Usando a técnica de Retroespalhamento Rutherford (RBS). no presente trabalho medimos a perda de energia e a flutuação estatística da perda de energia (straggling) como função da energia para íons de Li em alvos de silicio amorfo. Através do método dos marcadores. com amostras produzidas por implantação iônica e por epitaxia de feixe molecular,o poder de freamento foi medido em um intervalo de energia entre 250keV e 9MeV enquanto que o straggling foi determinado em um intervalo que foi de 450keV a 3MeV. Os resultados experimentais foram comparados com medidas prévias e com cálculos semi-empiricos realizados por Ziegler. Biersack e Littmark e por Konac et el., sendo encontrado um razoável acordo teórico-experimental. Foram também realizados cálculos baseados nos modelos teóricos de Aproximação por Convolução Perturbativa (PCA) e Aproximação por Convolução Unitária (UCA) propostos por Grande e Schiwielz O modelo PCA apresentou resultados aceitáveis para energias acima de 6MeV enquanto que os valores apresentados pelo divergem dos valores experimentais para energias abaixo de 2MeV. As medidas de straggling quando comparados com as predições da teoria de Bohr mostraram discrepâncias que foram entre 20% e 60%. Cálculos feitos com a aproximação para encontros binários (BEA) usando-se a secção de choque de Thompsom e a secção de choque proposta no trabalho de Vriens foram comparados com as medidas experimentais. Os resultados usando-se a secção de choque de Thompsom divergem por até 50%, enquanto que os valores calculados a secção de choque proposta por Vriens mostram uma concordância razoável para energias abaixo de 1MeV.

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

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1879397 bytes, checksum: c16c14d3a2ba0d1c37de13950124ee9d (MD5) Previous issue date: 2013-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the last decade, the growth of quantum dots has been studied with great interest in order to learn more about the basic physics of zero dimensional confinement and also due to their application in optoelectronic devices. The quantum dot energy levels can be controlled by changing the size, shape and material used, therefore its morphology plays an important role in determination of optical and electronic properties. In this study we used the molecular beam epitaxial technique (MBE) for producing CdMnTe quantum dots on silicon (111) substrates. To produce the samples, substrate temperature, growth time and manganese concentration were varied. The morphological and structural properties of the samples were analyzed by Atomic Force Microscopy (AFM) at the Laboratório Nacional de Nanotecnologia and by x- ray diffraction using the XRD2 beam line of the Laboratório Nacional de Luz Síncrontron (LNLS), in Campinas. The results showed that the substrate temperature influences the size dispersion of the islands, the growth time changes the size and the quality and the concentration of manganese affects mainly the quality of the quantum dots. / Na última década, tem-se estudado com grande interesse o crescimento de pontos quânticos com o intuito de conhecer mais sobre a física básica do confinamento zero dimensional e também devido a sua aplicação em dispositivos óptico-eletrônicos. Os níveis de energia podem ser controlados mudando o tamanho, a forma e o material utilizado, sendo assim a morfologia do ponto quântico desempenha um papel importante na determinação das propriedades ópticas do material estudado. Neste trabalho foi utilizada a técnica de crescimento epitaxial por feixe molecular (MBE) para a produção de pontos quânticos do semicondutor magnético diluído CdMnTe sobre substratos de silício (111). Para a produção das amostras, foram variados a temperatura do substrato, o tempo de crescimento e concentração de manganês. As propriedades morfológicas e estruturais das amostras foram analisadas através de Microscopia de Força Atômica (AFM) no Laboratório Nacional de Nanotecnologia, e através de difração de raios-x utilizando a linha XRD2 do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas. Os resultados mostraram que a temperatura do substrato influencia na dispersão de tamanhos das ilhas, o tempo de crescimento altera o tamanho e a qualidade e a concentração de manganês influencia principalmente a qualidade dos pontos quânticos.

Neste trabalho, foi estudado a aplicação de novas heteroestruturas semicondutoras para detecção de radiação na região do infravermelho médio. Pontos quânticos de submonocamada, detectores de cascateamento quântico e pontos quânticos de InAlAs foram testados como opção para corrigir as deficiências em responsividade, corrente de escuro e temperatura de operação, comuns nas heteroestruturas convencionais baseadas em poços quânticos e pontos quânticos de InAs obtidos no regime de crescimento Stranski-Krastanov. Também foi projetado, fabricado e testado um circuito eletrônico de leitura de sinal misto para integração com matrizes de sensores e produção de imagens. Esse tipo de circuito possui uma série de vantagens em relação aos dispositivos convencionais que costumam ser completamente analógicos. / In this work, we studied the application of new types of semiconductor heterostructures for mid-infrared detection. Submonolayer quantum dots (SML-QDs), quantum-cascade detectors (QCDs) and InAlAs quantum dots were tested as an option to circumvent the common shortcomings of responsivity, dark current and operating temperature of the usual heterestructures based on quantum wells (QWs) and InAs Stranski-Krastanov quantum dots. We also designed, fabricated and tested a mixed-signal read-out circuit aiming the fabrication of focalplane arrays (FPAs) for applications to infrared imaging. This kind of architecture has several advantages over a fully analog design.

Orientadores: Marco Antonio Robert Alves, Gilberto Medeiros Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T09:04:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fiorentini_GiovanniAlessandro_M.pdf: 8940577 bytes, checksum: aa3711a9b5e0821a30c942ef0760c8f7 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O crescimento epitaxial de nanoestruturas semicondutoras e metálicas é algo de grande interesse atualmente em ciência e tecnologia devido às propriedades singulares apresentadas pela matéria na escala nanométrica. Esta dissertação teve como objetivo principal a construção de um sistema de crescimento epitaxial baseado na técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE, do inglês Molecular Beam Epitaxy). Inicialmente, aspectos básicos sobre a física e a tecnologia envolvidas em um sistema de MBE foram analisados. O que é MBE e quais são os princípios que governam seu funcionamento são perguntas intrigantes a um aluno do curso de engenharia elétrica. No decorrer do trabalho, todo o complexo sistema vácuo (bombeamento e monitoramento) teve de ser cuidadosamente montado e ajustado até que se obtivesse as condições ótimas de trabalho dados os componentes disponíveis bem como suas características e limitações. Conceitos teóricos e práticos foram aplicados de forma a tornar o sistema o mais simples, eficiente e amigável possível. As evaporadoras por feixe de elétrons foram montadas, testadas e ajustadas até que se pudesse alcançar os parâmetros de funcionamento desejados para estes dispositivos tão importantes dentro de um sistema de MBE. Toda a instrumentação envolvida no acionamento e no monitoramento destas fontes foi desenvolvido com base em conceitos simples de eletrônica analógica e, em alguns momentos, digital, além de soluções de software, sempre usando LabView. Os resultados do trabalho de construção do sistema puderam ser caracterizados posteriormente de maneira a aferir a confiabilidade dos parâmetros utilizados e das amostras crescidas. Estes resultados foram baseados em técnicas de microscopia de varredura por pontas (SPM, do inglês Scanning Probe Microscopy), as quais forneceram informações detalhadas sobre as nanoestruturas formadas e as superfícies dos substratos, dados estes muito importantes e que podem ser utilizados como indicadores das codições de funcionamento do sistema de crescimento / Abstract: The epitaxial growth of semiconductor and metallic nanostructures is a target of great interest nowadays in science and technology due to the unique properties presented by the matter at the nanometer scale. This dissertation had as the main goal the construction of a system for epitaxial growth based on the Molecular Beam Epitaxy (MBE) technique. First of all, basic aspects about the physics and the technology involved in a MBE system were analyzed. What is MBE and what are the principles that govern its operation are intriguing questions for an electrical engineering student. During this work, the entire complex vacuum system (pumping and monitoring) had to be carefully mounted and adjusted until the optimum conditions were obtained for the available components as well as their characteristics and limitations. Theoretical and practical concepts were applied so that the system become as simple, efficient and friendly as possible. The electron beam evaporation sources were mounted, tested and adjusted until the desired working parameters for these important devices were achieved. The whole instrumentation involved in the driving and in the monitoring of these sources was developed based on simple concepts of analog and, in some cases, digital electronics, besides software solutions, always using LabView. The performance of the system was evaluated by structural characterization using scanning probe microscopy techniques (SPM), which gave detailed information about the formed nanostructures and the substrates surfaces. These data can be used as indicators of the growth system operation conditions / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Usando a técnica de Retroespalhamento Rutherford (RBS). no presente trabalho medimos a perda de energia e a flutuação estatística da perda de energia (straggling) como função da energia para íons de Li em alvos de silicio amorfo. Através do método dos marcadores. com amostras produzidas por implantação iônica e por epitaxia de feixe molecular,o poder de freamento foi medido em um intervalo de energia entre 250keV e 9MeV enquanto que o straggling foi determinado em um intervalo que foi de 450keV a 3MeV. Os resultados experimentais foram comparados com medidas prévias e com cálculos semi-empiricos realizados por Ziegler. Biersack e Littmark e por Konac et el., sendo encontrado um razoável acordo teórico-experimental. Foram também realizados cálculos baseados nos modelos teóricos de Aproximação por Convolução Perturbativa (PCA) e Aproximação por Convolução Unitária (UCA) propostos por Grande e Schiwielz O modelo PCA apresentou resultados aceitáveis para energias acima de 6MeV enquanto que os valores apresentados pelo divergem dos valores experimentais para energias abaixo de 2MeV. As medidas de straggling quando comparados com as predições da teoria de Bohr mostraram discrepâncias que foram entre 20% e 60%. Cálculos feitos com a aproximação para encontros binários (BEA) usando-se a secção de choque de Thompsom e a secção de choque proposta no trabalho de Vriens foram comparados com as medidas experimentais. Os resultados usando-se a secção de choque de Thompsom divergem por até 50%, enquanto que os valores calculados a secção de choque proposta por Vriens mostram uma concordância razoável para energias abaixo de 1MeV.

Durante as últimas três décadas, a epitaxia por feixe molecular se estabeleceu como uma técnica excelente para o crescimento de camadas semicondutoras de alta qualidade, tanto para a construção de dispositivos quanto para a pesquisa básica. No entanto ainda não existe um método universalmente aceito para obter-se camadas dopadas do tipo p nesta técnica de crescimento. Neste trabalho, estudamos, otimizamos e comparamos três diferentes métodos para a dopagem de camadas de GaAs do tipo p. Dois desses métodos exploraram o caráter anfotérico do silício em substratos de GaAs(311)A (através da mudança das condições de crescimento) e GaAs(100) (aplicando uma nova técnica chamada epitaxia assistida por gotas (droplets) de gálio). O terceiro método foi baseado no uso do carbono, cujas propriedades como dopante do tipo p são bem conhecidas em outras técnicas de crescimento epitaxial, mas pouco estudadas na epitaxia por feixe molecular. Para verificar a qualidade das camadas dopadas obtidas, crescemos estruturas como poços quânticos parabólicos com alta mobilidade de buracos e dispositivos optoeletrônicos como diodos emissores de luz e laseres. / During the last three decades, molecular-beam epitaxy has emerged as an excellent technique for the growth of high-quality semiconductor layers both for device construction and for basic research. In spite of this fact, there is still a lack of a universally accepted method to obtain p-type doped layers by this growth technique. In this work, we studied, optimized and compared three different methods to get p-type GaAs layers. Two of these methods exploited the amphoteric behavior of silicon atoms both on GaAs(311)A (by changing the growth conditions) and on GaAs(100) (by employing a new growth mode called droplet-assisted epitaxy) substrates. The third method was based on the use of carbon, whose properties as a p-type dopant in GaAs layers are well known in other epitaxial techniques but scarcely investigated in molecular-beam epitaxy. In order to check the quality of the doped layers, we grew structures like high hole-mobility parabolic quantum wells and optoelectronic devices like light-emitting diodes and lasers.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de instrumentação eletrônica para controle e automação de um sistema de crescimento de semicondutores por Epitaxia por Feixes Moleculares. Envolve uma variedade de circuitos analógicos e digitais como: um módulo de aquisição de dados e controle baseado em uma UCP Z-80, contendo algumas interfaces digitais e analógicas multiplexadas, e comunicando-se com um microcomputador através de uma interface serial. Envolve ainda o desenvolvimento de controladores de temperatura analógicos tipo P.I.D., atuação por motores de passo e circuitos de condicionamento de sinal. / In this work is presented the development of electronic instrumentation for automation and control of a Molecular Beam Epitaxy semiconductor growth system. A variety of analog and digital instrumentation circuits have been designed and implemented, including a data acquisition and control system based on a Z-80 CPU, which controls some multiplexed digital and analog interfaces and talks to a microcomputer using serial communication. Other circuits have been also developed, including analog temperature controllers, stepper motor actuators and circuits for signal conditioning.

Durante as últimas três décadas, a epitaxia por feixe molecular se estabeleceu como uma técnica excelente para o crescimento de camadas semicondutoras de alta qualidade, tanto para a construção de dispositivos quanto para a pesquisa básica. No entanto ainda não existe um método universalmente aceito para obter-se camadas dopadas do tipo p nesta técnica de crescimento. Neste trabalho, estudamos, otimizamos e comparamos três diferentes métodos para a dopagem de camadas de GaAs do tipo p. Dois desses métodos exploraram o caráter anfotérico do silício em substratos de GaAs(311)A (através da mudança das condições de crescimento) e GaAs(100) (aplicando uma nova técnica chamada epitaxia assistida por gotas (droplets) de gálio). O terceiro método foi baseado no uso do carbono, cujas propriedades como dopante do tipo p são bem conhecidas em outras técnicas de crescimento epitaxial, mas pouco estudadas na epitaxia por feixe molecular. Para verificar a qualidade das camadas dopadas obtidas, crescemos estruturas como poços quânticos parabólicos com alta mobilidade de buracos e dispositivos optoeletrônicos como diodos emissores de luz e laseres. / During the last three decades, molecular-beam epitaxy has emerged as an excellent technique for the growth of high-quality semiconductor layers both for device construction and for basic research. In spite of this fact, there is still a lack of a universally accepted method to obtain p-type doped layers by this growth technique. In this work, we studied, optimized and compared three different methods to get p-type GaAs layers. Two of these methods exploited the amphoteric behavior of silicon atoms both on GaAs(311)A (by changing the growth conditions) and on GaAs(100) (by employing a new growth mode called droplet-assisted epitaxy) substrates. The third method was based on the use of carbon, whose properties as a p-type dopant in GaAs layers are well known in other epitaxial techniques but scarcely investigated in molecular-beam epitaxy. In order to check the quality of the doped layers, we grew structures like high hole-mobility parabolic quantum wells and optoelectronic devices like light-emitting diodes and lasers.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de instrumentação eletrônica para controle e automação de um sistema de crescimento de semicondutores por Epitaxia por Feixes Moleculares. Envolve uma variedade de circuitos analógicos e digitais como: um módulo de aquisição de dados e controle baseado em uma UCP Z-80, contendo algumas interfaces digitais e analógicas multiplexadas, e comunicando-se com um microcomputador através de uma interface serial. Envolve ainda o desenvolvimento de controladores de temperatura analógicos tipo P.I.D., atuação por motores de passo e circuitos de condicionamento de sinal. / In this work is presented the development of electronic instrumentation for automation and control of a Molecular Beam Epitaxy semiconductor growth system. A variety of analog and digital instrumentation circuits have been designed and implemented, including a data acquisition and control system based on a Z-80 CPU, which controls some multiplexed digital and analog interfaces and talks to a microcomputer using serial communication. Other circuits have been also developed, including analog temperature controllers, stepper motor actuators and circuits for signal conditioning.