Cette thèse s'inscrit dans le cadre du développement de transistors de puissance HEMT à base de nitrure de gallium au CEA. Les HEMT AlGaN/GaN sont des composants très prometteurs pour les applications d'électronique de puissance. Le but de cette thèse est d'étudier en détail le matériau AlGaN/GaN en amont de la fabrication de transistors. Cette thèse est organisée en quatre chapitres. Le premier chapitre introduit les concepts théoriques nécessaires à la compréhension du fonctionnement des HEMT AlGaN/GaN. Les trois chapitres restant sont consacrés à l'étude des propriétés électriques de l'empilement AlGaN/GaN: résistance de couche, résistance des contacts, mobilité et densité de porteurs. Dans le chapitre deux, à travers des mesures de la résistance de couche, il est démontré que des phénomènes de piégeage interviennent dans le matériau et que l'utilisation d'une source lumineuse permet une stabilisation de la mesure. Ensuite, à travers des structures avec des longueurs de contacts différentes, une étude détaillée des résistances de contact a été effectuée. Pour cela, le modèle TLM a été utilisé. Les résultats obtenus montre que dû à la variation non linéaire des caractéristiques de nos contacts en fonction de leur longueur, un tel modèle n'est pas adapté à l'étude des contacts fabriqués au CEA. Dans le chapitre trois, une méthode de mesure de la résistance de couche d'un empilement AlGaN/GaN sans fabrication de contacts a été mise au point. Cette méthode repose sur les travaux de Van Der Pauw concernant la mesure colinéaire et permet la caractérisation précise et rapide de plaques entières en sortie d'épitaxie. Enfin dans le dernier chapitre, une étude comparative des propriétés électriques de l'empilement AlGaN/GaN sous la grille et en dehors de la grille a été effectuée. Premièrement, on a procédé à une étude statistique de la résistance de couche, de la mobilité et de la densité de porteurs. Il est démontré que la gravure du Si3N4 préalable au dépôt de la grille injecte des ions fluor dans l'empilement, causant des dégradations des propriétés électriques. Ensuite, les phénomènes de diffusion de la mobilité ont été caractérisés à travers une étude détaillée de la mobilité en fonction de la densité de porteurs. Enfin, pour compléter cette étude, une analyse en température des mesures de capacité et de la mobilité a été effectuée. / This PhD is part of the development of HEMT power transistor based on galliumnitride at the CEA. Due to their high electron mobility, high breakdown _eld and goodthermal conductivity, AlGaN/GaN HEMT are very promising devices for power electronic applications.The goal of this PhD is, using electrical characterization, to increase the knowledge ofthe AlGaN/GaN material prior to the fabrication of transistors. First, through measurements ofthe resistance of the electron gas located at the AlGaN/GaN interface, a trapping phenomenonwas evidenced in the material. Then, in order to set a production follow-through of AlGaN/GaNon Si wafers , a method of measuring the sheet resistance of a AlGaN/GaN stack without thefabrication of contacts was developed and patented. Finally, on HEMT transistors fabricatedusing di_erent epitaxies, a detailed study of the sheet resistance, the mobility and the sheetcarrier density in and out of the gated area was carried out.

Orientador: Leinig Antonio Perazolli / Banca: Daniela Russo Leite / Banca: Rodrigo Parra / Resumo: O presente trabalho consiste no estudo da viabilidade para a obtenção de cerâmicas densas de SnO2 com baixa resistividades, dopados com Zn2+, Nb5+ e Al3+. Os pós cerâmicos foram preparados pelo método químico (método Pechini) e por de mistura de óxidos, usando a sinterização em forno microondas. Fez-se a caracterização do pó por difratometria de raios X (DRX), medidas de área superficial (BET) e termogravimetria e termogravimetria diferencial (TG/DTA). Depois de conformar os pós, fez-se a caracterização microestrutral e elétrica dos compactos. A baixa densificação do material é justificada pela presença de microestruturas em formas de agulhas, constituída pelo agente densificante. Os menores resultados de resistividade à temperatura ambiente foram obtidos para as composições SZ100N e S200ZNA, obtidos pelo método Pechini, cujos valores são, respectivamente, 12,4 e 11,3 Ω.cm. Quando aumentou a temperatura de 50º a 400ºC, os menores resultados de resistividade foram obtidos pelo material preparado por mistura de óxidos com valor próximo a 5 Ω.cm / Abstract: The present work is to study the viability to obtain high densification of SnO2 with low resistivity doped Zn2+, Nb5+ and Al3+. The ceramic powders were prepared by chemical method (Pechini method) and by solid state reaction, using the microwave sintering. There was the characterization by powder X-ray diffraction (XRD), surface area measurements (BET) and thermogravimetry and differential thermogravimetry (TG/DTA). After conforming the powder, it was the characterization of electrical and microestrutral compact. The low densification of the material is justified by the presence of microstructures in forms of needles constituted of the densifying agent. The lowest specific resistivity at room temperature were obtained for the compositions and S200ZNA SZ100N, obtained by Pechini method, whose values are respectively 12.4 and 11.3 Ω.cm. When the temperature increased from 50 º to 400 º C, the lowest resistivity results were obtained for material prepared by mixing oxides with a value next 5 Ω.cm / Mestre

A presente Tese de Doutorado apresenta uma análise de diversos fatores que influenciam nos resultados da caracterização elétrica de módulos fotovoltaicos e na obtenção de seus principais parâmetros. A principal análise refere-se aos efeitos que ocorrem ao traçar a curva I-V (corrente versus tensão) de um módulo fotovoltaico decorrentes da rapidez e da direção da varredura (de Isc para Voc e vice-versa) utilizada na tensão de polarização necessária para traçar a curva I-V. Quando a caracterização elétrica é realizada com tempo de varredura reduzido, como por exemplo, em simuladores solares pulsados, há desvios significativos nos resultados, dependendo da tecnologia de fabricação do módulo fotovoltaico. Também é analisada a importância do fator de descasamento espectral no resultado da caracterização elétrica de módulos fotovoltaicos. Uma comparação entre os resultados dos valores dos coeficientes térmicos determinados com simulador solar (indoor) e sob iluminação natural (outdoor) é realizada, concluindo-se que são equivalentes dentro do intervalo de incerteza das medidas. Finalmente é apresentada uma comparação entre medidas realizadas sob iluminação natural e com simulador solar, levando-se em conta os fatores investigados na tese, isto é, os efeitos decorrentes da rapidez da varredura de tensão, da medida da temperatura do módulo e do descasamento espectral no momento da caracterização. / This doctoral thesis presents an analysis of several issues that influences the electrical characteristics of photovoltaic modules and its parameters. The main analysis is about sweep time effects that arise due to the speed and direction (Isc to Voc and vice versa) used to polarize the module in order to trace the I-V curve. A fast voltage sweep, as used in pulsed solar simulators, can cause discrepancies in the results of some photovoltaic module technologies. It is also analyzed the importance of the spectral mismatch factor in the characterization of photovoltaic devices. A comparison of indoor and outdoor measurements of thermal coefficients is performed and it is concluded that they are equivalent and the results are equivalent among the experimental uncertainties. Finally a comparison between indoor and outdoor measurements of photovoltaic modules is presented where it is discussed the issues studied in the thesis, i.e., sweep time effects, temperature measurement and spectral mismatch factor.

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

A presente Tese de Doutorado apresenta uma análise de diversos fatores que influenciam nos resultados da caracterização elétrica de módulos fotovoltaicos e na obtenção de seus principais parâmetros. A principal análise refere-se aos efeitos que ocorrem ao traçar a curva I-V (corrente versus tensão) de um módulo fotovoltaico decorrentes da rapidez e da direção da varredura (de Isc para Voc e vice-versa) utilizada na tensão de polarização necessária para traçar a curva I-V. Quando a caracterização elétrica é realizada com tempo de varredura reduzido, como por exemplo, em simuladores solares pulsados, há desvios significativos nos resultados, dependendo da tecnologia de fabricação do módulo fotovoltaico. Também é analisada a importância do fator de descasamento espectral no resultado da caracterização elétrica de módulos fotovoltaicos. Uma comparação entre os resultados dos valores dos coeficientes térmicos determinados com simulador solar (indoor) e sob iluminação natural (outdoor) é realizada, concluindo-se que são equivalentes dentro do intervalo de incerteza das medidas. Finalmente é apresentada uma comparação entre medidas realizadas sob iluminação natural e com simulador solar, levando-se em conta os fatores investigados na tese, isto é, os efeitos decorrentes da rapidez da varredura de tensão, da medida da temperatura do módulo e do descasamento espectral no momento da caracterização. / This doctoral thesis presents an analysis of several issues that influences the electrical characteristics of photovoltaic modules and its parameters. The main analysis is about sweep time effects that arise due to the speed and direction (Isc to Voc and vice versa) used to polarize the module in order to trace the I-V curve. A fast voltage sweep, as used in pulsed solar simulators, can cause discrepancies in the results of some photovoltaic module technologies. It is also analyzed the importance of the spectral mismatch factor in the characterization of photovoltaic devices. A comparison of indoor and outdoor measurements of thermal coefficients is performed and it is concluded that they are equivalent and the results are equivalent among the experimental uncertainties. Finally a comparison between indoor and outdoor measurements of photovoltaic modules is presented where it is discussed the issues studied in the thesis, i.e., sweep time effects, temperature measurement and spectral mismatch factor.

As metaloftalocianinas (MPcs) são compostos de coordenação macrocíclicos amplamente estudados, e já utilizados em várias aplicações tecnológicas. Sua estabilidade química e térmica e seu caráter semicondutor as tornam materiais promissores no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos. A imobilização deste material através da técnica de automontagem tem proporcionado, nos últimos anos, uma nova alternativa de arquitetura e de interação molecular, principalmente entre analitos e transdutores na área de sensores. Neste trabalho, foram produzidos e estudados filmes automontados com ftalocianina tetrassulfonada de cobalto (CoTsPc) e polímeros poli(alilamina hidroclorada) (PAH) ou poli(amido amina) geração 4 (PAMAM G4), com os objetivos de investigar a organização estrutural dos polieletrólitos nos filmes e de utilizar estes sistemas como sensores de umidade. A espectroscopia de absorção no UV-visível revelou que a quantidade de CoTsPc adsorvida nos filmes varia linearmente com o número de bicamadas para substratos de vidro. Medidas de FTIR mostraram que os filmes são formados, principalmente, pela atração eletrostática entre os grupos sulfônicos da ftalocianina e as aminas dos policátions. Um estudo abrangente realizado através da técnica de SPR exibiu a dinâmica de crescimento dos filmes e permitiu a estimativa das espessuras das camadas que os compõem. A condutividade elétrica destas nanoestruturas se mostrou muito sensível à presença de vapor de água. Os valores de corrente variaram três ordens de grandeza para um pequeno intervalo de umidade relativa, indicando o grande potencial destes filmes para sensores. Esta sensibilidade acentuada está profundamente associada à organização dos anéis de ftalocianina nas multicamadas, que é ditada pelo método de automontagem. Estes resultados acenam para a alternativa de obter sensores de umidade com ftalocianinas a partir de uma técnica simples de deposição de filmes finos, cujo destaque é promover uma conformação molecular específica, e consequentemente determinar a sensibilidade dos dispositivos. / Metallophthalocyanines (MPcs) are conjugated macrocyclic compounds that have been widely investigated in different scientific and technological fields. Their chemical and thermal stability, as well as their semiconductor nature make them suitable for the development of electronic devices. Immobilization of MPc molecules in self-assembly films has allowed new possibilities of molecular architecture, from which new, interesting properties may be achieved. This dissertation describes the fabrication of layer-by-layer films obtained from cobalt tetrasulfonated phthalocyanine (CoTsPc) and the polyelectrolytes poly(allylamine hydrochloride) (PAH) and poly(amido amine) generation 4 (PAMAM G4). In addition to the structural investigations that revealed the nanoscale organization of the films, the possibility of using the films as humidity sensors has also been explored. UV-vis spectroscopy showed a linear film growth on glass substrates in both systems, while FTIR measurements provided evidence on the interactions between sulfonate groups from CoTsPc and amines from the polycations. A comprehensive SPR investigation on film growth reproduced dynamically the deposition process and provided an estimation of the layers thicknesses. The electrical conductivity of the films deposited on interdigitated electrodes was found to be very sensitive to water vapor. This sensitivity is caused by the positioning of the Pc rings along the multilayers, which is a consequence of the self-assembly method. These results point to the development of a phthalocyanine-based humidity sensor obtained from a simple thin film deposition technique, whose outstanding ability to tailor molecular organization was crucial to achieve such high sensitivity.

A presente Tese de Doutorado apresenta uma análise de diversos fatores que influenciam nos resultados da caracterização elétrica de módulos fotovoltaicos e na obtenção de seus principais parâmetros. A principal análise refere-se aos efeitos que ocorrem ao traçar a curva I-V (corrente versus tensão) de um módulo fotovoltaico decorrentes da rapidez e da direção da varredura (de Isc para Voc e vice-versa) utilizada na tensão de polarização necessária para traçar a curva I-V. Quando a caracterização elétrica é realizada com tempo de varredura reduzido, como por exemplo, em simuladores solares pulsados, há desvios significativos nos resultados, dependendo da tecnologia de fabricação do módulo fotovoltaico. Também é analisada a importância do fator de descasamento espectral no resultado da caracterização elétrica de módulos fotovoltaicos. Uma comparação entre os resultados dos valores dos coeficientes térmicos determinados com simulador solar (indoor) e sob iluminação natural (outdoor) é realizada, concluindo-se que são equivalentes dentro do intervalo de incerteza das medidas. Finalmente é apresentada uma comparação entre medidas realizadas sob iluminação natural e com simulador solar, levando-se em conta os fatores investigados na tese, isto é, os efeitos decorrentes da rapidez da varredura de tensão, da medida da temperatura do módulo e do descasamento espectral no momento da caracterização. / This doctoral thesis presents an analysis of several issues that influences the electrical characteristics of photovoltaic modules and its parameters. The main analysis is about sweep time effects that arise due to the speed and direction (Isc to Voc and vice versa) used to polarize the module in order to trace the I-V curve. A fast voltage sweep, as used in pulsed solar simulators, can cause discrepancies in the results of some photovoltaic module technologies. It is also analyzed the importance of the spectral mismatch factor in the characterization of photovoltaic devices. A comparison of indoor and outdoor measurements of thermal coefficients is performed and it is concluded that they are equivalent and the results are equivalent among the experimental uncertainties. Finally a comparison between indoor and outdoor measurements of photovoltaic modules is presented where it is discussed the issues studied in the thesis, i.e., sweep time effects, temperature measurement and spectral mismatch factor.

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

Este trabalho apresenta um estudo sobre o transitório da corrente de dreno e métodos de extração de tempo de vida de geração em transistores SOI MOSFETs parcialmente depletados de porta simples, porta dupla e FinFETs de porta tripla. Este estudo foi baseado tanto em simulações numéricas bidimensionais como em dados experimentais extraídos a partir de transistores fabricados no IMEC (Interuniversity Microelectronics Center), que fica na Universidade Católica de Leuven (KUL) na Bélgica. Inicialmente foi analisada a influência da espessura do óxido de porta e da temperatura na extração do tempo de vida de geração dos portadores utilizando o transitório da corrente de dreno. Nesta análise, além do tempo de vida de portadores, outros parâmetros elétricos também foram estudados, como a tensão de limiar, o potencial de superfície na primeira interface e a energia de ativação para criação de um par elétron-lacuna. Com o estudo da influência dos parâmetros de processo no método de determinação do tempo de vida de geração foi possível propor um modelo simples para estimar o tempo de geração dos portadores em função da temperatura. Este modelo foi aplicado experimentalmente e comparado com resultados obtidos através de simulações apresentando um erro máximo de 5%. Fez-se uma análise detalhada do impacto da presença da região de implantação de HALO na extração do tempo de vida de geração baseando-se no transitório da corrente de dreno. Os resultados obtidos através deste estudo possibilitaram a proposta de um novo modelo. O modelo proposto considera tanto o impacto da lateralidade não uniforme da dopagem do canal no efeito de corpo flutuante, devido à presença das regiões de implantação de HALO, como também as cargas controladas pelas junções de fonte e dreno, o que até então não havia sido alvo de estudo na literatura. Com as novas considerações tornou-se possível à análise do transitório da corrente de dreno com a redução do comprimento de canal. A sensibilidade do novo modelo foi ensaiada com a variação de ± 20% nas concentrações da região de canal e de implantação de HALO resultando em um erro máximo de 9,2%. A maior eficiência do acoplamento da porta nos dispositivos de porta dupla, comparando com os de porta única, foi observada através do estudo do comportamento do potencial de corpo destas estruturas. Esta análise resultou na inserção de um parâmetro dependente da espessura do filme de silício, possibilitando a extrapolação do modelo proposto neste trabalho também para os dispositivos de porta dupla. Os resultados obtidos apresentaram um ajuste bastante satisfatório com a variação do comprimento de canal, temperatura e com a variação das concentrações de dopantes da região de canal e da região de implantação de HALO. Por fim, é apresentado um estudo sobre o transitório da corrente de dreno em dispositivos FinFETs de porta tripla, com e sem a região de implantação de HALO, considerando a variação da largura de canal. Através da análise da tensão de limiar, transcondutância e do transitório da corrente de dreno foi possível observar que os dispositivos sem a presença da região de implantação de HALO são mais susceptíveis a influência dos efeitos de corpo flutuante. / This work presents a study of drain current switch-off transients and extraction methods of the generation lifetime in partially depleted SOI nMOSFET transistors of single gate, double gate and triple gate FinFETs. This study is accomplished through two-dimensional numerical simulations and compared with experimental data of devices fabricated in the IMEC (Interuniversity Microelectronics Center), which is in the Catholic University of Leuven (KUL) in Belgium. Initially, it was analyzed the gate oxide thickness and temperature influences on the carrier generation lifetime extraction using the drain current transient. Beyond the generation lifetime, other electric parameters were also analyzed, such as the threshold voltage, the surface potential and the activation energy. Based on process parameter influence study in the determination method of the generation lifetime, it was possible to propose a simple model in order to estimate the carrier generation lifetime as a function of the temperature. This model was experimentally applied and compared to simulated results and it presented a maximum error of 5%. A detailed analysis of the effect of HALO implanted region in the generation lifetime extraction was based on the drain current transient. The results obtained through this study made possible the proposal of a new model. The proposed model considers not only the laterally non-uniform channel profile due to the presence of a HALO implanted region but also the amount of charge controlled by drain and source junctions, a never-before-seen topic in the literature. The new model sensitivity was tested with a ± 20% variation of the doping concentration of the channel and implanted HALO region resulting in a maximum error of 9.2%. Taking the obtained results into consideration, it was possible to analyze the drain current as a function of the channel length reduction. The great efficiency presented by the gate in double gate devices, compared to the single gate ones, was observed through the study of the body potential behavior in this structure. This analysis resulted in the inclusion of a silicon film thickness dependent parameter that made possible the adaptation of the proposed model in this work also for double gate devices. The obtained results presented a good agreement with the channel length variation, temperature and with the doping concentration variation in the channel and HALO implanted region. Finally, it was presented a study about the drain current transient in triple gate FinFET devices, with and without the HALO implanted region, taking the geometric parameter variation into consideration. Through the analysis of the threshold voltage, the transconductance and the drain current transient of the devices, it was possible to observe that the devices without HALO are remarkably more susceptible to the floating body effects influence.

Le dioxyde de carbone, principal gaz à effet de serre lié aux activités humaines, est considéré comme l’un des gaz les plus problématiques pour notre environnement ces dernières années, principalement à cause du réchauffement climatique qu’il engendre. C’est pour cette raison que l’augmentation de sa teneur dans l’atmosphère nous concerne tous quant aux conséquences futures pour notre planète. Afin de limiter l’émission de CO2, sa conversion en composés à valeur ajoutée présente un grand intérêt et est possible notamment via des procédés plasmas. Plus particulièrement, les décharges à barrière diélectrique (DBD) sont utilisées depuis quelques années pour générer des plasmas froids opérant à pression atmosphérique, principalement pour des applications en traitement de surface, mais également pour le traitement d’effluents gazeux.Lors de cette thèse, nous nous sommes focalisés sur le processus de dissociation du CO2 en CO et O2 via un réacteur DBD à flux continu et avons analysé sa conversion et son efficacité énergétique via différentes études. Celles-ci ont été réalisées grâce à plusieurs méthodes de diagnostic, comme par exemple la spectrométrie de masse utilisée pour déterminer la conversion et l’efficacité du processus, la spectroscopie d’émission optique, l’oscilloscope pour une caractérisation électrique, etc. afin d’avoir une meilleure compréhension du comportement des décharges CO2.Dans un premier temps, nous avons réalisé une étude détaillée d’un plasma CO2 pur où nous avons fait varier différents paramètres, tels que le temps de résidence, la fréquence, la puissance, la pulsation de la haute tension et l’épaisseur et la nature du diélectrique. Le CO2 donne lieu généralement à une décharge filamentaire, consistant en de nombreuses microdécharges réparties au niveau de la zone du plasma. Celles-ci constituent la principale source de réactivité dans une DBD. Un aperçu détaillé de l’aspect physique de ces microdécharges a été réalisé grâce à la caractérisation électrique, permettant de mieux comprendre les propriétés électriques de la décharge et des microdécharges. En effet, nous avons pu déterminer l’importance de la tension présente au niveau du plasma, de l’intensité du courant plasma, du nombre de microdécharges et de leur temps de vie sur l’efficacité du processus de dissociation de CO2.Ensuite, nous avons conclu ce travail avec des études combinant le CO2 en phase plasma avec de l’eau ou du méthane afin de produire des molécules à valeur ajoutée telles que les syngas (CO et H2), mais aussi des hydrocarbures (C2H6, C2H4, C2H2 et CH2O) dans le cas de l’ajout du méthane. A travers ces études, nous avons obtenu une meilleure connaissance de la chimie et de la physique qui ont lieu dans ce type de plasma. / Carbon dioxide appears as one of the most problematic gases for the environment, mostly because it is responsible for global warming. This is why its increasing concentration into the atmosphere, mainly due to anthropogenic activities, is a real concern for planet Earth. In order to prevent the release of large amounts of CO2, its conversion into value-added products is of great interest. In this context, plasma-based treatments using dielectric barrier discharges (DBDs) are nowadays more and more used for the conversion of this gas. In this thesis, we investigated the CO2 splitting process into CO and O2 via a flowing cylindrical DBD and we studied its conversion and energy efficiency by means of several diagnostic methods, such as mass spectrometry to determine the conversion and energy efficiency of the process, optical emission spectroscopy for gas temperature measurements, and an oscilloscope for electrical characterization, in order to obtain a better understanding of the CO2 discharge itself.First, we focused on an extensive experimental study of a pure CO2 plasma where different parameters were varied, such as the gas residence time, the operating frequency, the applied power, the pulsation of the AC signal, the thickness and the nature of the dielectric. CO2 discharges typically exhibit a filamentary behavior, consisting of many microdischarges, which act as the main source of reactivity in a DBD. A detailed insight in the physical aspects was achieved by means of an in-depth electrical characterization, allowing more insight in the electrical properties of the discharge and more specifically in the microdischarges, which are spread out throughout the active zone of the plasma. It was found throughout this work that the plasma voltage, which reflects the electric field and thus determines how the charged particles are accelerated, the plasma current, which reflects the electron density, but also the number of microdischarges and their average lifetime, play an important role in the efficiency of the CO2 dissociation process. It was revealed that the microdischarge number is important as it represents the repartition of the locations of reactivity. Indeed, as the microfilaments are more spread out in the same discharge volume, the probability for the CO2 molecules to pass through the reactor and interact with at least one microdischarge filament becomes more important at a larger number of microfilaments.The second part of the thesis was dedicated to discharges combining CO2 and H2O or CH4, both being hydrogen source molecules. The combined CO2/H2O or CO2/CH4 conversion allows forming value-added products like syngas (CO and H2), but also hydrocarbons (C2H6, C2H4, C2H2 and CH2O), at least in the presence of methane. Throughout this study, we tried to obtain a better knowledge of the chemistry and physic behind these conversion processes. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished