Neste trabalho é apresentado o estudo teórico do efeito piezoresistivo e das suas propriedades em dois tipos de materiais com estrutura amorfa, o carbono semelhante ao diamante e o óxido de índio dopado com estanho. Esse estudo compreende o levantamento bibliográfico sobre os materiais, a análise de algumas de suas propriedades, a avaliação e comparação gráfica, através do software , de determinadas características apresentadas pelos materiais. O conhecimento detalhado de algumas características físicas das estruturas e dos materiais que podem ser utilizados para a fabricação dos sensores depressão piezoresistivos integrados é importante, pois estes sensores tem uma dependência direta com as propriedades do material. Os dois materiais estudados apresentam o efeito piezoresistivo, sinal de sensibilidade e dependência com a temperatura, condizentes com as características esperadas para aplicação de filmes finos. De acordo com os resultados obtidos, neste trabalho, estes filmes podem ser utilizados, com excelentes resultados, em aplicações envolvendo sensores de pressão piezoresistivos. A resposta apresentada é coerente em relação à literatura e, portanto, os processos e simulações analíticas realizadas são adequados para o tratamento de materiais semicondutores empregados na fabricação de elementos sensores de pressão. / 165 f.

Neste trabalho estão apresentados os detalhes do projeto construção de um equipamento para produção de filmes finos de polímeros por polimerização a plasma via descarga CC e outro sistema via descarga de microondas, bem como a caracterização do reator e dos filmes finos de poliacetileno produzidos. Inicialmente foram feitas a caracterização do reator operando no modo CC (pressão do reator, tensão e corrente da descarga). Com isso foi possível determinar a região operacional do reator. Variando estes parâmetros foi caracterizado o plasma no que se refere à temperatura de elétrons, densidade de elétrons e comprimento de Debye. Após ter sido determinado a região operacional do sistema no modo CC, foram feitos filmes finos a partir do acetileno comercial, os quais foram caracterizados opticamente (Índice de refração, coeficiente de absorção, transmitância em 514 nm). Também foram feitos espectros de transmissão na região visível. Os filmes obtidos no reator de microondas foram caracterizados através da medida de transmitância em 514 nm e dos espectros de transmissão na região visível. Como caracterização química dos filmes finos foram feitos espectros de infravermelho de um filme fino crescido sobre cristal do NaCl no reator CC e de pastilhas de KBr com resíduo do reator CC e microondas.

Nos últimos anos, os coletores concentradores parabólicos de energia solar (CCPES) vem se destacando e crescendo de forma surpreendente em diversos países do mundo como Espanha, EUA, Israel e Egito, devido ao baixo impacto ambiental e alta eficiência do sistema. A tecnologia envolvida para produção dos materiais utilizados para confecção destes dispositivos tem sido fator preponderante que dita o nível de rendimento e eficiência energética do sistema. Dentre estes materiais são encontrados os compósitos "cermet" para aplicação nas superfícies seletivas das ampolas conversoras. Tendo estes dados como fatores motivacionais, o presente trabalho tem como objetivo a produção de filmes de compósitos cermet de Mo-AlNxOy pela técnica de magnetron sputtering para aplicação em superfícies seletivas utilizadas nas ampolas. O principal parâmetro estudado foi o efeito da variação da temperatura de recozimento e deposição nas propriedades ópticas e morfológicas do filme. Os resultados mostraram que o recozimento aumenta a absortância devido ao efeito de discriminação de frentes de onda, ocasionado pelo aumento da rugosidade superficial do filme. Também foi observado que a cristalinidade e a inserção de molibdênio alteram as propriedades ópticas do material. Isso ocorre devido ao diferente comportamento da banda proibida em materiais com diferentes cristalinidades, ao aumento de aceitadores/doadores de elétrons e ao efeito de plasmon ocasionado pela inserção de molibdênio. Com o recozimento a 800, 1000 e 1100C, houve aumento da oxidação do filme, e quebra das ligações superficiais de AlN o que reduziu a quantidade inicial de nitrogênio. Vale ressaltar que o recozimento a 600C não alterou as propriedades ópticas nem morfológicas do filme, o que sugere que os filmes de Mo-AlNxOy possam ser aplicados em superfícies seletivas no futuro.

Neste trabalho filmes finos de SiC amorfo foram depositados sobre substratos de silício pela técnica de magnetron sputtering com intuito de verificar a influência de fontes de potência DC e HiPIMS na qualidade dos filmes depositados. Também foi realizada a deposição de filmes de SiC sobre silício pela técnica de dual magnetron sputtering, os quais foram dopados por implantação iônica com nitrogênio, fósforo e boro, e em seguida recozidos termicamente. O comportamento das características morfologicas, estruturais, químicas e elétricas dos filmes foi observado pelas técnicas de microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X, perfilometria mecânica, espectroscopia de retroespalhamento de Rutherford, espectroscopia Raman, espectroscopia de energia dispersiva de raios-X e testes de quatro pontas. A análise dos resultados permitiu verificar que, com os parâmetros de processos deste trabalho e as propriedades estudadas, não houve diferenças significativas entre os filmes de SiC depositados com a fonte DC e HiPIMS, a menos da superfície extremamente defeituosa provocada pela deposição com a fonte HiPIMS, o que impossibilita a utilização destes filmes para produção de sensores piezoresistivos. As amostras dopadas apresentaram contaminação com cobre, que por ser uma impureza do tipo N se subtraiu ao boro, que é uma impureza do tipo P, fazendo com que as amostras dopadas com boro não apresentassem valores de resistência de folha possíveis de serem medidos. Já o nitrogênio e o fósforo se somaram ao cobre por também serem impurezas do tipo N, potencializando a dopagem e apresentando uma diminuição da resistividade próxima as encontradas na literatura, sendo que as amostras dopadas com menores doses de implantação apresentaram menores valores de resistividade devido a grande quantidade de cobre presente nas mesmas, demonstrando desta forma o bom resultado da utilização do cobre como dopante. Também foi possível verificar na análise de quatro pontas que o recozimento térmico das amostras foi de extrema importância para a ativação dos dopantes, uma vez que as amostras antes do recozimento apresentaram resistência de folha maior que as amostras recozidas.

Nesse trabalho são apresentados estudos sobre a deposição de filmes finos de óxidos semicondutores, óxido de zinco (ZnO), dióxido de titânio (TiO2) e dióxido de silício (SiO2), por meio da técnica denominada magnetron sputtering, utilizando fontes de potência de rádio frequência e corrente contínua. Os filmes de óxidos foram crescidos sobre substratos de silício e dióxido de silício, variando-se alguns parâmetros de deposição como: a distância axial (z0), a concentração de oxigênio na mistura de Ar e O2, a temperatura do substrato, a pressão de trabalho e a potência aplicada. As amostras foram caracterizadas por perfilometria, difração de raios-X (XRD), quatro pontas, RBS (Rutherford backscattering spectrometry) e nanoindentação. Os resultados mostraram que os filmes produzidos apresentam alterações estruturais de acordo com os parâmetros de deposição. Através das correlações entre os parâmetros de deposição e as características dos filmes, foi possível selecionar um conjunto de amostras com características elétricas e mecânicas mais adequadas para uso em sensores piezoresistivos. Entre os óxidos estudados, o ZnO foi o que apresentou melhores características, chegando-se a obter filmes com resistividade elétrica na ordem de 10-2 ?.cm, módulo de elasticidade de 156 GPa e gauge factor de 2,4. Destaque especial deve ser dado à eficiência do processo de recozimento térmico na obtenção desses resultados.

Nesse trabalho são investigados os mecanismos de crescimento de filmes finos de N-TiO2 depositados por sputtering DC reativo e estudado os efeitos do processo de dopagem do TiO2 nos princípios de operação de células solares sensibilizadas por corantes fotoexcitáveis. Os mecanismos de crescimento dos filmes foram estudados através de métodos numéricos e experimentais. O modelo numérico utilizado durante as simulações foi originalmente desenvolvido em uma estrutura zero dimensional baseado no modelo de Berg com o objetivo de estudar e calcular a concentração química dos filmes e compreender como o nitrogênio substitucional é inserido na estrutura do TiO2. Os resultados obtidos a partir das simulações numéricas foram comparados com os dados experimentais visando avaliar o modelo proposto. Os filmes depositados em laboratório foram analisados por perfilometria mecânica, espectrofotometria ótica, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, espectroscopia por retroespalhamento Rutherford e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X. Os protótipos solares foram fabricados através da geometria convencional de dois eletrodos com os filmes de TiO2 depositados em diversos níveis de dopagem. Os resultados indicam que os filmes dopados são compostos pela mistura de TiN, TiO2 e subóxidos de modo que a oxidação do TiN durante a deposição reativa desempenha um papel fundamental para a incorporação de nitrogênio substitucional na estrutura dos filmes. Os resultados obtidos a partir da caracterização das células solares mostram que os dispositivos fotovoltaicos construídos com os filmes dopados apresentam maiores eficiências de conversão quando comparados com as células solares compostas por filmes de TiO2 sem dopagem.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a obtenção de filmes de TiO2 cristalinos e com propriedades fotoinduzidas, utilizando tecnologias de plasma, sobre substratos de aço carbono AISI 1015. É bem conhecido que a nitretação a plasma contribui para aumentar a adesão de filmes e a resistência à corrosão de substratos metálicos. No entanto, os estudos sobre propriedades fotocatalíticas do TiO2 sobre substratos de aço não investigam o uso de aço carbono nitretado. O principal objetivo deste trabalho é investigar a deposição de filmes de TiO2 fotocatalíticos sobre aço carbono nitretado a plasma, obtido através de um tratamento duplex que envolve a nitretação a plasma e a subsequente deposição por pulverização catódica (sputtering). Para tanto, o processo de pesquisa foi dividido em duas partes: (i) determinação de condições de deposição apropriadas para a obtenção de filmes cristalinos de TiO2 semicondutor, utilizando as técnicas de deposição a plasma conhecidas por magnetron sputtering convencional (MS) e triodo magnetron sputtering (TMS). (ii) Estudo dos processos fotoinduzidos dos filmes cristalinos de TiO2 semicondutor sobre amostras de aço carbono AISI 1015 nitretadas e não nitretadas a plasma. Na primeira etapa os filmes foram depositados em vidro para determinação da composição química por espectrometria de retroespalhamento de Rutherford (RBS) e da energia de band gap ótico (Tauc plot). As amostras foram caracterizadas por difração de Raios X (DRX), perfilometria, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia de força atômica (AFM). A fotoatividade dos filmes foi avaliada através do efeito de hidrofilicidade fotoinduzida por meio do monitoramento da molhabilidade das superfícies e do efeito de fotocatálise heterogênea por meio da degradação do corante azul de metileno (AM). Os filmes de TiO2 cristalinos obtidos sobre vidro foram depositados pelas técnicas de sputtering reativo (MS e TMS) com alvo em modo óxido e apresentaram predominantemente a fase anatase A(101) com energias de band gap em torno de 3,4 eV. Sobre os substratos de aço, foram realizadas deposições por TMS com alvo em modo óxido, pressão de 7,1 mTorr (10,6 sccm O2 / 3,2 sccm Ar), potência de 475 W e temperatura do substrato em 290 C durante 120 minutos. Em substratos de aço não nitretados, somente a fase anatase A(101) é obtida. Os pré-tratamentos de nitretação a plasma (80%N2/20%H2 e 20%N2/80%H2, 2,0 Torr, 5,0 horas, 350 C) aumentam a rugosidade do substrato e exercem um papel importante no crescimento do filme de TiO2, favorecendo o crescimento da fase rutile. A modificação da rugosidade da superfície do substrato pelo pré-tratamento de nitretação a plasma afeta a molhabilidade dos filmes não fotoativados de TiO2. Todos os filmes cristalinos de TiO2 depositados sobre o aço tornam-se superhidrofílicos sob a irradiação ultravioleta e permanecem neste estado por pelo menos 24 horas. O filme de TiO2 depositado sobre o substrato de aço não nitretado apresenta um desempenho fotocatalítico ligeiramente superior aos filmes de TiO2 depositados sobre os substratos de aço pré-nitretados a plasma.

Com o aumento da expectativa de vida da população mundial há uma tendência crescente de incorporar dispositivos artificiais no corpo humano. Portanto, a necessidade de buscar o melhor desempenho de biomateriais tem focado fortemente a atenção para projetar e fabricar dispositivos médicos com diversos tipos de materiais. Nesse contexto, a utilização de telas de polipropileno (PP) para o tratamento de hérnias e de grandes defeitos abdominais tem aumentado de forma significativa, e apesar da disseminação contínua do seu uso, as telas disponíveis não podem ser consideradas ideais, em face às possíveis reações orgânicas do hospedeiro ao material, provocando complicações infecciosas que ocorrem em até 8% dos casos, trazendo graves consequências físicas e psicológicas nestes pacientes. A técnica de deposição a plasma frio é uma ferramenta que permite alterar a característica superficial da tela sem comprometer suas propriedades físicas e mecânicas. Utilizando a técnica de magnetron sputtering foi possível modificar a superfície das telas de PP através do revestimento com filmes finos de DLC dopados com nanopartículas de prata. O recobrimento com filmes finos nanoestruturados ou nanopartículas, acrescenta novas características ao material, tais como: modificação da topografia, morfologia, estrutura e físico-química da superfície do material, bem como a inserção da ação antimicrobiana para diferentes tipos de bactérias e fungos devido a presença da prata. A inclusão da ação antimicrobiana às telas cirúrgicas pode diminuir a incidência de complicações infecciosas, e a presença do DLC possivelmente facilite o processo de reparação tecidual e cicatrização, minimizando efeitos adversos e sendo portanto fortemente indicado para aplicação industrial.

Neste trabalho, apresentamos o estudo magnético e magneto-óptico de filmes de R-Co e bicamada Y-Co/R-Co, R=Gd, Tb. Nesses filmes, três tipos de magnetismo são observados: ferromagnetismo (Y-CO), ferrimagnetismo (GdCo), e sperimagnetismo (Tb-Co). As amostras foram depositadas por DC magnetron sputtering sobre substrato de vidro e protegidas da oxidação por camadas de 30nm de espessura de Sl IND.3 N IND.4. A caracterização magnética das amostras foi feita com a utilização dos magnetômetros SQUID, MAVe MEK-bt. Uma grande parede de domínios, localizada na interface da bicamada amorfa YCo IND.2/GdCo IND.2 é formada durante uma transição ferri-ferromagnética macroscópica. O modelo para analisar a parede de domínios é baseado nas energias Zeeman, anisotropia e troca. Como resultado, nós obtivemos três equações interdependentes, relacionando a espessura da parede de domínios , a posição relativa da parede e a constante de troca A, para os pares atômicos Co-Co. Nesta tese, apresentamos a dependência térmica de , e A. O modelo foi aperfeiçoado para levar em conta a forma não usual da parede de domínios presente na interface da bicamada. A parede de domínios ocupa ~64% do volume da bicamada e está localizada, em sua maior parte (~60%),na camada Y-Co. A constante de troca A apresentou um decréscimo monotônico, com os valores variando de ~3.1xl0 POT.-7 erg/cm a 25K para ~2.0xl0 POT.-7 erg/cm à temperatura ambiente. O Gd foi substituído por Tb e o estudo da parede de domínios na bicamada amorfa YCo2/TbCo2 , é apresentado. A principal diferença entre os filmes de Gd-Co e de Th-Co é o tipo de magnetismo que eles apresentam: o primeiro é ferrimagnético e o segundo é sperimagnético. Como consequência, o filme de Tb-Co apresenta um campo de anisotropia multo maior que o filme de Gd-Co, à temperatura ambiente. O efeito da alta anisotropia sobre a bicamada é uma parede de domínios quase que totalmente localizada na camada Y-Co. Este comportamento foi usado para determinar a dependência de com o campo magnético aplicado, e o valor da constante de troca A para as diferentes temperaturas. O valor de A variou de 1.8xl0 POT.-7 erg/cm a 150K para 1.4xl0 POT.-7 erg/cm a 300K e, para todas as temperaturas, decresceu de ~100nm, no campo de transição (Ht), para ~20nm para lkOe. Para aumentar o entendimento sobre as bicamadas à base de Gd e Tb, a dependência térmica da magnetização de saturação de filmes de R-Co (R=Gd, Tb) foi simulada com a teoria de campo médio. Nós fizemos também o estudo introdutório de filmes ternários. As caracterizações magnética e magneto-óptica dos filmes de R-FeCo (R=Gd, Tb) , e da bicamada de Gd-FeCo/Tb-FeCo revelaram anisotropia planar e perpendicular nos filmes à base de Gd e Tb, respetivamente. / In this work we present the magnetic and magneto-optical study of thin films of R-Co and Y-Co/R-Co bilayer, R=Gd, Tb. Three different kínds of magnetism are found in these films: ferromagnetism (Y-Co), ferrimagnetism (Gd-Co) and sperímagnetísm (Tb-Co). The samples were deposíted by DC magnetron sputteríng on glass substrate, and were protected from oxídatíon by 30nm thick Sí3N4, layers. Magnetic characterization of the samples was done using SQUlD, VSM and transverse magneto-optícal Kerr effect (TMOKE) magnetometers. A large doma in wall (DW), localízed at the YCo2/ Gd Co2, amorphous bilayer interface, is formed duríng a macrosropic ferri-ferromagnetíc transitíon. A model to analyze the DW ís based on Zeeman, anísotropy and exchange energies. As a result, we obtained three interdependent equations, relatíng the DW thickness , the relative position of the wall , and the exchange constant A. In this PhD thesis we present the temperature dependence of , and A. The model was ímproved to account for the unusual DW present at the bílayer interface. About 60% of the DW was inside the Y-CO layer, and the DW was found to be quite large, occupying ~64% of the volume of the bilayer. The exchange constant A presents a monotonically decreasing value, ranging from ~3.1 xl0-7 erg/cm at 25K to ~2.0 Xl0-7 erg/cm at room temperature. Gd was replaced by Tb and a study of the DW in amorphous YCo2/TbCo2, bilayer is presented. The main difference between Gd-Co and Tb-Co films is the kind of magnetism they present, the first is ferrimagnetic and the second is sperimagnetíc. As a consequence, the Tb based film shows a much higher anisotropy field than the Gd-Co film, at room temperature. The high Tb-Co anisotropy effect on the bílayer is a DW almost totally localized in the Y-Co layer. This behavior was used to determine the dependence on the magnetic field and the exchange constant A for different temperatures. A ranged from 1.8xl0-7 erg/cm at 150K to 1.4xl0-7 erg/cm at 300K and, for all temperatures, decreases from ~l00nm, at the transition field (Ht), to ~20nm at lkOe. In order to increase the understanding of the Gd and Tb based bilayers, the temperature dependence of the saturation magnetization of R-Co (R=Gd,Tb) films was simulated by the mean field theory. The values of exchange integrais JR-Co between R and Co atoms are in agreement to the literature. We also studied some ternary tilms, but in less detail. The magnetic and magneto-optical characterization of R-FeCo (R=Gd, Tb) films and GdFeCo/Tb-FeCo bilayer revealed an in-plane and perpendicular anisotropy in Gd and in Tb based fiims, respectively.

A nanociência emergiu nos últimos anos como uma das áreas mais importantes para os futuros desenvolvimentos tecnológicos, especialmente na área de dispositivos eletrônicos. A nanotecnologia tem um caráter primordialmente interdisciplinar, que engloba conhecimentos de física, química, engenharias e biologia. Essa tecnologia está sendo usada da fabricação de microprocessadores, bombas dosadoras de fármacos e revestimentos em materiais, entre outras aplicações. Revestimentos nanocristalinos vêm sendo obtidos por meio da técnica MOCVD (deposição química de organometálicos em fase vapor), e tem proporcionado a obtenção de filmes de melhor qualidade que os obtidos por CVD convencional ou por métodos físicos. Além disso, a técnica MOCVD apresenta-se como uma alternativa competitiva porque é relativamente barata e mais fácil de ser implantada, em relação aos métodos de deposição física. Neste trabalho foram obtidos revestimentos compostos por multicamadas de TiO2/TiN. Durante o experimento, a abertura e o fechamento das válvulas de admissão dos gases exige do operador habilidade manual para acionar a válvula e controlar o tempo de deposição, o que gera possibilidade de erros, implicando diretamente na espessura de cada camada. Assim, a necessidade de diminuir a influência do operador e poder utilizar intervalos de tempo menores que um minuto para os crescimentos, gerou a oportunidade de criar um programa de computador para gerenciar todo o sistema. Tal programa foi desenvolvido utilizando-se o conceito de Máquina de Estados para o controle de processo e simulação Hardware in the loop. / Nanoscience has emerged in recent years as one of the most important areas for future technological developments, especially in the area of electronic devices. Nanotechnology has an interdisciplinary character wich includes knowledge from physics, chemistry, engineering, and biology. This technology is being used in the manufacture of microprocessors, pumps for dose of medicine, and coating materials, among others. The MOCVD technique has been used recently to obtain nanocristalline coatings, and provide films of better quality than those obtained by conventional CVD or physical methods. Furthermore, the MOCVD technique presents itself as a competitive alternative because it is relatively inexpensive and easy to deploy compared to physical deposition methods. In this work multilayer coatings of TiO2/TiN were produced. During the experiment, the opening and closing of the valves of gases admission, requires from the operator manual ability to trigger the valve and controlling the deposition time, which creates the possibility of errors, leading directly into the thickness of each layer. Thus, the need of reducing the influence of the operator, and the possibility of using time intervals of less than a minute in the growths, created the opportunity to develop a computer program to manage the whole system. The software was developed using the State machine concept for the process control and Hardware in the loop simulation.