Este trabalho teve como objetivo principal a fabricação de fotodetetores do tipo Metal-Semicondutor-Metal (MSM) com corrente de escuro da ordem de 1 nA, responsividade da ordem de 0,1 A/W e razão fotocorrente/corrente de escuro de pelo menos 10. Estes valores asseguram que os fotodetetores obtidos tenham sensibilidade suficiente para serem utilizados em sensores ópticos integrados. Todos os materiais utilizados na construção dos fotodetetores MSM são compatíveis com processos convencionais de fabricação em microeletrônica, facilitando a integração com outros dispositivos em estado sólido. O semicondutor utilizado nos fotodetetores foi o silício, na forma monocristalina ou policristalina. Como material de eletrodo, foi utilizado o alumínio, o titânio ou o níquel. No processo de fabricação básico, foram utilizados apenas três etapas: deposição do filme metálico, fotolitografia e corrosão, confirmando a simplicidade de fabricação desse fotodetetor. Através da construção de dispositivos com diferentes geometrias e diferentes combinações dos materiais citados acima, foi possível verificar a influência que a estrutura cristalina do semicondutor, tipo de dopagem do semicondutor, geometria e material de eletrodo tem sobre o desempenho e o comportamento dos MSMs. O comprimento de onda de 632,8 nm foi utilizado na caracterização dos dispositivos, devido a sua disponibilidade e o desenvolvimento de guias ópticos utilizando esse comprimento de onda em trabalhos anteriores do nosso grupo de pesquisa. Os melhores resultados obtidos foram com as amostras de Si monocristalino tipo-p com eletrodos de titânio. Na amostra sinterizada à 250°C foi obtido um valor da corrente de escuro de 4,8 nA e, na amostra de referência, foi obtido um valor de responsividade de 0,28 A/W. / The goal of this work was the fabrication of Metal-Semiconductor-Metal (MSM) photodetectors with the following characteristics: dark current of about 1 nA, responsivity of about 0.1 A/W and dark/photocurrent ratio of at least 10. These values ensure that the photodetectors have enough sensitivity to be used in integrated optic sensors. All materials used in the fabrication of the MSM are compatible with conventional microelectronic manufacture process, so that the photodetectors can be more easily integrated with other solid-state devices. The semiconductor used in the photodetectors was silicon, in single crystal and polycrystalline form. As material of electrodes, aluminum, titanium or nickel had been used. The basic fabrication process consists of only three steps: metal film deposition, photolithography and etching, which confirm the simplicity of the fabrication of this device. Building MSMs with different geometries and making combinations with the materials cited above, gave the possibility to verify the influence that crystalline structure of the semiconductor, doping type of the semiconductor, geometry and electrode material have on the behavior of the photodetectors. The wavelength of 632.8 nm was used in the characterization of the devices, due to its availability and the development of optic waveguides using this wavelength in previous works of our research group. The best results were obtained with the samples fabricated using single crystal Si p-type with titanium electrodes. The sample annealed at 250°C had dark current value of 4.8 nA and, the reference sample had responsivity of 0.28 A/W.

Este trabalho teve como objetivo principal a fabricação de fotodetetores do tipo Metal-Semicondutor-Metal (MSM) com corrente de escuro da ordem de 1 nA, responsividade da ordem de 0,1 A/W e razão fotocorrente/corrente de escuro de pelo menos 10. Estes valores asseguram que os fotodetetores obtidos tenham sensibilidade suficiente para serem utilizados em sensores ópticos integrados. Todos os materiais utilizados na construção dos fotodetetores MSM são compatíveis com processos convencionais de fabricação em microeletrônica, facilitando a integração com outros dispositivos em estado sólido. O semicondutor utilizado nos fotodetetores foi o silício, na forma monocristalina ou policristalina. Como material de eletrodo, foi utilizado o alumínio, o titânio ou o níquel. No processo de fabricação básico, foram utilizados apenas três etapas: deposição do filme metálico, fotolitografia e corrosão, confirmando a simplicidade de fabricação desse fotodetetor. Através da construção de dispositivos com diferentes geometrias e diferentes combinações dos materiais citados acima, foi possível verificar a influência que a estrutura cristalina do semicondutor, tipo de dopagem do semicondutor, geometria e material de eletrodo tem sobre o desempenho e o comportamento dos MSMs. O comprimento de onda de 632,8 nm foi utilizado na caracterização dos dispositivos, devido a sua disponibilidade e o desenvolvimento de guias ópticos utilizando esse comprimento de onda em trabalhos anteriores do nosso grupo de pesquisa. Os melhores resultados obtidos foram com as amostras de Si monocristalino tipo-p com eletrodos de titânio. Na amostra sinterizada à 250°C foi obtido um valor da corrente de escuro de 4,8 nA e, na amostra de referência, foi obtido um valor de responsividade de 0,28 A/W. / The goal of this work was the fabrication of Metal-Semiconductor-Metal (MSM) photodetectors with the following characteristics: dark current of about 1 nA, responsivity of about 0.1 A/W and dark/photocurrent ratio of at least 10. These values ensure that the photodetectors have enough sensitivity to be used in integrated optic sensors. All materials used in the fabrication of the MSM are compatible with conventional microelectronic manufacture process, so that the photodetectors can be more easily integrated with other solid-state devices. The semiconductor used in the photodetectors was silicon, in single crystal and polycrystalline form. As material of electrodes, aluminum, titanium or nickel had been used. The basic fabrication process consists of only three steps: metal film deposition, photolithography and etching, which confirm the simplicity of the fabrication of this device. Building MSMs with different geometries and making combinations with the materials cited above, gave the possibility to verify the influence that crystalline structure of the semiconductor, doping type of the semiconductor, geometry and electrode material have on the behavior of the photodetectors. The wavelength of 632.8 nm was used in the characterization of the devices, due to its availability and the development of optic waveguides using this wavelength in previous works of our research group. The best results were obtained with the samples fabricated using single crystal Si p-type with titanium electrodes. The sample annealed at 250°C had dark current value of 4.8 nA and, the reference sample had responsivity of 0.28 A/W.

Com o objetivo de melhorar a eficiência as células solares de silício do tipo n+pp+, foi desenvolvido um modelo de otimização teórica visando dar subsídios para otimizar convenientemente as diversas etapas envolvidas no processo de fabricação destes dispositivos. Para levar a cabo o estudo teórico foi desenvolvido um programa considerando as características das três regiões que compõe a célula solar n+, base p e emissor posterior p+. O emissor frontal e a base foram analisados através de modelos teóricos com soluções analíticas, enquanto que a região posterior foi analisada através da teoria clássica. Foram otimizados dois tipos de emissores: homogêneos e duplamente difundidos, utilizando parâmetros internos atualizados. Através dos resultados teóricos obtidos, verificou-se o excelente comportamento dos emissores homogêneos, pouco dopados, profundos e passivados. Melhores resultados teóricos foram obtidos com emissores duplamente difundidos, ou seja, compostos por diferentes níveis de concentrações de dopantes nas regiões passivadas e metalizadas. Entretanto, através da comparação entre emissores homogêneos e os duplamente difundidos, verificou-se uma predominância dos homogêneos para aplicações industriais. Assim sendo, a comparação foi seguida de uma análise da dependência dos emissores homogêneos com o fator de sombreamento metálico (Fm). Uma vez realizadas as otimizações teóricas, passou-se ao desenvolvimento tecnológico de células solares com emissores duplamente difundidos e passivados. Visando incrementar o rendimento das células solares, diversas etapas do processo de fabricação foram implementadas e/ou melhoradas, tais como, o uso de aditivos clorados (C33), na limpeza dos fornos e no crescimento da camada passivadora e anti-refletora do dióxido de silício, a texturização química e a pré-deposição de fósforo em tubo aberto. O sistema anti-refletor (superfície texturizada com dióxido de silício) foi utilizado, uma vez que produziu uma significativa redução da reflexão da superfície frontal da célula solar. As células solares desenvolvidas neste trabalho foram caracterizadas utilizando diversas técnicas como curva IxV no escuro e sob iluminação, curvas de corrente de curto-circuito versus tensão de circuito aberto e respostas espectrais ou eficiências quânticas. Os resultados obtidos mostraram a excelente qualidade alcançada pelos emissores desenvolvidos, tanto com relação à eficiência de coleção para curtos comprimentos de onda, como no referente à pouca contribuição à densidade de corrente de recombinação. Das análises teórico-experimentais realizadas concluiu-se que as células desenvolvidas neste trabalho estão limitadas pela recombinação na região de base, devendo ser este um dos caminhos a ser seguido visando melhorar o rendimento destes dispositivos. A célula mais representativa do processo utilizado alcançou uma eficiência de (16,9 ± 0,3)%, uma tensão de circuito aberto de 639,6mV e uma densidade de corrente de curto-circuito de 33,67mA/cm² (medidas realizadas no National Renewable Energy Laboratory (NREL)). / Searching for the improvement of n+pp+ solar cell efficiencies, a theoretical model was developed in order to optimize the emitter parameters and several technological processes were implemented in the fabrication of these devices. Thus, a code considering the characteristics of the different regions n+ emitter, base region and p+ emitter were developed. The emitter n+ and the base region were analyzed by means of the theoretical model with analytical solutions, while the p+ emitter was analyzed considering the classical theory. Using update parameters, a optimization was made for the two kinds of emitters. And by means of the theoretical results, the excellent behavior of homogeneous emitters when moderately doped, relatively thick and passivated. The best theoretical results were found with two-step diffusion emitters. However, comparing the two kinds of emitters a remarkable importance was found for practical applications of homogeneous emitter. Thus, a comparison considering the dependence of homogeneous emitters on the metal-grid shadowing factor (Fm) was fulfilled. The technological development was fulfilled with some innovations in the fabrication process; such as the use of C33 (in the cleaning of high temperature furnaces, as well as for growing the SiO2), chemical texturizations and phosphorus pre-deposition in open tube furnaces. The anti-reflection system was chosen, considering the theoretical-experimental optimizations developed for anti-reflection coatings. The solar cells were characterized by current density versus voltage curve under darkness and illumination, quantum efficiency and so on. The obtained results showed the excellent quality reached for the developed emitters, as for the internal quantum efficiency as for the low recombination current density. Analyzing the theoretical and experimental results, it was found that the base region is limiting the performance of the cells. Thus, this must be a way of improving the efficiency of these cells. The best solar cell has a short-current density of 33.67mA/cm², an open-circuit voltage 639.6mV and efficiency of (16.9 ± 0.3)%, measured by National Renewable Energy Laboratory (NREL).

O presente trabalho tem como objetivo principal a produção e estudo de filmes de nitreto de alumínio (AlN) depositados por pulverização catódica (sputtering) reativa e a fabricação e caracterização de guias de onda tipo pedestal utilizando o AlN como núcleo. Inicialmente, filmes de AlN foram fabricados por pulverização catódica reativa (sputtering) de rádio frequência (RF) utilizando um alvo de alumínio (Al) com 99,999% de pureza, e nitrogênio (N2) como gás reativo. Subsequentemente, os filmes foram caracterizados mediante as técnicas de elipsometria, difração de raios X (DRX), espectroscopia de absorção por transformada de fourier na região do infravermelho (FTIR) e espectroscopia de absorção na região do ultravioleta e do visível (UV-VIS). Tendo as melhores condições ópticas e físicas para a deposição de filmes de AlN, foram fabricados neste trabalho guias de onda tipo pedestal utilizando estes filmes como núcleo. O guia de onda pedestal traz um processo de fabricação alternativo, em que a geometria do guia de onda determina-se na camada anterior ao do núcleo, assim já não é necessário delinear as paredes laterais da camada de núcleo facilitando desta forma, o processo de fabricação do dispositivo. Os guias de tipo pedestal fabricados neste trabalho foram definidos através da corrosão parcial do óxido de silício (SiO2) mediante a técnica de RIE (Reactive Ion Etching) usando gases trifluorometano (CHF3) e oxigênio (O2) como gases reativos. Uma vez definido o pedestal, um filme de nitreto de alumínio é depositado sobre o SiO2 com a finalidade de constituir o núcleo do guia de onda. O ar foi utilizado como revestimento superior, cujo índice de refração (n = 1) aumenta o confinamento da luz no núcleo e também para poder possibilitar a caracterização das perdas ópticas do dispositivo. Para esta caracterização usamos a técnica de vista superior que permitiu a análises das perdas ópticas de propagação para diferentes alturas de pedestal e diferentes espessuras de núcleo tanto para filmes de AlN orientado no plano cristalino (002) quanto para filmes de AlN amorfos. / The main objective of this work is the production and study of Aluminum Nitride (AlN) films deposited by reactive sputtering and the fabrication and characterization of pedestal optical waveguides using AlN as core. Initially, aluminum nitride films were produced by reactive sputtering using a 99.999% aluminum (Al) purity target, and nitrogen (N2) as the reactive gas. Subsequently, the films were characterized by ellipsometry, X-ray Diffraction, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Ultraviolet-visible spectroscopy (UV-VIS). Once the best optical and physical conditions for the deposition of AlN films were obtained, pedestal waveguides using these films as a nucleus were fabricated in this work. The pedestal waveguide provides an alternative manufacturing process where the geometry of the waveguide is determined in the pre-core layer, so it is no longer necessary to delineate the side walls of the core layer thereby facilitating the device fabrication process. The pedestal waveguides fabricated in this work were defined by the partial corrosion of SiO2 by the RIE (Reactive Ion Etching) technique using CHF3 and O2 gases as reactive gases. Once the pedestal is completed, an aluminum nitride film is deposited onto the SiO2 layer as the waveguide core. The air was used as an upper cladding, whose refractive index (n ? 1) increases the confinement of the light in the core and also allows the optical loss characterization. For this characterization, we used the superior view technique that allowed the analysis of optical propagation losses for different pedestal heights and different core thicknesses for both highly (002) oriented and amorphous AlN films.

O objetivo deste trabalho foi contribuir para o desenvolvimento de um dispositivo elétrico baseado em moléculas organometálicas sobre substratos de silício poroso visando a sua aplicação no desenvolvimento de sensores de gás. Foi proposto um procedimento de deposição de monocamadas de moléculas de Ftalocianina sobre a superfície da estrutura de silício poroso aproveitando sua elevada superfície específica. As moléculas de Ftalocianina adsorvidas sobre o filme de silício poroso oxidado termicamente não apresentaram processos de reação química preservando suas características elétricas e ópticas. Foi fabricado um dispositivo com eletrodo de Ouro baseado no filme de moléculas de Ftalocianina depositado sobre silício poroso oxidado. A partir das curvas características I x V foi identificado o mecanismo de transporte de portadores através do filme de Ftalocianina e o tipo de junção na região de eletrodo-Ftalocinina. O mecanismo é baseado na corrente limitada por cargas armadilhadas nos níveis altamente localizados no interior da banda proibida entre os níveis HOMO e LUMO das moléculas de Ftalocianina. A resposta I x V do dispositivo mostrou-se sensível à exposição a gases orgânicos mostrando maior sensibilidade para o gás (Metanol) com maior constante dielétrica, sugerindo uma importante contribuição do efeito de blindagem sobre os níveis de armadilha, e como conseqüência a diminuição da profundidade destes níveis. / The aim of this work was to contribute for the development of an electrical device based on organometallic molecules onto porous silicon bulks for the application in the development of gas sensor devices. It was proposed a procedure of deposition of monolayer of Phthalocyanine molecules onto the surface of the porous silicon structure taking advantage of its high specific surface. The Phthalocyanine molecules adsorbed on the porous silicon film thermally oxidized did not show any chemical reaction process preserving their electrical and optical characteristics. A device was fabricated with Gold electrodes based on the Phthalocyanine molecules film deposited onto oxidized porous silicon. From the (I x V) characteristic curves, the carrier transport mechanism through the Phthalocyanine film and the junction type in the Phthalocyanine-electrode region were identified. The mechanism is based on the current limited by the trapped charges in the highly localized levels inside the band gap between the HOMO and LUMO levels of the Phthalocyanine molecules. The I x V response of the device showed to be sensitive to organic gases exposition showing higher sensibility to (Methanol) gas with higher dielectric constant, suggesting an important contribution of the shield effect on the trap levels and as a result decreasing the depth of these levels.

Com o objetivo de melhorar a eficiência as células solares de silício do tipo n+pp+, foi desenvolvido um modelo de otimização teórica visando dar subsídios para otimizar convenientemente as diversas etapas envolvidas no processo de fabricação destes dispositivos. Para levar a cabo o estudo teórico foi desenvolvido um programa considerando as características das três regiões que compõe a célula solar n+, base p e emissor posterior p+. O emissor frontal e a base foram analisados através de modelos teóricos com soluções analíticas, enquanto que a região posterior foi analisada através da teoria clássica. Foram otimizados dois tipos de emissores: homogêneos e duplamente difundidos, utilizando parâmetros internos atualizados. Através dos resultados teóricos obtidos, verificou-se o excelente comportamento dos emissores homogêneos, pouco dopados, profundos e passivados. Melhores resultados teóricos foram obtidos com emissores duplamente difundidos, ou seja, compostos por diferentes níveis de concentrações de dopantes nas regiões passivadas e metalizadas. Entretanto, através da comparação entre emissores homogêneos e os duplamente difundidos, verificou-se uma predominância dos homogêneos para aplicações industriais. Assim sendo, a comparação foi seguida de uma análise da dependência dos emissores homogêneos com o fator de sombreamento metálico (Fm). Uma vez realizadas as otimizações teóricas, passou-se ao desenvolvimento tecnológico de células solares com emissores duplamente difundidos e passivados. Visando incrementar o rendimento das células solares, diversas etapas do processo de fabricação foram implementadas e/ou melhoradas, tais como, o uso de aditivos clorados (C33), na limpeza dos fornos e no crescimento da camada passivadora e anti-refletora do dióxido de silício, a texturização química e a pré-deposição de fósforo em tubo aberto. O sistema anti-refletor (superfície texturizada com dióxido de silício) foi utilizado, uma vez que produziu uma significativa redução da reflexão da superfície frontal da célula solar. As células solares desenvolvidas neste trabalho foram caracterizadas utilizando diversas técnicas como curva IxV no escuro e sob iluminação, curvas de corrente de curto-circuito versus tensão de circuito aberto e respostas espectrais ou eficiências quânticas. Os resultados obtidos mostraram a excelente qualidade alcançada pelos emissores desenvolvidos, tanto com relação à eficiência de coleção para curtos comprimentos de onda, como no referente à pouca contribuição à densidade de corrente de recombinação. Das análises teórico-experimentais realizadas concluiu-se que as células desenvolvidas neste trabalho estão limitadas pela recombinação na região de base, devendo ser este um dos caminhos a ser seguido visando melhorar o rendimento destes dispositivos. A célula mais representativa do processo utilizado alcançou uma eficiência de (16,9 ± 0,3)%, uma tensão de circuito aberto de 639,6mV e uma densidade de corrente de curto-circuito de 33,67mA/cm² (medidas realizadas no National Renewable Energy Laboratory (NREL)). / Searching for the improvement of n+pp+ solar cell efficiencies, a theoretical model was developed in order to optimize the emitter parameters and several technological processes were implemented in the fabrication of these devices. Thus, a code considering the characteristics of the different regions n+ emitter, base region and p+ emitter were developed. The emitter n+ and the base region were analyzed by means of the theoretical model with analytical solutions, while the p+ emitter was analyzed considering the classical theory. Using update parameters, a optimization was made for the two kinds of emitters. And by means of the theoretical results, the excellent behavior of homogeneous emitters when moderately doped, relatively thick and passivated. The best theoretical results were found with two-step diffusion emitters. However, comparing the two kinds of emitters a remarkable importance was found for practical applications of homogeneous emitter. Thus, a comparison considering the dependence of homogeneous emitters on the metal-grid shadowing factor (Fm) was fulfilled. The technological development was fulfilled with some innovations in the fabrication process; such as the use of C33 (in the cleaning of high temperature furnaces, as well as for growing the SiO2), chemical texturizations and phosphorus pre-deposition in open tube furnaces. The anti-reflection system was chosen, considering the theoretical-experimental optimizations developed for anti-reflection coatings. The solar cells were characterized by current density versus voltage curve under darkness and illumination, quantum efficiency and so on. The obtained results showed the excellent quality reached for the developed emitters, as for the internal quantum efficiency as for the low recombination current density. Analyzing the theoretical and experimental results, it was found that the base region is limiting the performance of the cells. Thus, this must be a way of improving the efficiency of these cells. The best solar cell has a short-current density of 33.67mA/cm², an open-circuit voltage 639.6mV and efficiency of (16.9 ± 0.3)%, measured by National Renewable Energy Laboratory (NREL).

O objetivo deste trabalho foi contribuir para o desenvolvimento de um dispositivo elétrico baseado em moléculas organometálicas sobre substratos de silício poroso visando a sua aplicação no desenvolvimento de sensores de gás. Foi proposto um procedimento de deposição de monocamadas de moléculas de Ftalocianina sobre a superfície da estrutura de silício poroso aproveitando sua elevada superfície específica. As moléculas de Ftalocianina adsorvidas sobre o filme de silício poroso oxidado termicamente não apresentaram processos de reação química preservando suas características elétricas e ópticas. Foi fabricado um dispositivo com eletrodo de Ouro baseado no filme de moléculas de Ftalocianina depositado sobre silício poroso oxidado. A partir das curvas características I x V foi identificado o mecanismo de transporte de portadores através do filme de Ftalocianina e o tipo de junção na região de eletrodo-Ftalocinina. O mecanismo é baseado na corrente limitada por cargas armadilhadas nos níveis altamente localizados no interior da banda proibida entre os níveis HOMO e LUMO das moléculas de Ftalocianina. A resposta I x V do dispositivo mostrou-se sensível à exposição a gases orgânicos mostrando maior sensibilidade para o gás (Metanol) com maior constante dielétrica, sugerindo uma importante contribuição do efeito de blindagem sobre os níveis de armadilha, e como conseqüência a diminuição da profundidade destes níveis. / The aim of this work was to contribute for the development of an electrical device based on organometallic molecules onto porous silicon bulks for the application in the development of gas sensor devices. It was proposed a procedure of deposition of monolayer of Phthalocyanine molecules onto the surface of the porous silicon structure taking advantage of its high specific surface. The Phthalocyanine molecules adsorbed on the porous silicon film thermally oxidized did not show any chemical reaction process preserving their electrical and optical characteristics. A device was fabricated with Gold electrodes based on the Phthalocyanine molecules film deposited onto oxidized porous silicon. From the (I x V) characteristic curves, the carrier transport mechanism through the Phthalocyanine film and the junction type in the Phthalocyanine-electrode region were identified. The mechanism is based on the current limited by the trapped charges in the highly localized levels inside the band gap between the HOMO and LUMO levels of the Phthalocyanine molecules. The I x V response of the device showed to be sensitive to organic gases exposition showing higher sensibility to (Methanol) gas with higher dielectric constant, suggesting an important contribution of the shield effect on the trap levels and as a result decreasing the depth of these levels.

A microfluídica atua em áreas como controle de fluxo, e \"química e ciências da vida\". Nesta última área encontram-se dispositivos como micro-agulhas, micro-separadores, microdispensadores, micro-reatores e micromisturadores. Em particular, micromisturadores podem estar presentes nas mais variadas aplicações na industria e na ciência, que necessitam de mistura de fluidos. Uma dessas aplicações é a encapsulação de ativos por uma matriz polimérica (micro-esferas poliméricas) para sistemas de liberação controlada. Nos processos convencionais de encapsulação uma das etapas cruciais é a produção de emulsões simples e múltiplas, que é o resultado do processo de mistura de dois líquidos imiscíveis. A introdução de micromisturadores para formação de emulsões é uma alternativa tecnológica que foi explorada neste trabalho. Portanto, foi realizado um estudo de pré-formulação, no qual foram produzidas micro-esferas poliméricas sem nenhum ativo encapsulado através de n misturadores microfluídicos diferentes. Os dispositivos mais eficientes foram identificados através das características das micro-esferas produzidas, tais como: diâmetro médio de partícula, índice de dispersão da distrib uição de partículas e morfologia (forma geométrica). Identificados os dispositivos, parâmetros de processo foram estudados, tais como: vazão e formulação. Os resultados obtidos indicaram que é possível produzir micro-esferas poliméricas com suas principais características controladas: tamanho e índice de dispersão. / Microfluidics actuates in areas as flow control, and \"chemistry and life sciences\". In this latter area appear devices as microneedles, microseparators, microdispensers, micro-reactors and micromixers. In particular, micromixers can be found in several applications in industry and science where it is needed fluid mixing. One of these applications is the asset encapsulation of a polymeric matrix (polymeric microspheres) for controlled release systems. In conventional processes of encapsulation one of crucial steps is the production of simple or multiple emulsions, which is the result of the mixing process of two immiscible liquids. Utilization of micromixers for emulsion preparation is a technological alternative that is explored in this work. Therefore, it was realized a pre-formulation study, for production of polymeric microspheres without any asset encapsulated, through several microfluidic mixers. The more efficient devices were ident ified through characteristic parameters of produced microspheres, such as: particle average diameter, dispersion index of particle size distribution and morphology (geometric shape). After device identification, process parameters were studied, such as: flow rate and formulation. Obtained results indicated that it is possible to produce polymeric microspheres with its main controlled characteristics: size and dispersion index.

Um novo processo de fabricação de dispositivos de emissão de campo (FE) em silício (Si) é apresentado nesta tese, baseado na potencialidade de utilização da técnica de microusinagem denominada HI-PS (Hydrogen Ion Porous Silicon), que trata da combinação entre processos de implantação de hidrogênio e silício poroso. Por meio do procedimento proposto, foram obtidos dispositivos com 2500 emissores (micropontas de Si) integrados e não integrados ao anodo e contidos em uma área de 2,8 x 2,8 mm² (3,2.10\'POT.4\' pontas/cm²). As micropontas de Si fabricadas apresentaram altura de 10 µm, com diâmetro do ápice em torno de 150 nm. A separação entre os emissores (50 µm), na configuração não integrada dos dispositivos, foi limitada pela resolução da máscara litográfica utilizada. Foram propostas etapas de otimização estrutural das micropontas após sua formação, e aplicadas tanto na configuração do sistema anodo-catodo integrado como não integrado. Como resultado destas etapas, constatou-se a redução do ápice das microestruturas para dimensões inferiores a 100 nm. Os dispositivos FE integrados foram obtidos com uma distância de separação entre o anodo e o catodo de aproximadamente 12 µm, distância definida pelas dimensões da máscara litográfica, porém não limitada pelo processo aplicado. Destacam-se, entre as vantagens da utilização da técnica HI-PS em relação às tecnologias usuais de manufatura dos dispositivos FE, a baixa complexidade do processo proposto e a utilização de apenas uma etapa litográfica para obtenção do sistema anodo-catodo integrado e auto alinhado. Para efetuar as caracterizações dos dispositivos, foram implementados uma câmara de vácuo específica, que permite alterar a distância entre as estruturas do anodo e do catodo não integradas, sem a necessidade de se retirar a amostra da câmara, e três sistemas para ensaios elétricos, sendo um destes sistemas desenvolvido especificamente para caracterização elétrica de dispositivos FE. As caracterizações elétricas foram efetuadas por meio de curvas I-V, I-t e V-d, sendo esta última utilizada para extrair o campo elétrico macroscópico E, que foi utilizado como parâmetro de comparação entre amostras submetidas a diferentes processos de otimização estrutural e de recobrimento superficial dos emissores por Al. Todas as amostras caracterizadas apresentaram variação de corrente exponencial com o potencial aplicado, de acordo com o esperado pela teoria proposta por Fowler-Nordheim (F-N). Dispositivos com otimização estrutural ou deposição de Al apresentaram melhores características de emissão (menor valor de E), de acordo com o aprimoramento do modelo de F-N sugerido na literatura para superfícies otimizadas. Constatou-se, pelos gráficos de F-N, o comportamento diferenciado dos emissores de Si tipo p em comparação com outros materiais, estabelecendo uma relação entre as variações da inclinação da curva traçada às distintas fontes de elétrons do Si. Frente aos resultados obtidos, conclui-se que a técnica Hi-PS é altamente promissora para fabricação de emissores microusinados em Si para aplicações em dispositivos FE. / This thesis presents a new silicon (Si) field emission devices (FE) fabrication process based on the potential of the HI-PS (Hydrogen Ion Porous Silicon) micromachining technique, which is a combination of hydrogen implantation and porous silicon. Devices with 2500 emitters (Si microtips), integrated and non-integrated to the anode, enclosed in an area of 2.8 x 2.8 mm² (3.2 x 10\'POT.4\' tips/cm²), were obtained from the proposed technique. The fabricated Si microtips show 10 µm in height, with apex diameter of about 150 nm. The separation distance between emitters (50 µm), considering the non-integrated devices design, was limited by the resolution of the lithographic mask applied. Microtips structural improvement process steps were proposed and applied in both anode-cathode design (integrated and non-integrated). As a result, a reduction in tip apex diameter to dimensions lower than 100 nm was verified. The integrated FE devices were obtained with an anode-cathode separation of about 12 µm, which distance was defined by lithographic mask dimensions, but not limited by the process applied. The outstanding advantages of the HI-PS technique in comparison with usual technologies for FE devices fabrication are the low complexity of the process proposed and the use of a single lithographic step to obtain a selfaligned and integrated anode-cathode system. A dedicated vacuum chamber, which allows the changing of the separation distance between non-integrated anodecathode structures without the need of removing the sample out the chamber, and three systems for electrical test, being one of them developed specifically for FE devices electrical characterization, were implemented. The electrical characterizations were performed by means of I-V, I-t and V-d curves, being the last one used to extract the macroscopic electrical field E, which was applied as comparison parameter between samples obtained from distinct structural improvement process and samples with emitters surface coated with Al. All samples characterized showed exponential-like behavior of current with the potential applied, as expected from theory proposed by Fowler-Nordheim (F-N). Devices with structural improvement or Al coating showed better emission characteristics (lower E value), according with the modified F-N model suggested in the literature for optimized surfaces. From the F-N plots, the distinct behavior of p type Si emitters was verified in comparison with different materials, establishing a relationship between the slope variations of the curve obtained and the electrons source of the Si. Based on the results obtained, the HI-PS technique is very promising to fabricate Si micromachined emitters for use in FE devices.

Um novo processo de fabricação de dispositivos de emissão de campo (FE) em silício (Si) é apresentado nesta tese, baseado na potencialidade de utilização da técnica de microusinagem denominada HI-PS (Hydrogen Ion Porous Silicon), que trata da combinação entre processos de implantação de hidrogênio e silício poroso. Por meio do procedimento proposto, foram obtidos dispositivos com 2500 emissores (micropontas de Si) integrados e não integrados ao anodo e contidos em uma área de 2,8 x 2,8 mm² (3,2.10\'POT.4\' pontas/cm²). As micropontas de Si fabricadas apresentaram altura de 10 µm, com diâmetro do ápice em torno de 150 nm. A separação entre os emissores (50 µm), na configuração não integrada dos dispositivos, foi limitada pela resolução da máscara litográfica utilizada. Foram propostas etapas de otimização estrutural das micropontas após sua formação, e aplicadas tanto na configuração do sistema anodo-catodo integrado como não integrado. Como resultado destas etapas, constatou-se a redução do ápice das microestruturas para dimensões inferiores a 100 nm. Os dispositivos FE integrados foram obtidos com uma distância de separação entre o anodo e o catodo de aproximadamente 12 µm, distância definida pelas dimensões da máscara litográfica, porém não limitada pelo processo aplicado. Destacam-se, entre as vantagens da utilização da técnica HI-PS em relação às tecnologias usuais de manufatura dos dispositivos FE, a baixa complexidade do processo proposto e a utilização de apenas uma etapa litográfica para obtenção do sistema anodo-catodo integrado e auto alinhado. Para efetuar as caracterizações dos dispositivos, foram implementados uma câmara de vácuo específica, que permite alterar a distância entre as estruturas do anodo e do catodo não integradas, sem a necessidade de se retirar a amostra da câmara, e três sistemas para ensaios elétricos, sendo um destes sistemas desenvolvido especificamente para caracterização elétrica de dispositivos FE. As caracterizações elétricas foram efetuadas por meio de curvas I-V, I-t e V-d, sendo esta última utilizada para extrair o campo elétrico macroscópico E, que foi utilizado como parâmetro de comparação entre amostras submetidas a diferentes processos de otimização estrutural e de recobrimento superficial dos emissores por Al. Todas as amostras caracterizadas apresentaram variação de corrente exponencial com o potencial aplicado, de acordo com o esperado pela teoria proposta por Fowler-Nordheim (F-N). Dispositivos com otimização estrutural ou deposição de Al apresentaram melhores características de emissão (menor valor de E), de acordo com o aprimoramento do modelo de F-N sugerido na literatura para superfícies otimizadas. Constatou-se, pelos gráficos de F-N, o comportamento diferenciado dos emissores de Si tipo p em comparação com outros materiais, estabelecendo uma relação entre as variações da inclinação da curva traçada às distintas fontes de elétrons do Si. Frente aos resultados obtidos, conclui-se que a técnica Hi-PS é altamente promissora para fabricação de emissores microusinados em Si para aplicações em dispositivos FE. / This thesis presents a new silicon (Si) field emission devices (FE) fabrication process based on the potential of the HI-PS (Hydrogen Ion Porous Silicon) micromachining technique, which is a combination of hydrogen implantation and porous silicon. Devices with 2500 emitters (Si microtips), integrated and non-integrated to the anode, enclosed in an area of 2.8 x 2.8 mm² (3.2 x 10\'POT.4\' tips/cm²), were obtained from the proposed technique. The fabricated Si microtips show 10 µm in height, with apex diameter of about 150 nm. The separation distance between emitters (50 µm), considering the non-integrated devices design, was limited by the resolution of the lithographic mask applied. Microtips structural improvement process steps were proposed and applied in both anode-cathode design (integrated and non-integrated). As a result, a reduction in tip apex diameter to dimensions lower than 100 nm was verified. The integrated FE devices were obtained with an anode-cathode separation of about 12 µm, which distance was defined by lithographic mask dimensions, but not limited by the process applied. The outstanding advantages of the HI-PS technique in comparison with usual technologies for FE devices fabrication are the low complexity of the process proposed and the use of a single lithographic step to obtain a selfaligned and integrated anode-cathode system. A dedicated vacuum chamber, which allows the changing of the separation distance between non-integrated anodecathode structures without the need of removing the sample out the chamber, and three systems for electrical test, being one of them developed specifically for FE devices electrical characterization, were implemented. The electrical characterizations were performed by means of I-V, I-t and V-d curves, being the last one used to extract the macroscopic electrical field E, which was applied as comparison parameter between samples obtained from distinct structural improvement process and samples with emitters surface coated with Al. All samples characterized showed exponential-like behavior of current with the potential applied, as expected from theory proposed by Fowler-Nordheim (F-N). Devices with structural improvement or Al coating showed better emission characteristics (lower E value), according with the modified F-N model suggested in the literature for optimized surfaces. From the F-N plots, the distinct behavior of p type Si emitters was verified in comparison with different materials, establishing a relationship between the slope variations of the curve obtained and the electrons source of the Si. Based on the results obtained, the HI-PS technique is very promising to fabricate Si micromachined emitters for use in FE devices.