescência, radio-, termo- e fotocorrentes elétricas (com e sem campo elétrico externo aplicado) e, ainda, perdas dielétricas; é possível igualmente nele se efetuarem tratamentos de amostras,explorando as modalidades de transferência de energia envolvidas nas técnicas de detecção acima citadas. No sétimo capítulo, estão mostrados alguns resultados obtidos com o equipamento no estágio de desenvolvimento em que ele presentemente se encontra. Das cerca de setenta partes e peças que o constituem, 70% foram especialmente projetadas e executadas. A preocupação, desencadeada pelo trabalho de Scharmann a que se aludiu acima, não se limitou, porém, a somente propiciar a disponibilidade de novos recursos para o laboratório. Ela gerou diretrizes e posturas comprometidas com a otimização das ações envolvidas no trabalho experimental, visando a maximizar a relação entre as informações obtidas e o esforço dispendido. Aplicar uma dada técnica à investigação de uma amostra corresponde a fazer uma pergunta à natureza: a proposta dos quatro Princípios descritos no segundo capítulo é indicar qual a melhor pergunta a ser feita em cada momento da investigação; complementarmente, os capítulos terceiro e quarto envolvem partes importantes do conhecimento exigido para que as respostas obtidas sejam entendidas e interpretadas adequadamente. Pode parecer curioso que, embora o capítulo quinto não seja o último deste trabalho, a descrição de seu conteúdo venha a ser feita somente no parágrafo final deste resumo. Há uma razão determinante para que assim seja: o que lá se aborda não são resultados do SEX mas, sim e ao mesmo tempo, pais e filhos da filosofia, dos Principias para o Estudo de Defeitos em Materiais no Domínio Eletroóptico. Os resultados descritos geraram tal filosofia, mas foram também gerados por ela, e, nesta profícua interação, proporcionaram ao grupo de pesquisas, entre artigos, comunicações orais e painéis, bem mais de uma dezena de publicações no país e no exterior [LIMA90a; LIMA9la; LIMA9Jb; LIMA92a; LIMA93b ;TRZE89a; TRZE90b; TRZE9Ja; TRZE92a; TRZE92b; TRZE92c;VALE9la; VALE 93a;VALE93b, entre outros]. / The germ of this thesis was planted more then fifteen years ago when, in connection with a correlated albeit technologically oriented work [TRZ85af3, a paper [SCHA71a] called attention to the facts that: (i) the absence of retrapping in thermally stimulated luminescence implied a .first order kinetics mechanism, and (ii)under these circumstances, a monotonically increasing density of electrons (holes) would appear at the level to which the charge carriers would be liberated which, being the conduction (valence) band, would allow the detection of a permanent electrical conductivity, against all observed facts (without mentioning that an explanation for a transient luminescence would became a very complicated task). If this was the situation, why so much insistence in looking for numerically fitted parameters of traps and models for processes, posing questions on the order of kinetics (whose knowledge is indispensable to get meaningful values, [BRAU79b]),instead of first searching for the necessary experimental information? It was urgent to do so, the availability of an experimental equipment that would allow it was pressing. This perspective lead to the development of the SEX-Multi-purpose Experimental System in the Electro-optical Domain, described in detail in chapter six. SEX is, in brief, an integrated measurement system, operating from 80 K to 800 K under vacuum or any other chosen atmosphere, allowing to do experiments in radio-, thermo-, photo-, and electroluminescence; radio, thermo-, and photocurrents (both with and without an externally applied electric field); moreover, dielectric fosses. It is equally possible to employ SEX for sample treatments using the kinds of energy exchange involved in the above described detection techniques. Some results, obtained with the equipment at its present stage of development, are given in chapter seven. Out of its about seventy constituent parts, 70% were specially designed and built. The preoccupation initiated by Scharmann\'s paper, however, did not restrict itself to propitiate new laboratory resources. It generated directions and postures towards an optimization of the actions involved in experimental work, aiming to maximize the relationship between the obtained information and the invested efforts. To use a certain technique to investigate a given sample corresponds to put a question to Nature. The proposal of the four Principles of the second chapter is to indicate which is the best question to be asked at each step of the investigation; chapters three and four, in addition, involve relevant parts of the knowledge required for the obtained answers to be suitable understood and interpreted. It may seem strange that the content of the fifth chapter will be described only in the final paragraph of the abstract, although it is not the last chapter of this work. There is, however, a decisive reason for this: what will be found there are not results observed using SEX, but rather simultaneously parents and children of the philosophy, of the Principles for the Electro-optical Study of Defects in Materials. The presented results generated the philosophy, but were also generated by it, and, in this profitable interaction, propitiated to the research group more than a dozen publications among posters, oral communications and full papers, in Brazil and abroad [LIMA90a; LIMA9la; LIMA9Jb; LIMA92a; LIMA93b ;TRZE89a; TRZE90b; TRZE9Ja; TRZE92a; TRZE92b;TRZE92c;VALE9la;VALE 93a;VALE93b, among others].

O germe desta tese data de mais de quinze anos quando, em conexão com outro trabalho, correlato se bem que bastante voltado para a tecnologia [TRZE85a] , um artigo [SCHA71a] chamou a atenção para os fatos de que (i) a ausência de recaptura na luminescência termicamente ativada implicava um mecanismo de cinética de primeira ordem; (ii) nestas condições, ter-se-ia uma densidade eletrônica monotonicamente crescente no nível para os quais os elétrons (buracos) eram libertados; (iii) sendo tal nível a banda de condução (valência), seria detectável uma condutividade elétrica permanente, contrariamente a todas as observações experimentais (sem falar que a explicação para a transitoriedade da própria luminescência se tomaria complicada). Ora, se tal era a situação, por que se insistia tanto em buscar ajustes numéricos de parâmetros de armadilhas e de modelos de processos, questionando a ordem de cinética (cujo conhecimento é indispensável para que os valores encontrados façam sentido, [BRAU79b]), em lugar de primeiro se obterem experimentalmente as informações necessárias? Urgia fazê-lo, era premente a disponibilidade de um equipamento experimental que o permitisse. Esta perspectiva conduziu ao desenvolvimento do SEX-Sistema Experimental Multi-propósito no Domínio Eletroóptico, descrito detalhadamente no sexto capítulo. Resumidamente, trata-se de um dispositivo integrado de medição, capaz de operar na faixa de 80 K até 800 K sob vácuo ou outra atmosfera escolhida qualquer, com o qual se podem realizar experimentos de radio-, termo-, foto- e eletroluminescência, radio-, termo- e fotocorrentes elétricas (com e sem campo elétrico externo aplicado) e, ainda, perdas dielétricas; é possível igualmente nele se efetuarem tratamentos de amostras,explorando as modalidades de transferência de energia envolvidas nas técnicas de detecção acima citadas. No sétimo capítulo, estão mostrados alguns resultados obtidos com o equipamento no estágio de desenvolvimento em que ele presentemente se encontra. Das cerca de setenta partes e peças que o constituem, 70% foram especialmente projetadas e executadas. A preocupação, desencadeada pelo trabalho de Scharmann a que se aludiu acima, não se limitou, porém, a somente propiciar a disponibilidade de novos recursos para o laboratório. Ela gerou diretrizes e posturas comprometidas com a otimização das ações envolvidas no trabalho experimental, visando a maximizar a relação entre as informações obtidas e o esforço dispendido. Aplicar uma dada técnica à investigação de uma amostra corresponde a fazer uma pergunta à natureza: a proposta dos quatro Princípios descritos no segundo capítulo é indicar qual a melhor pergunta a ser feita em cada momento da investigação; complementarmente, os capítulos terceiro e quarto envolvem partes importantes do conhecimento exigido para que as respostas obtidas sejam entendidas e interpretadas adequadamente. Pode parecer curioso que, embora o capítulo quinto não seja o último deste trabalho, a descrição de seu conteúdo venha a ser feita somente no parágrafo final deste resumo. Há uma razão determinante para que assim seja: o que lá se aborda não são resultados do SEX mas, sim e ao mesmo tempo, pais e filhos da filosofia, dos Principias para o Estudo de Defeitos em Materiais no Domínio Eletroóptico. Os resultados descritos geraram tal filosofia, mas foram também gerados por ela, e, nesta profícua interação, proporcionaram ao grupo de pesquisas, entre artigos, comunicações orais e painéis, bem mais de uma dezena de publicações no país e no exterior [LIMA90a; LIMA9la; LIMA9Jb; LIMA92a; LIMA93b ;TRZE89a; TRZE90b; TRZE9Ja; TRZE92a; TRZE92b; TRZE92c;VALE9la; VALE 93a;VALE93b, entre outros]. / The germ of this thesis was planted more then fifteen years ago when, in connection with a correlated albeit technologically oriented work [TRZ85af3, a paper [SCHA71a] called attention to the facts that: (i) the absence of retrapping in thermally stimulated luminescence implied a .first order kinetics mechanism, and (ii)under these circumstances, a monotonically increasing density of electrons (holes) would appear at the level to which the charge carriers would be liberated which, being the conduction (valence) band, would allow the detection of a permanent electrical conductivity, against all observed facts (without mentioning that an explanation for a transient luminescence would became a very complicated task). If this was the situation, why so much insistence in looking for numerically fitted parameters of traps and models for processes, posing questions on the order of kinetics (whose knowledge is indispensable to get meaningful values, [BRAU79b]),instead of first searching for the necessary experimental information? It was urgent to do so, the availability of an experimental equipment that would allow it was pressing. This perspective lead to the development of the SEX-Multi-purpose Experimental System in the Electro-optical Domain, described in detail in chapter six. SEX is, in brief, an integrated measurement system, operating from 80 K to 800 K under vacuum or any other chosen atmosphere, allowing to do experiments in radio-, thermo-, photo-, and electroluminescence; radio, thermo-, and photocurrents (both with and without an externally applied electric field); moreover, dielectric fosses. It is equally possible to employ SEX for sample treatments using the kinds of energy exchange involved in the above described detection techniques. Some results, obtained with the equipment at its present stage of development, are given in chapter seven. Out of its about seventy constituent parts, 70% were specially designed and built. The preoccupation initiated by Scharmann\'s paper, however, did not restrict itself to propitiate new laboratory resources. It generated directions and postures towards an optimization of the actions involved in experimental work, aiming to maximize the relationship between the obtained information and the invested efforts. To use a certain technique to investigate a given sample corresponds to put a question to Nature. The proposal of the four Principles of the second chapter is to indicate which is the best question to be asked at each step of the investigation; chapters three and four, in addition, involve relevant parts of the knowledge required for the obtained answers to be suitable understood and interpreted. It may seem strange that the content of the fifth chapter will be described only in the final paragraph of the abstract, although it is not the last chapter of this work. There is, however, a decisive reason for this: what will be found there are not results observed using SEX, but rather simultaneously parents and children of the philosophy, of the Principles for the Electro-optical Study of Defects in Materials. The presented results generated the philosophy, but were also generated by it, and, in this profitable interaction, propitiated to the research group more than a dozen publications among posters, oral communications and full papers, in Brazil and abroad [LIMA90a; LIMA9la; LIMA9Jb; LIMA92a; LIMA93b ;TRZE89a; TRZE90b; TRZE9Ja; TRZE92a; TRZE92b;TRZE92c;VALE9la;VALE 93a;VALE93b, among others].

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:38:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 05578.pdf: 1277201 bytes, checksum: 2ef4d6038f2cce475891ed87d5a589ad (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Temos como objetivo neste trabalho estudar as propriedades dielÃtricas em rÃdio frequÃncia (RF) e micro-ondas do composto Sr2CoNbO6 (SCNO) adicionando com o Ãxido de titÃnio (TiO2) em porcentagens variando de 15% a 22% em massa. O SCNO à uma perovskita dupla, que foi preparado atravÃs do mÃtodo de reaÃÃo do estado sÃlido. As amostras foram caracterizadas estruturalmente atravÃs da difraÃÃo de raio â X (DRX). O mÃtodo utilizado para obtenÃÃo da fase desejada foi realizada atravÃs do refinamento de Rietveld, que mostrou estrutura de simetria cÃbica do tipo pm3m. As propriedades dielÃtricas: constante dielÃtrica (εâ) e fator de perda dielÃtrica (tgδ) foram medidas à temperatura ambiente na faixa de frequÃncia de 100KHz a 2GHz e mostraram que a permissividade diminui com a frequÃncia. Abaixo de 50MHz a constante dielÃtrica se apresenta alta e acima de 1GHz se apresenta baixa. A picnometria realizada mostrou que as densidades relativas ficaram todas acima de 80%. Para que o estudo de micro-ondas ficasse completo aplicamos o mÃtodo de Hakki Coleman, que mostrou crescimento da permissividade dielÃtrica com o aumento da concentraÃÃo de TiO2 (14 â 52)e perdas dielÃtricas variando de 10-2 - 10-4 . O coeficiente de temperatura da frequÃncia de ressonÃncia (τf) mostrou que o SCNO apresenta τf negativo (-634ppm/oC). Com a adiÃÃo do TiO2 o τf passou a apresentar valores positivos. A simulaÃÃo numÃrica de uma antena ressoadora dielÃtrica (DRA) baseada no SCNO e adicionada com TiO2 foi realizada atravÃs do software HFSS e os resultados se apresentaram bastante concordantes com os experimentos. O baixo ganho e uma pequena eficiÃncia apresentada para o SCNO puro foi melhorado substancialmente com a adiÃÃo do TiO2. Estas propriedades podem ser melhoradas com uma proposta de uma nova geometria para a (DRA) e com adiÃÃo do TiO2 em novas porcentagens para anÃlises de propriedades dielÃtricas e parÃmetros de antenas.

Nos últimos anos tem sido grande o interesse na tecnologia de fabricação de cerâmicas cossinterizadas a baixas temperaturas (LTCC – Low Temperature Cofired Ceramics), usualmente inferiores a 1000 °C, para fabricação de dispositivos microeletrônicos multicamadas a partir de substratos cerâmicos e vitrocerâmicos. Além do considerável progresso nas comunicações wireless, a indústria eletrônica tem demandado miniaturização, multifuncionalidade e compactação de circuitos e componentes de última geração. Com esse propósito, busca-se desenvolver substratos, sinterizados a baixa temperatura, com baixa perda dielétrica e retração controlada. O diopsídio (CaO.MgO.2SiO2) é considerado de grande potencial para uso como substrato na referida tecnologia para aplicações em altas frequências, pois apresenta baixa constante dielétrica e capacidade de ser sinterizado a temperaturas relativamente baixas. Assim, o objetivo do presente trabalho foi a obtenção de substratos vitrocerâmicos conformados por tape casting a partir de pó de vidro com a composição do diopsídio, passando por tratamentos térmicos de sinterização e cristalização, avaliando o comportamento da retração durante a sinterização para diferentes distribuições de tamanho de partícula. Para isso, fizeram-se moagens do vidro em álcool isopropílico durante 6, 12 e 24 h, em seguida suspensões cerâmicas de pó vítreo foram preparadas e caraterizadas reologicamente buscando-se a máxima concentração de sólidos para a colagem das fitas cerâmicas. Para esse trabalho foi construída uma máquina de tape casting para conformação de fitas finas a partir de suspensões de vidro diopsídio. As fitas coladas foram sinterizadas em tratamentos não isotérmicos com uma taxa de aquecimento de 5°C/min e a retração linear das fitas foi caracterizada simultaneamente. Curvas de retração e densificação foram calculadas usando o modelo de Clusters de sinterização de vidros por escoamento viscoso com cristalização concorrente, e comparadas com os valores experimentais. Finalmente, foram avaliadas as características físicas, térmicas, microestruturais e dielétricas das fitas sinterizadas. A melhor distribuição de tamanho de partícula foi a representada pelo D50 = 5,7 μm, que apresentou as melhores condições reológicas e de dispersão em barbotinas, sendo possível preparar suspensões com concentração de até 49 %vol de sólidos e fitas de espessura acimas de 1 mm. A retração linear ao término da sinterização variou de acordo com a densidade de empacotamento, que por sua vez depende da concentração inicial de sólidos. A maior concentração e densidade de empacotamento foram obtidas para a distribuição de maior tamanho de partícula (D50 = 13,4 μm) e apresentou uma retração linear de 14%. O substratos de diopsídio sinterizado e totalmente cristalizado de 1 mm de espessura e 14% de porosidade apresentou constante dielétrica de 5,3 e perdas dielétricas menores que 0,008 para uma frequência de 30 GHz. Os resultados demostram que o material obtido a partir do processo de manufatura desenvolvido tem grande potencial de inovação. / In recent years there has been a great deal of interest in Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC) manufacturing technology, usually below 1000°C, for the manufacture of multilayer microelectronic devices from ceramic and glass-ceramic substrates. In addition to the considerable progress in wireless communications, the electronics industry needs miniaturization, multifunctionality, and integration of the latest components and circuits. Therefore, it is sought to develop dense, sintered at low-temperature substrates, with low loss dielectric and controlled shrinkage. The diopside (CaO.MgO2.SiO2) has a great potential for use as a substrate for LTCC technology for high-frequency applications since it presents low dielectric constant and the capacity of sintered at low temperatures. The aim of this work was to obtain glass-ceramic substrates prepared by tape casting from diopside glass powder through sintering and crystallization thermal treatments, assessing the behavior of shrinkage during sintering for different particles sizes. For this purpose, the glass was milled in isopropyl alcohol for 6, 12 and 24 h, then slurries from glass powder were prepared and rheological characterized, aiming at the using the highest possible solids concentration to tape casting. It was manufactured a tape casting machine to thin tape making from diopside glass powder slurries. The tapes were sintered in non-isothermal treatments with a heating rate of 5°C/min and the linear shrinkage of the tapes was characterized in situ. Shrinkage and densification curves were calculated using the Clusters model of glass sintering with concurrent crystallization compared with the experimental values. Finally, the physical, thermal, microstructural and dielectric characteristics of the sintered tapes were evaluated. The best particle size distribution was represented by the D50 = 5.66 μm, which presented the optimal rheological and dispersion conditions in slurries, is it possible to prepare suspensions with a concentration of up to 49% volume solids and tape of the thickness of 1 mm. The linear shrinkage after sintering varied according to the green density, which in turn depends on the initial solids concentration. The highest concentration and green density were obtained for the largest particle size distribution (D50 = 13.40 μm) and showed a linear shrinkage of 14%. The sintered and fully crystallized diopside substrates of 1 mm thickness and 14% porosity showed a dielectric constant of 5.3 and dielectric losses of less than 0.008 at a frequency of 30 GHz. The results show that the material obtained has great potential for innovation.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:08/00284-0

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-02-03T16:38:23Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernando Marques Carvalho - 2016.pdf: 8020765 bytes, checksum: f0b8c59261d21ece55ce69b2145f6b4a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-02-06T09:43:50Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernando Marques Carvalho - 2016.pdf: 8020765 bytes, checksum: f0b8c59261d21ece55ce69b2145f6b4a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-06T09:43:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernando Marques Carvalho - 2016.pdf: 8020765 bytes, checksum: f0b8c59261d21ece55ce69b2145f6b4a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-12-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Lead-free multifunction composites are of great interest to the scientific community as they have several potential applications. Such composites were produced from the ferroelectric compound free of lead niobate and potassium sodium tantalate (KNNT) and the magnetic nanoparticles of cobalt ferrite (CFO). A particulate composite was then produced with the ferroelectric matrix and magnetic nanoparticles. First, the influence of the sintering temperature (950 and 1100 °C) on the ceramic densification process was investigated. Ceramics sintered at 950 °C showed very low density, unlike those sintered at 1100 °C, which have a density of 90%. The microstructure of the composites and how the magnetic particles are distributed in the matrix were investigated. The composites presented the perovskite, spinel and tungsten bronze structural phases; The lattice constant of all crystalline phases remained constant, so there was no migration of cations between the distinct phases. The value of the relative dielectric constant of the pure KNNT is 700, which is comparable to the values found in the literature. In the composites, the dielectric constant value decreases coherently with the amount of cobalt ferrite. The coercivity of the nanoparticles before and after the sintering is 1494 and 675 Oe, respectively, in the composites the value of coercivity remains constant. On the other hand, the saturation magnetization of nanoparticles before and after sintering is 63 and 68 emu/g, respectively. The value of the saturation magnetization reduces coherently with the amount of ferrite present in the other composites. In this way, it was shown that the electrical and magnetic properties coexist in the composite, since the magnetic properties depend exclusively on the cobalt ferrite. / Comp´ositos multifuncionais livre de chumbo s˜ao de grande interesse na comunidade cientif´ıca, pois possuem v´arias aplica¸c˜oes em potencial . Tais comp´ositos foram produzidos a partir do composto ferroel´etrico livre de chumbo niobato e tantalato de s´odio e pot´assio (KNNT) e as nano part´ıculas magn´eticas de ferrita de cobalto (CFO). Sendo ent˜ao produzido um comp´osito particulado com a matriz ferroel´etrica e as nanopart´ıculas magn´eticas. Primeiramente investigou-se a influˆencia da temperatura de sinteriza¸c˜ao (950 e 1100°C) no processo de densifica¸c˜ao das cerˆamicas. As cerˆamicas sinterizadas a 950°C apresentaram densidade muito baixas, diferentemente das sinterizadas a 1100°C que possuem densidade de 90%. Foi investigada a microestrutura dos comp´ositos e como as part´ıculas magn´eticas s˜ao distribu´ıdas na matriz. Os comp´ositos apresentaram as fases estruturais perovskita, espin´elio e bronze de tungstˆenio; o parˆametro de rede de todas as fases cristalinas se mantiveram constante, portanto n˜ao houve migra¸c˜ao de c´ations entre as fases distintas. O valor da constante diel´etrica relativa do KNNT puro ´e 700, que ´e compar´avel aos valores encontrados na literatura. Nos comp´ositos o valor da constante diel´etrica decresce, coerentemente, com a quantidade de ferrita de cobalto. A coercividade das nanopart´ıculas antes e ap´os a sinteriza¸c˜ao s˜ao 1494 e 675 Oe, respectivamente, nos comp´ositos o valor da coercividade se mant´em constante. Por outro lado, a magnetiza¸c˜ao de satura¸c˜ao das nanopart´ıculas antes e ap´os a sinteriza¸c˜ao s˜ao 63 e 68 emu/g, respectivamente. O valor da magnetiza¸c˜ao de satura¸c˜ao reduz coerentemente com a quantidade de ferrita presentes nos demais comp´ositos. Desta forma, mostrou-se que as propriedades el´etricas e magn´eticas coexistem no comp´osito, uma vez que as propriedades magn´eticas dependem exclusivamente da ferrita de cobalto.

L'objectif principal de ce travail de thèse a été de développer des méthodologies d'analyse de surface fiables pour caractériser divers nouveaux matériaux intégrés dans des structures de très faibles dimensions caractéristiques des développements actuels de la microélectronique. Un intérêt particulier a été porté sur l'utilisation combinée de plusieurs techniques complémentaires. Une première étude a porté sur les artefacts de caractérisation de couches isolantes (dioxyde de silicium et dioxyde de silicium dopé au fluor – FTEOS) situées entre les niveaux de métallisation des puces. Une étude systématique des effets de la dose électronique liée à une analyse AES a été réalisée en utilisant la complémentarité des techniques AES/XPS. Les résultats ont révélé des changements chimiques en extrême surface (sous-oxydes) dépendant de la nature du matériau. La seconde étude a porté sur la mise en oeuvre d'une méthodologie analytique pour la caractérisation de la couche de passivation formée sur les flancs de gravure après deux gravures plasma successives sur des structures de très faibles dimensions (lignes de 300 nm et tranchées de 200 nm). Cette méthodologie a été basée sur l'utilisation de l'effet de charge différentiel, observé lors d‘analyses simultanées de deux matériaux de propriétés électriques différentes, ainsi que sur la complémentarité des caractérisations par XPS et ToF-SIMS y compris des analyses XPS résolues en angles (AR-XPS). La composition chimique de l'extrême surface de la couche de passivation a ainsi pu être déterminée sur des parois verticales. La surface de cette couche a révélé être composée principalement par de l'oxygène ayant réagi avec le silicium pour former des sous-oxydes de silicium de différentes stoechiométries / The main goal of this thesis was to develop reliable surface analysis methods to characterize various new materials used in very small size structures typical of current developments in microelectronics applications. A particular interest has been taken in combining several complementary techniques. The first study was focused on potential artifacts when characterizing insulating layers (silicon dioxide and fluorine doped silicon dioxide – FTEOS) which are used between metal layers in chips. A comprehensive study of the electron dose effects in AES was performed using complementary AES and XPS techniques. The results revealed chemical changes in the outermost surface (suboxides) that depend on the nature of the material. The second study was focused on the development of an analytical methodology to characterize the passivation layer on the etch sidewalls after two successive plasma etching processes applied onto very small size structures (300 nm lines and 200 nm trenches). This methodology was based on the use of the differential charging effect that takes place when analyzing simultaneously two materials exhibiting different electrical properties and on the complementarity of ToF-SIMS and XPS characterizations including angular resolved XPS (AR-XPS). The chemical composition of the outermost surface of the sidewall passivation layer could then be determined. The surface of that layer was found to be consisting mostly from oxygen than reacted with silicon to form silicon suboxides with various stoichiometries

Este trabalho tem como objetivo investigar o comportamento de transistores SOI de porta tripla com óxido de porta de alta constante dielétrica e eletrodo de porta de metal. Inicialmente estudou-se a aplicação dos métodos de extração de parâmetros através de curvas da capacitância, previamente desenvolvidos para estruturas SOI planares, em dispositivos de porta tripla com óxido de porta de háfnio (HfO2) e porta de metal com nitreto de titânio (TiN). Foram utilizados dispositivos com grandes dimensões, onde a influência das portas laterais pode ser desprezada, apresentando desta forma, um comportamento similar aos dispositivos com geometria planar. Simulações numéricas tridimensionais seguidas de medidas experimentais validam a utilização desses métodos em estruturas de múltiplas portas com grande largura de canal. A capacitância também foi utilizada para se analisar a influência que o efeito de canto exerce sobre estas estruturas de múltiplas portas. Na seqüência, foi investigado o impacto que a variação da espessura da porta de metal TiN causa nas características elétricas dos transistores SOI de porta tripla com óxido de porta de silicato de óxido de háfnio (HfSiO). Parâmetros como tensão de limiar, função de trabalho, mobilidade, cargas de interface assim como as características analógicas foram analisadas. Os resultados indicaram que camadas de TiN mais finas são mais atrativas, apresentando menor tensão de limiar e armadilhas de interface, assim como um aumento na mobilidade e no ganho intrínseco do transistor. Contudo uma maior corrente de fuga pelo óxido de porta é vista nestes dispositivos. Juntamente com esta análise, o comportamento de transistores de porta tripla com dielétrico de porta de silicato de óxido de háfnio nitretado (HfSiON) também foi estudado, onde observou-se um maior impacto nas cargas de interface para o óxido de háfnio nitretado. Contudo, o mesmo é capaz de reduzir a difusão de impurezas até o óxido de silício (SiO2) interfacial com o canal de silício. Finalmente transistores de porta tripla com diferentes composições de estrutura de porta foram estudados experimentalmente, onde uma camada de óxido de disprósio (Dy2O3) foi depositada entre o silicato de óxido de háfnio (HfSiO) e a porta de metal TiN. Observou-se uma redução na tensão de limiar nos dispositivos com o óxido de disprósio assim como uma variação na tensão de faixa plana. Em resumo, quando a camada de óxido de disprósio foi depositada dentro da porta de metal TiN, uma melhor interface foi obtida, assim como uma maior espessura de óxido efetivo, indicando desta forma uma menor corrente de fuga. / The main goal of this work is to investigate the behavior of SOI triple gate transistors with high dielectric constant gate oxide and metal gate material. Initially it was studied the application of process parameters extraction methods through capacitance curves, developed previously for planar SOI structures, in the triple-gate devices with hafnium gate oxide (HfO2) and metal gate of titanium nitride (TiN). Devices with larger dimensions were used, where the lateral gate influence can be neglected, presenting a planar behavior. Three-dimensional numerical simulations followed by experimental measurements validated the methods used in multiple-gate structures with wide channel width. The capacitance was also used in order to analyze the corner effect influence under these structures. In sequence, it was investigated the impact that the metal gate TiN thickness variation cause on the electric characteristics on the SOI triple gate transistors with silicate of hafnium oxide (HfSiO) as gate oxide. Beyond threshold voltage, work function, mobility, interface trap density and analog characteristics were analyzed. The results showed that thinner TiN are highly attractive, showing a reduction on the threshold voltage and trap density, an improved mobility and of the intrinsic gain of the transistor. However, an increase on the leakage current is observed in these devices. Together with this analyzes the behavior of triple gate transistors with gate dielectric of silicate of hafnium oxide nitrated (HfSiON) was also studied, where for the HfSiON a higher interface trap density impact was observed. Nevertheless it is efficient on the reduction impurity diffusion to cross until the silicon oxide (SiO2) that interfaces with the silicon channel. Finally, triple gate transistors with different gate stacks were experimentally studied, where a dysprosium oxide layer (Dy2O3) was deposited between the silicate of hafnium oxide (HfSiO) and the TiN metal gate. We observed a reduction in the threshold voltage of theses devices with dysprosium oxide as well as a variation of flatband voltage. In summary, when the dysprosium oxide layer was deposited inside the TiN metal gate, a better interface was obtained, as well as a higher effective oxide thickness, resulting in a lower leakage current.

Este trabalho tem como objetivo investigar o comportamento de transistores SOI de porta tripla com óxido de porta de alta constante dielétrica e eletrodo de porta de metal. Inicialmente estudou-se a aplicação dos métodos de extração de parâmetros através de curvas da capacitância, previamente desenvolvidos para estruturas SOI planares, em dispositivos de porta tripla com óxido de porta de háfnio (HfO2) e porta de metal com nitreto de titânio (TiN). Foram utilizados dispositivos com grandes dimensões, onde a influência das portas laterais pode ser desprezada, apresentando desta forma, um comportamento similar aos dispositivos com geometria planar. Simulações numéricas tridimensionais seguidas de medidas experimentais validam a utilização desses métodos em estruturas de múltiplas portas com grande largura de canal. A capacitância também foi utilizada para se analisar a influência que o efeito de canto exerce sobre estas estruturas de múltiplas portas. Na seqüência, foi investigado o impacto que a variação da espessura da porta de metal TiN causa nas características elétricas dos transistores SOI de porta tripla com óxido de porta de silicato de óxido de háfnio (HfSiO). Parâmetros como tensão de limiar, função de trabalho, mobilidade, cargas de interface assim como as características analógicas foram analisadas. Os resultados indicaram que camadas de TiN mais finas são mais atrativas, apresentando menor tensão de limiar e armadilhas de interface, assim como um aumento na mobilidade e no ganho intrínseco do transistor. Contudo uma maior corrente de fuga pelo óxido de porta é vista nestes dispositivos. Juntamente com esta análise, o comportamento de transistores de porta tripla com dielétrico de porta de silicato de óxido de háfnio nitretado (HfSiON) também foi estudado, onde observou-se um maior impacto nas cargas de interface para o óxido de háfnio nitretado. Contudo, o mesmo é capaz de reduzir a difusão de impurezas até o óxido de silício (SiO2) interfacial com o canal de silício. Finalmente transistores de porta tripla com diferentes composições de estrutura de porta foram estudados experimentalmente, onde uma camada de óxido de disprósio (Dy2O3) foi depositada entre o silicato de óxido de háfnio (HfSiO) e a porta de metal TiN. Observou-se uma redução na tensão de limiar nos dispositivos com o óxido de disprósio assim como uma variação na tensão de faixa plana. Em resumo, quando a camada de óxido de disprósio foi depositada dentro da porta de metal TiN, uma melhor interface foi obtida, assim como uma maior espessura de óxido efetivo, indicando desta forma uma menor corrente de fuga. / The main goal of this work is to investigate the behavior of SOI triple gate transistors with high dielectric constant gate oxide and metal gate material. Initially it was studied the application of process parameters extraction methods through capacitance curves, developed previously for planar SOI structures, in the triple-gate devices with hafnium gate oxide (HfO2) and metal gate of titanium nitride (TiN). Devices with larger dimensions were used, where the lateral gate influence can be neglected, presenting a planar behavior. Three-dimensional numerical simulations followed by experimental measurements validated the methods used in multiple-gate structures with wide channel width. The capacitance was also used in order to analyze the corner effect influence under these structures. In sequence, it was investigated the impact that the metal gate TiN thickness variation cause on the electric characteristics on the SOI triple gate transistors with silicate of hafnium oxide (HfSiO) as gate oxide. Beyond threshold voltage, work function, mobility, interface trap density and analog characteristics were analyzed. The results showed that thinner TiN are highly attractive, showing a reduction on the threshold voltage and trap density, an improved mobility and of the intrinsic gain of the transistor. However, an increase on the leakage current is observed in these devices. Together with this analyzes the behavior of triple gate transistors with gate dielectric of silicate of hafnium oxide nitrated (HfSiON) was also studied, where for the HfSiON a higher interface trap density impact was observed. Nevertheless it is efficient on the reduction impurity diffusion to cross until the silicon oxide (SiO2) that interfaces with the silicon channel. Finally, triple gate transistors with different gate stacks were experimentally studied, where a dysprosium oxide layer (Dy2O3) was deposited between the silicate of hafnium oxide (HfSiO) and the TiN metal gate. We observed a reduction in the threshold voltage of theses devices with dysprosium oxide as well as a variation of flatband voltage. In summary, when the dysprosium oxide layer was deposited inside the TiN metal gate, a better interface was obtained, as well as a higher effective oxide thickness, resulting in a lower leakage current.