Efeitos de radiação em dispositivos eletrônicos são uma preocupação em diversas áreas, como em missões espaciais, aceleradores de partículas de alta energia, entre outras. Entre os efeitos de radiação induzidos por íons pesados estão os chamados de Efeitos de Eventos Isolados (Single Event Effects - SEE), nos quais o impacto de um único íon pode ser capaz de gerar um efeito observável. Estes efeitos nunca haviam sido estudados no Brasil e seu estudo requer um acelerador de partículas capaz de prover feixes de íons pesados com baixo fluxo. A caracterização de dispositivos é feita medindo-se o número de eventos induzidos por radiação em função da transferência de energia por unidade de comprimento (Linear Energy Transfer - LET) do íon na camada sensível do dispositivo. Neste trabalho desenvolvemos um sistema para produção de feixes pesados para estudar SEE no Acelerador Pelletron 8UD, utilizando espalhamento Rutherford. A montagem permite obter feixes iônicos com valores de LET na superfície de silício na faixa de 1 a 40 MeV/mg/2. O valor de LET na camada sensível do dispositivo depende da espessura de sua camada de passivação. Feixes pesados até 48 podem ser utilizados para irradiações com feixe externo, isto é, fora da câmara de vácuo, e até 107 em vácuo, com uniformidade em intensidade acima de 90%. A caracterização do MOSFET 3N163 foi a primeira medida bem-sucedida de SEE no Brasil, e foi possível correlacionar o LET dos íons com a amplitude do sinal gerado no dispositivo sob teste. A curva de seção de choque de SEE foi obtida, e para o dispositivo estudado os valores obtidos de seção de choque de saturação e LET de limiar foram de 2,94(10)105 2 e 2,35(36)MeV/mg/2 respectivamente. / Radiation effects on electronic devices are a main concern for many situations, such as space applications, high-energy particle accelerators, nuclear medicine, among others. A group of radiation effects induced by heavy-ions are called Single Event Effects, because a strike of a single ion can be enough to generate a damage on electronic devices. So far, SEE were not studied in Brazil due to the need of a high-energy, lowflux particle accelerator. Device characterization is done by measuring the number of events as a function of Linear Energy Transfer of the ion beam on the sensitive layer of the device under test (DUT). In this work we developed a Rutherford scattering setup for studying SEE at Sao Paulo 8UD Pelletron Accelerator. The setup can provide ion beams with Linear Energy Transfer values on the silicon surface ranging from 1 to 40 MeV/mg/2. The values on the active layer of the device depend upon the thickness of the dead-layer of the device. Ion beams up to 48 can be used for irradiation of devices outside the vacuum chamber and up to 107 inside the vacuum chamber, with a uniformity better than 90%. The characterization of the MOSFET 3N163 was the first successful measurement of heavy-ion induced SEE in Brazil, and it was possible to correlate ion LET with signal amplitude generated by the DUT. A complete SEE cross-section curve was obtained, and for the device studied the values of saturation cross-section and threshold LET are 2.94(10).105 2 and 2.35(36) MeV/mg/2,respectively

Foram estudados filmes de oxinitreto de silício obtidos por PECVD à 320°C, a partir da mistura gasosa de N2O+SiH4+He, com diferentes valores de pressão e potência de deposição com o objetivo de produzir boa qualidade de interface deste material com o Si e de obter uma baixa densidade de carga efetiva visando a aplicação desses filmes em dispositivos semicondutores MOS. Os resultados mostraram que com uma pressão de deposição de 0,160 mbar e potências menores que 125 W/cm2 é possível obter um valor de densidade de estados de interface (Dit) de 4x1010 eV-1.cm-2, campo elétrico de ruptura (Ebd) de 13 MV/cm, valores comparáveis ao SiO2 térmico e uma densidade de carga efetiva (Nss) de 4x1011 cm-2. Segundo resultados experimentais esse valor de Nss é o mínimo possível que se pode atingir com a limpeza química utilizada em nosso laboratório. Pode-se dizer que estes são resultados bastante interessantes considerando que se trata de um material obtido por PECVD à baixa temperatura, porém viável para aplicação em dispositivos MOS. Iniciando os estudos com dielétricos de maiores valores de constante dielétrica optamos por estudar filmes de TiOx (k=40-100), obtidos por sputtering reativo, a partir da mistura gasosa de Ar+O2 e utilizando alvo de Ti. Foram fabricados capacitores MOS com estes filmes e obteve-se valores de constante dielétrica que variaram de 40-160. Porém esses materiais ainda apresentavam valores apreciáveis de corrente de fuga que foram minimizadas em ordens de grandeza quando utilizados dielétricos de dupla camada com SiO2 ou SiOxNy (otimizado neste trabalho) na interface, além de se observar uma melhora significativa da qualidade de interface. Utilizando dupla camada dielétrica com filmes de SiOxNy e SiO2, ainda espessos (³ 1nm) para camada intermediária, obteve-se uma constante dielétrica efetiva em torno de 20. Vale ressaltar que os dois filmes SiOxNy e TiOx, conseqüentemente a dupla camada, foram fabricados a baixas temperaturas. / Silicon oxynitride films obtained by the PECVD technique from N2O+SiH4+He gaseous mixtures, at 320°C, with different deposition pressure and RF power were studied intending to improve the interface quality with Si, decreasing the effective charge density and the interface state density in order to utilize them in MOS semiconductor devices. The results showed that with a deposition pressure of 0.160 mbar and a RF power density lower than 125 W/cm2 it is possible to obtain interface state density (Dit) values of 4x1010 eV-1.cm-2, Electrical Breakdown (Ebd) of 13 MV/cm, comparable with the obtained for thermally grown SiO2 , and an effective charge density (Nss) of 4x1011 cm-2. According with experimental results this Nss value is the minimum attainable with our chemical cleaning process. In this way it can be said that these results are very promising, considering that these materials were obtained by PECVD at low temperatures, but still viable for MOS devices application. In order to initiate studies with high dielectrics constant material, TiOx films (k= 40-180), obtained by reactive sputtering through the Ar+O2 gaseous mixture utilizing a Ti target, were chosen. MOS capacitors with these films were fabricated and dielectric constant values varying from 40 to 160 were obtained. However, until now, these materials have presented appreciable leakage current values, which were, minimize by orders of magnitude with the addition of a thin SiO2 or SiOxNy (optimized in this work) layer at the interface were utilized. This thin layer also resulted in a significant improvement of the interface quality. Utilizing double dielectric layer with SiOxNy or SiO2, still thick (³ 1nm) as intermediate layer a dielectric constant value of 20 was obtained. Its important to mention that the SiOxNy and TiOx films, and consequently the double layer, were deposited at low temperatures.

Efeitos de radiação em dispositivos eletrônicos são uma preocupação em diversas áreas, como em missões espaciais, aceleradores de partículas de alta energia, entre outras. Entre os efeitos de radiação induzidos por íons pesados estão os chamados de Efeitos de Eventos Isolados (Single Event Effects - SEE), nos quais o impacto de um único íon pode ser capaz de gerar um efeito observável. Estes efeitos nunca haviam sido estudados no Brasil e seu estudo requer um acelerador de partículas capaz de prover feixes de íons pesados com baixo fluxo. A caracterização de dispositivos é feita medindo-se o número de eventos induzidos por radiação em função da transferência de energia por unidade de comprimento (Linear Energy Transfer - LET) do íon na camada sensível do dispositivo. Neste trabalho desenvolvemos um sistema para produção de feixes pesados para estudar SEE no Acelerador Pelletron 8UD, utilizando espalhamento Rutherford. A montagem permite obter feixes iônicos com valores de LET na superfície de silício na faixa de 1 a 40 MeV/mg/2. O valor de LET na camada sensível do dispositivo depende da espessura de sua camada de passivação. Feixes pesados até 48 podem ser utilizados para irradiações com feixe externo, isto é, fora da câmara de vácuo, e até 107 em vácuo, com uniformidade em intensidade acima de 90%. A caracterização do MOSFET 3N163 foi a primeira medida bem-sucedida de SEE no Brasil, e foi possível correlacionar o LET dos íons com a amplitude do sinal gerado no dispositivo sob teste. A curva de seção de choque de SEE foi obtida, e para o dispositivo estudado os valores obtidos de seção de choque de saturação e LET de limiar foram de 2,94(10)105 2 e 2,35(36)MeV/mg/2 respectivamente. / Radiation effects on electronic devices are a main concern for many situations, such as space applications, high-energy particle accelerators, nuclear medicine, among others. A group of radiation effects induced by heavy-ions are called Single Event Effects, because a strike of a single ion can be enough to generate a damage on electronic devices. So far, SEE were not studied in Brazil due to the need of a high-energy, lowflux particle accelerator. Device characterization is done by measuring the number of events as a function of Linear Energy Transfer of the ion beam on the sensitive layer of the device under test (DUT). In this work we developed a Rutherford scattering setup for studying SEE at Sao Paulo 8UD Pelletron Accelerator. The setup can provide ion beams with Linear Energy Transfer values on the silicon surface ranging from 1 to 40 MeV/mg/2. The values on the active layer of the device depend upon the thickness of the dead-layer of the device. Ion beams up to 48 can be used for irradiation of devices outside the vacuum chamber and up to 107 inside the vacuum chamber, with a uniformity better than 90%. The characterization of the MOSFET 3N163 was the first successful measurement of heavy-ion induced SEE in Brazil, and it was possible to correlate ion LET with signal amplitude generated by the DUT. A complete SEE cross-section curve was obtained, and for the device studied the values of saturation cross-section and threshold LET are 2.94(10).105 2 and 2.35(36) MeV/mg/2,respectively

Submitted by João Paulo Braga (jpbraga_ibilce@hotmail.com) on 2018-05-10T12:08:05Z No. of bitstreams: 1 dissertação.corrigida . Braga.JP...pdf: 4842769 bytes, checksum: 92b7f70c78131d4df05a4710783f132c (MD5) / Approved for entry into archive by Elza Mitiko Sato null (elzasato@ibilce.unesp.br) on 2018-05-10T17:11:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 braga_jp_me_sjrp_int.pdf: 4842769 bytes, checksum: 92b7f70c78131d4df05a4710783f132c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-10T17:11:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 braga_jp_me_sjrp_int.pdf: 4842769 bytes, checksum: 92b7f70c78131d4df05a4710783f132c (MD5) Previous issue date: 2018-04-04 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Neste trabalho, foram desenvolvidos e caracterizados transistores de filme fino (TFTs) de óxidos metálicos processados por solução, tendo como camada ativa filmes de óxido de zinco (ZnO), de óxido de zinco dopado com alumínio (AZO) e de óxido de índio e zinco (IZO). Os dispositivos foram construídos sobre substratos de silício dopado tipo p revestido com uma camada isolante de óxido de silício (Si/SiO2), em estruturas do tipo bottom-gate/top-contact, utilizando dois métodos distintos para a deposição da camada ativa: spray-pirólise e spin coating. Os transistores apresentaram excelentes propriedades elétricas, em especial os dispositivos à base de ZnO depositados via spray-pirólise. Esses dispositivos apresentaram valores de mobilidade dos portadores de carga (elétrons), superiores a 5 cm2V-1s-1 e da razão entre a corrente na acumulação e na depleção (IOn/IOff) superiores a 106, o que representa um desempenho bastante competitivo quando comparados com a literatura atual. A influência da exposição dos dispositivos ao oxigênio atmosférico nas propriedades elétricas dos transistores foi estudada através do monitoramento (pelo período de vários dias) do desempenho dos transistores quando caracterizados em atmosfera inerte (N2) ou no ar. Adicionalmente, os dispositivos apresentaram um proeminente efeito de fotoresposta persistente após a exposição à radiação ultravioleta na região do UVA em níveis de intensidade relativamente baixos (abaixo de 10-3 W.m-2), o que sugere uma potencial aplicação em sensores ou dosímetros de radiação UV. / In the present work, thin-film transistors (TFTs) based on solution-processed metal-oxides were developed and characterized, with the active layer comprising zinc oxide (ZnO), aluminum-doped zinc oxide (AZO) and indium zinc oxide (IZO). The devices were built on p-type doped silicon substrates with a thermally grown thin-layer of silicon dioxide (Si/SiO2), in a bottom-gate/top-contact structure, using two different active layer deposition methods: spray-pyrolysis and spin coating. The transistors presented excellent electrical properties, especially the ZnObased devices deposited by spray-pyrolysis, with charge carrier mobility superior to 5 cm2V-1s -1 and ratio between the accumulation current and the depletion current (Ion/Ioff) greater than 106 , which represents a very competitive performance compared to values from the current literature. The influence of the exposure to atmospheric oxygen on the transistor electrical properties was studied by monitoring (for several days) the TFT performance when characterized in inert atmosphere (N2) or in air. Additionally, the devices presented a prominent persistent photoresponse effect after the exposure to ultraviolet radiation in the UVA range at relatively low intensities (below 10-3 Wm-2), suggesting a potential application as UV-radiation sensors or dosimeters. / 134107/2016-0

Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T12:30:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paixao_OswaldoPedreira_D.pdf: 3002384 bytes, checksum: f5a0e8e8022dabd36cfce9ffdb839f9b (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho, tem como objetivo o desenvolvimento de novas técnicas, para análise de regime permanente não-autonoma de circuitos de alta-velocidade não-lineares em grande-escala. Para tal, é proposto um novo método do balanço harmônico (BH) fundamentado em uma eficiente metodologia de decomposição multi-níveis, que subdivide um circuito não-linear em grande escala em uma estrutura hierarquica de super-redes (SuRs) esparsamente interconectadas. Mais precisamente, em cada nível de hierarquia, o circuito é composto por SuRs intermediárias, SuRs de fundo, e redes de conexão (RCs). As SuRs de fundo são decompostas em um aglomerado de subredes não-lineares (SRNs) correspondendo a dispositivos semicondutores, que por sua vez, estão envolvidos por uma sub-rede linear (SRL). A equação de estado e de sonda das SuRs de fundo foram obtidas utilizando uma nova metodologia que combina a formulação de espaço de estado (FEE) para as SRNs com a formulação nodal modificada (FNM) para a SRL. Esta metodologia FEE/FNM produz um sistema quadrado de equações com menor tamanho possível. Para realização das conversões do sinal entre os domínios do tempo e da frequência, foram discutidas e implementadas diferentes transformadas de Fourier discreta (TFDs), para operação em regime multi-tons, incluindo sinais com modulação digital. A equação determinante do BH multi-níveis do circuito assume uma estrutura hierarquica do tipo bloco diagonal com borda , que pode ser eficientemente resolvida utilizando técnicas de processamento paralelo. A matriz jacobiana de cada SuR de fundo é processada utilizando eficientes técnicas de matrizes esparsas, junto com o conceito de espectro de derivada. Para a solução da equação determinante, foram utilizados os métodos de Newton e do tensor para problemas de pequena- e média-escala, e os métodos de Newton inexato e do tensor inexato para problemas em grande-escala. A globalização via pesquisa-em-linha com retrocedimento, foi adotada para nestes solucionadores não-lineares. Entretanto, para o método do tensor e do tensor inexato, também foi adotada a técnica de pesquisa-em-linha curvilinear. Nos métodos inexatos, técnicas de pré-condicionamento foram utilizadas, para aumentar a eficiência e a robustez do solucionador linear iterativo em subespaço de Krylov (GMRES, GMRES-Bt e TGMRES-Bt). Finalmente, a formulação proposta foi validada e a eficiência do método do tensor e do tensor inexato comparada com o método de Newton e de Newton inexato, para diferentes topologias de circuitos utilizando diodos, FETs e HBTs, e operando sob diferentes regimes de excitação multi-tons. / Abstract: This work deals with the development of new techniques for nonautonomous nonlinear steady-state analysis of high-speed large-scale integrated circuits. To this end, it is proposed a novel harmonic balance (HB) method fundamented on a efficient multi-level decomposition methodology, that divides a large-scale circuit into hierarchical structure of sparsely interconnected supernetworks (SuNs). More precisely, the circuit is composed by intermediary SuRs, bottom SuRs and connection networks (CNs). The bottom SuNs are decomposed into a cluster of nonlinear subnetworks (NSNs) corresponding to the opto-electronic semiconductor devices, which in turn, are embedded by a linear subnetwork (LSN). Multi-port elements can be included in the LSN, in order to use measured data or results from electromagnetic analysis of structures with complex geometries. The formulation of the bottom SuN state and probe equations uses an improved table-oriented statespace formulation (SSF), that produces a square system with the lowest possible size, which is equal to the number of nonlinear state-variables (branch voltages and currents) that act as argument of the fuctions representing the semiconductor devices nonlinearities. The SSF is compared with the classical modified nodal formulation (MNF). For dealing with signal timefrequency conversions, discrete Fourier transform (DFT) techniques for different multi-tone regimes are discussed, including complex digitally modulated signals. The multi-level HB determining equation of the circuit assumes a hierarchical block bordered structure that can be efficiently tackled by parallel processing techniques. The HB jacobian matrix is handled using efficient sparse matrix techniques with a proper definition of the derivatives spectra. For the solution of a large-size HB problem, we investigated the applications of inexact tensor method based on Krylov-subspace techniques. Preconditioning are used to improve the robustness of the iterative tensor solver. To determine the circuit DC regime, we employ the tensor method. We adopted the backtracking linesearch technique as a globalisation strategy. However, for the tensor method, in particular, a curvilinear linesearch was also implemented. Finally, the formulation was validated and, the tensor and inexact tensor method efficiency was compared with the Newton and inexact Newton method, respectively, for several different circuits using diodos, FETs and HBTs, and operating under different multi-tone regimes. / Doutorado / Engenharia de Telecomunicações / Doutor em Engenharia Elétrica

De maneira a melhorar o desempenho de um Transistor de Efeito de Campo Metal-Óxido-Semicondutor (MOSFET), o germânio (Ge) é um forte candidato para substituir o silício (Si) como semicondutor, devido a sua alta mobilidade dos portadores de carga. Contudo, o filme de dióxido de germânio (GeO2) sobre Ge é solúvel em água e suas propriedades elétricas inferiores. Nesse sentido, a proposta desta dissertação de Mestrado é oxinitretar termicamente filmes de GeO2 em atmosfera de óxido nítrico (15NO), de maneira a melhorar as propriedades elétricas e físico-químicas dessas estruturas. Inicialmente, as amostras foram limpas quimicamente usando uma mistura de peróxido de hidrogênio (H2O2) e ácido clorídrico + água (HCl + H2O, 4:1). Os filmes de GeO2 foram crescidos termicamente sobre Ge usando atmosfera de oxigênio enriquecido 97% no isótopo de massa 18 (18O), com parâmetros na qual geraram um filme com espessura de ~5 nm. As oxinitretações foram realizadas em um forno térmico rápido com atmosfera de 15NO, nas temperaturas variando de 400-600°C, nos tempos de 1 a 5 minutos. O objetivo da oxinitretação foi criar um filme de oxinitreto de germânio (GeOxNy) com propriedades físico-químicas satisfatórias para a indústria de microeletrônica. Também foram realizados recozimentos térmicos em atmosfera inerte com objetivo de testar a estabilidade térmicas dos filmes de GeOxNy. Análise com Reação Nuclear (NRA) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford em geometria de canalização (RBS-c) foram utilizadas para quantificar a quantidade total de oxigênio 18O e 16O, respectivamente. NRP também foi utilizada de modo a determinar o perfil de concentração em função da profundidade para as espécies de 18O e 15N. De modo a investigar a composição química das amostras, Espectroscopia de Fotoelétrons induzidos por raio-X (XPS) foi utilizada. Pelas análises por RBS e NRA do 18O, podemos observar que ocorre troca entre os isótopos de 18O e 16O para todas das temperaturas de oxinitretação. Este resultado corrobora com estudos recentes da literatura. Para as amostras oxinitretadas em 5 minutos a 500°C e todas as amostras oxinitretadas a 550°C e 600°C, ocorre troca isotópica completa. Observamos ainda por NRP que o 15N é incorporado mais superficialmente para as temperaturas de oxinitretação até 550°C. Resultados de XPS indicam formação maior de GeOxNy próximos da superfície das amostras e para temperaturas e/ou tempos maiores. Testes de estabilidade térmica indicam que a incorporação de nitrogênio mais próximo das superfície da amostra inibe a dessorção das espécies de GeO. As amostras que não foram oxinitretadas acabam dessorvendo quase por completo o filme de GeO2 quando realizados os recozimentos térmicos. Este efeito do nitrogênio incorporado próximo da superfície tem grande potencial para uso em camadas interfaciais entre semicondutor e dielétricos de porta. / In order to improve the performance of Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET), germanium is a good candidate to replace silicon as semiconductor due to its higher charge carrier mobility. However, the germanium dioxide (GeO2) film over Ge is water soluble and produces poor electrical characteristics. In this way, this Master dissertation proposes thermal oxinitridation of the GeO2 films in nitric oxide (15NO) atmosphere in order to improve its electrical and physico-chemical characteristics. Samples were first cleaned using a mixture of hydrogen peroxide (H2O2) and hydrogen chloride + water (HCl + H2O, 4:1). GeO2 films were thermally grown on Ge using oxygen enriched in 97% in the isotope of mass 18, which generated ~5 nm thick film. Oxinitridation was performed in a rapid thermal furnace under 15NO atmosphere, at the 400-600°C temperature range, and 1-5 minutes time range. The goal was to form a germanium oxinitride film (GeOxNy) with physico-chemical properties that are satisfactory for microelectronics industry. We also performed thermal annealing in inert atmosphere to test the thermal stability of GeOxNy films. Nuclear Reaction Analysis (NRA) and Rutherford Backscattering Spectrometry in channeled geometry (RBS-c) were used to quantify the total amount of oxygen 18O and 16O, respectively. NRP was also performed to determine the 18O and 15N depth distribution. In order to investigate the chemical composition of the samples, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) was performed. RBS and NRA analysis showed isotopic exchange between 18O and 16O for all temperatures investigated. This result corroborates previous literature studies. Samples oxynitrided in 5 minutes at 500°C and all the samples oxinitrided at 550-600°C showed complete isotopic exchange. We also observed by NRP that nitrogen incorporation occurs more superficially until 550°C. XPS results indicate more formation of GeOxNy near the surface of the samples and for higher temperatures and/or time of oxinitredation. Thermal stability results indicated that the nitrogen incorporation near the sample surface inhibit the GeO desorption. On the other hand, samples that were not oxynitrided have almost all the GeO2 desorbed when thermal annealing is performed.

De maneira a melhorar o desempenho de um Transistor de Efeito de Campo Metal-Óxido-Semicondutor (MOSFET), o germânio (Ge) é um forte candidato para substituir o silício (Si) como semicondutor, devido a sua alta mobilidade dos portadores de carga. Contudo, o filme de dióxido de germânio (GeO2) sobre Ge é solúvel em água e suas propriedades elétricas inferiores. Nesse sentido, a proposta desta dissertação de Mestrado é oxinitretar termicamente filmes de GeO2 em atmosfera de óxido nítrico (15NO), de maneira a melhorar as propriedades elétricas e físico-químicas dessas estruturas. Inicialmente, as amostras foram limpas quimicamente usando uma mistura de peróxido de hidrogênio (H2O2) e ácido clorídrico + água (HCl + H2O, 4:1). Os filmes de GeO2 foram crescidos termicamente sobre Ge usando atmosfera de oxigênio enriquecido 97% no isótopo de massa 18 (18O), com parâmetros na qual geraram um filme com espessura de ~5 nm. As oxinitretações foram realizadas em um forno térmico rápido com atmosfera de 15NO, nas temperaturas variando de 400-600°C, nos tempos de 1 a 5 minutos. O objetivo da oxinitretação foi criar um filme de oxinitreto de germânio (GeOxNy) com propriedades físico-químicas satisfatórias para a indústria de microeletrônica. Também foram realizados recozimentos térmicos em atmosfera inerte com objetivo de testar a estabilidade térmicas dos filmes de GeOxNy. Análise com Reação Nuclear (NRA) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford em geometria de canalização (RBS-c) foram utilizadas para quantificar a quantidade total de oxigênio 18O e 16O, respectivamente. NRP também foi utilizada de modo a determinar o perfil de concentração em função da profundidade para as espécies de 18O e 15N. De modo a investigar a composição química das amostras, Espectroscopia de Fotoelétrons induzidos por raio-X (XPS) foi utilizada. Pelas análises por RBS e NRA do 18O, podemos observar que ocorre troca entre os isótopos de 18O e 16O para todas das temperaturas de oxinitretação. Este resultado corrobora com estudos recentes da literatura. Para as amostras oxinitretadas em 5 minutos a 500°C e todas as amostras oxinitretadas a 550°C e 600°C, ocorre troca isotópica completa. Observamos ainda por NRP que o 15N é incorporado mais superficialmente para as temperaturas de oxinitretação até 550°C. Resultados de XPS indicam formação maior de GeOxNy próximos da superfície das amostras e para temperaturas e/ou tempos maiores. Testes de estabilidade térmica indicam que a incorporação de nitrogênio mais próximo das superfície da amostra inibe a dessorção das espécies de GeO. As amostras que não foram oxinitretadas acabam dessorvendo quase por completo o filme de GeO2 quando realizados os recozimentos térmicos. Este efeito do nitrogênio incorporado próximo da superfície tem grande potencial para uso em camadas interfaciais entre semicondutor e dielétricos de porta. / In order to improve the performance of Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET), germanium is a good candidate to replace silicon as semiconductor due to its higher charge carrier mobility. However, the germanium dioxide (GeO2) film over Ge is water soluble and produces poor electrical characteristics. In this way, this Master dissertation proposes thermal oxinitridation of the GeO2 films in nitric oxide (15NO) atmosphere in order to improve its electrical and physico-chemical characteristics. Samples were first cleaned using a mixture of hydrogen peroxide (H2O2) and hydrogen chloride + water (HCl + H2O, 4:1). GeO2 films were thermally grown on Ge using oxygen enriched in 97% in the isotope of mass 18, which generated ~5 nm thick film. Oxinitridation was performed in a rapid thermal furnace under 15NO atmosphere, at the 400-600°C temperature range, and 1-5 minutes time range. The goal was to form a germanium oxinitride film (GeOxNy) with physico-chemical properties that are satisfactory for microelectronics industry. We also performed thermal annealing in inert atmosphere to test the thermal stability of GeOxNy films. Nuclear Reaction Analysis (NRA) and Rutherford Backscattering Spectrometry in channeled geometry (RBS-c) were used to quantify the total amount of oxygen 18O and 16O, respectively. NRP was also performed to determine the 18O and 15N depth distribution. In order to investigate the chemical composition of the samples, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) was performed. RBS and NRA analysis showed isotopic exchange between 18O and 16O for all temperatures investigated. This result corroborates previous literature studies. Samples oxynitrided in 5 minutes at 500°C and all the samples oxinitrided at 550-600°C showed complete isotopic exchange. We also observed by NRP that nitrogen incorporation occurs more superficially until 550°C. XPS results indicate more formation of GeOxNy near the surface of the samples and for higher temperatures and/or time of oxinitredation. Thermal stability results indicated that the nitrogen incorporation near the sample surface inhibit the GeO desorption. On the other hand, samples that were not oxynitrided have almost all the GeO2 desorbed when thermal annealing is performed.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5738.pdf: 3104025 bytes, checksum: 27f8126e91dc4b23ddd37a2e733a23fa (MD5) Previous issue date: 2014-01-29 / Universidade Federal de Sao Carlos / In the present thesis, we realize a computational modeling of semiconductor structures based on multiple quantum wells with filter barriers and on quantum wells with semiconductor diluted magnetic layers. We numerically solve the time-dependent Schrödinger s equation within the effective mass approximation, using the Split Operator method. Through the time evolved wave functions we access the dynamics quantities as the light assisted couplings of the states, in which the light is described by the inclusion of an oscillating electric field in the Hamiltonian. Then we determine the probabilities of absorption, oscillator strengths of the intersubband transitions induced by the light. Moreover we analyze the transmission probabilities and, in special, the system s photocurrent. The eigenstates and the eigenfunctions of the stationary states are also obtained within the method by simply making an imaginary time evolution. In the first work, the photocurrent of a multiple quantum well structure with filter barriers modulating the continuum above the wells was analyzed as a function of the applied bias. We find out an interesting dependence of the photocurrent with the applied field, as a differential negative photoconductance controlled by the field. We attribute this negative conductance to the interaction between the localized and extended states in the continuum, expressed by anticrossings between these states and the enhancement of the photocurrent at the crossings by the Landau-Zener-Stückelberg-Majorama like transitions. In the second work, it was evaluated the spin polarized photocurrent arising from quantum well s structures of GaMnAs, under light, electric and magnetic fields of few teslas. The study shows the existence of spectral domains in the THz ranges for which the proposed structure is strongly spin selective. For such photon frequencies, the photocurrent is spin polarized and the application of the external electric field reverts the polarization s signal. This behavior suggests the possibility of conveniently simple switching mechanisms. The physics underlying these results is studied and understood in terms of the spin-dependent coupling strengths emerging from the particular potential profiles of the heterostructures. We present two additional works related to the main ones. In the first additional one, we evaluated the dark current of the multiple quantum well structure with and without filter barriers. For doing this, we add totally the transmission probability through the structure in the Levine s model for the dark current. We observe that dark current is considerably reduced for the structure with the filter barriers when compared to the structure without these barriers. In the second additional work, we calculate the photocurrent in a ZnMnSe structure. We observe the generation of a spin polarized photocurrent controlled by the external electric field, as in the case of the GaMnAs structures. / Na presente tese, realizamos a modelagem computacional de estruturas semicondutoras baseadas em poços quânticos múltiplos com barreiras de filtro e em poços quânticos com camadas de material semicondutor magnético diluído. Para tanto, resolvemos numericamente a equação de Schrödinger dependente do tempo na aproximação de massa efetiva, por meio da evolução temporal das funções de onda do sistema, utilizando o chamado método do Split- Operator. Com as funções de onda evoluídas no tempo temos acesso às variáveis dinâmicas do sistema, como os acoplamentos entre os estados pela presença de luz, descrita na forma de um campo elétrico oscilante. Determinamos assim as probabilidades de absorção, forças de oscilador das transições intersubbandas geradas por essa excitação com luz, as probabilidades de transmissão através da estrutura e, em especial, o espectro de fotocorrente proveniente desses sistemas semicondutores. As autofunções e as autoenergias dos estados estacionários dos sistemas são obtidas pelo mesmo método realizando a evolução em tempo imaginário. No primeiro trabalho, a fotocorrente da estrutura de poços quânticos múltiplos com barreiras de filtro foi analisada em função do campo elétrico aplicado à estrutura. Foi encontrada uma dependência da fotocorrente com o campo elétrico bastante interessante, na forma de uma fotocondutância negativa controlada pelo campo elétrico aplicado à heteroestrutura. Atribuímos essa condutância negativa à interação entre estados localizados e estendidos no continuo se manifestando na forma de anticrossings e o aumento da fotocorrente para os valores de campo elétrico nos quais ocorrem esses crossings foi associado a transições de dois níveis do tipo Landau-Zener-Stückelberg-Majorama. No segundo trabalho, foi calculada a fotocorrente polarizada em spin de estruturas de poços quânticos de GaMnAs, na presença de um campo elétrico varável e um campo magnético de poucos teslas. O estudo mostrou a existência de domínios espectrais na região de THz do espectro eletromagnético, para os quais as estruturas propostas são altamente seletivas em spin. Para tais frequências, encontramos que a fotocorrente é polarizada em spin e a aplicação do campo elétrico é capaz de reverter forma muito eficiente o sinal da polarização. O comportamento observado sugere a possibilidade de mecanismos simples de controle sobre a fotocorrente e a Física por trás de tais efeitos foi entendida em termos dos acoplamentos dependentes de spin dos estados da estrutura, emergentes do perfil de potencial particular das heteroestruturas. Apresentamos dois trabalhos adicionais diretamente relacionados aos trabalhos principais. No primeiro trabalho, calculamos a corrente de escuro proveniente da estrutura de poços quânticos múltiplos com e sem barreiras de filtro, adicionando de forma integral a probabilidade de transmissão através da estrutura no modelo de Levine que determina essa corrente. Observamos que a presença das barreiras de filtro diminui significativamente a corrente de escuro dessa estrutura no regime de altos valores de campo elétrico. No segundo trabalho adicional, foi calculada a fotocorrente de uma estrutura de PQ com camada DMS, composta por ZnMnSe. Observamos a possibilidade de controle da polarização de spin com o campo elétrico, assim como no caso da estrutura composta de GaMnAs.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-20T22:15:13Z No. of bitstreams: 1 ADI NEVES ROCHA - DISSERTAÇÃO PPGEE 2014..pdf: 4213060 bytes, checksum: 41dbc9ec6203a02fc678bc1c878970dc (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-20T22:15:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ADI NEVES ROCHA - DISSERTAÇÃO PPGEE 2014..pdf: 4213060 bytes, checksum: 41dbc9ec6203a02fc678bc1c878970dc (MD5) Previous issue date: 2014-08-08 / O objetivo do estudo apresentado nessa dissertação é analisar e comparar dois inversores fonte de tensão acionando uma máquina de indução hexafásica. as estruturas analisadas são: o conversor composto de seis braços possuindo dois dispositivos semicondutores por braço (12 chaves) e um conversor composto de três braços e nove dispositivos semicondutores (9 chaves). A estrutura composta por 12 chaves é a configuração padrão para acionamento de cargas hexafásicas . Analisando quanto ao aspecto da quantidade de chaves o conversor de 9 chaves apresenta uma evidente redução do número de componentes. Neste trabalho busca-se uma comparação mais fundamentada a partir da análise destas topologias com relação a outras características, tais como: (i) estrutura ou modo de conexão dos dispositivos com a descrição das limitações de cada estrutura; (ii) diferenças nas técnicas de modulação empregadas; (iii) níveis de corrente e tenção em cada um dos dispositivos que compõem a estrutura; (iv) análise do desempenho segundo a quantidade de perdas por condução e por chaveamento; (v) análise de desempenho quanto aos níveis de dispersão harmônica. Apesar da análise estar voltada para a comparação dos conversores, há uma descrição da máquina hexafásica modelada por decomposição vetorial e a aplicação de uma estratégia de controle no acionamento da máquina, utilzando a técnica de controle por fluxo rotórico. / The goal of the study presented in this thesis is to analyze and compare towo voltage source inverters driving a six-phase induction machine. The types of structures analyzed are: the converter of six legs having two semiconductor devices per leg (12 switches) and an inverter composed of three legs - (nine semiconductor devices 9 switches). The converter of 12 switches is the default configuration for driving six-phase loads. Analyzing the numbers of switches aspects, the 9 switches converter shows a clear reduction in the number of components. This paper seeks a more reasoned comparison from the analysis of these topologies with respect to other characteristics, such as: (i) structure or way of connecting devices to the description of the limitations of each structure; (ii) differences in the modulation techniques employed ; (iii) levels of current voltage in each of the devices of the structure; (iv) analysis of performance depending on the amount of conduction and switching losses; (v) performance analysis of the levels of harmonic distortion. Althought the analysis is focused on the comparison of the converters, there is a description of the six-phase machine modeled by vector decomposition and implementation of a control strategy to drive the machine using the rotor flux control technique.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The search for solutions to the different power quality problems, in special the ones related to the voltage level compliance to the standard values has produced, up to now, an extensive range of commercial products using different techniques. Despite this recognition, the challenge for alternative strategies, presenting low cost and low maintenance properties, are very attractive and this subject is still motivating research worldwide. In this context, this dissertation is focused on the proposal of a voltage regulating device, here referred as CET (Electromagnetic Voltage Compensator), which presents an innovative design to obtain the process of voltage regulation. The main idea is based on the voltage injection, been as an additive or subtractive way, through a physical arrangement, presenting as a full electromagnetic power device. Aiming operative dynamic properties, the proposal in question, as far as their operational design concerns, is based on electronic switching and control device. The proposal outlined here will encounter emphasizes to the CET physical structure, the control unit composition and the evaluation of the electric complex performance under different voltage deviations occurrences. The studies are presented and then discussed, using the results provided by the computational simulation carried out in the time domain simulator ATP throughout its classical feature the MODELS language. / A busca por soluções para os distintos problemas da qualidade da energia elétrica, com destaque às variações das tensões de suprimento, conta, na atualidade, com uma extensa gama de produtos visando, sobretudo, a regulação dinâmica da tensão de suprimento. Não obstante tal reconhecimento, os desafios por estratégias alternativas por compensadores com propriedades operacionais e econômicas mais atrativas continuam motivando pesquisas em todo o mundo. Neste contexto, a presente dissertação encontra-se focada numa proposta de controle de um dispositivo regulador de tensão, aqui denominado por CET (Compensador Eletromagnético de Tensão), que se apresenta com uma concepção inovadora no que tange ao processo da regulação da tensão. A ideia central apoia-se na injeção série de reforços de tensão, aditiva ou subtrativa, através de um arranjo físico totalmente eletromagnético quanto às suas unidades de potência. Objetivando propriedades operativas dinâmicas, a proposta em pauta, no que tange a sua concepção operativa, fundamenta-se em chaveamentos eletrônicos controlados. À luz destes fatos, o trabalho vai de encontro a esta filosofia e ressalta a estrutura física do dispositivo, a composição da unidade de controle e avalia o desempenho do dispositivo sob condições associadas com a ocorrência de desvios de tensão. Quanto aos estudos feitos e discutidos, estes se encontram alicerçados em investigações computacionais conduzidas através da plataforma ATP e recursos oferecidos pela linguagem MODELS. / Mestre em Ciências