Orientador: Lucila Helena Deliesposte Cescato / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-15T19:36:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Avila_LuisFernandode_D.pdf: 1824665 bytes, checksum: 6cab44933ac386ebd3097bd193d85e0f (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Materiais fotossensíveis são materiais que sofrem alterações físico-químicas quando expostos à luz de comprimento de onda apropriado. A gama de aplicações para estes materiais é enorme, entre elas as que apresentam maiores exigências em termos do próprio material são as aplicações em armazenagem de informação e imagens. Para avaliar o potencial de um material para uma dada aplicação é necessário entender os mecanismos fotossensíveis envolvidos assim como caracterizar suas propriedades, tais como: sensibilidade espectral, modulação óptica máxima, reversibilidade, estabilidade térmica, etc. Nesta tese de doutorado foi proposto e demonstrado um método para processar os sinais de auto-difração que, além de permitir a medida simultânea e independente das modulações de índice de refração e de coeficiente de absorção, nos permite medir a evolução temporal das modulações e a constante cinética das reações fotossensíveis. Esta técnica foi utilizada para estudar três tipos de materiais fotossensíveis: fotorresinas positivas (SC 1827 da Shipley), fotorresinas negativas (SU-8 da Microchem) e vidros calcogenetos (em particular composições com Sulfeto de Antimônio). As medidas foram realizadas utilizando-se dois interferômetros diferentes: um com óptica para o visível e outro para o ultravioleta. Além disso, foi observada uma modulação de elétrons secundários nas imagens de microscopia eletrônica de amostras de fotorresinas negativas SU8 expostas holograficamente / Abstract: Photosensitive materials are materials that change their optical properties when exposed to light of appropriate wavelength. The range of applications of such materials is very wide. Among these applications the storage of images and information is that present higher requirements in terms of the material itself. To evaluate the potential of a material for a given application it is necessary to understand the mechanisms involved as well as to characterize their photosensitive properties such as spectral sensitivity, maximum optical modulation, reversibility, thermal stability, etc. In this thesis we propose and demonstrate a method for processing the selfdiffraction the signals that allows the simultaneous and independent measurement of the modulations of refractive index and absorption coefficient as well as to measure the temporal evolution of such modulations and their corresponding kinetic constant of the photo-reactions. This technique was employed to study three types of photosensitive materials: positive photoresist (SC 1827 from Shipley), negative photoresist (Microchem SU-8) and chalcogenide glasses (in particular compositions with Antimony Sulfide). Measurements were performed using two different interferometers, one with optics for the visible and one for the ultra-violet. Moreover, a modulation of secondary electrons was observed in the electronic microscopy images of the SU8 negative photoresist samples exposed holographically / Doutorado / Ótica / Doutor em Ciências

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-19T14:55:58Z No. of bitstreams: 1 jeffersondasilvamartins.pdf: 25462005 bytes, checksum: 953964ec162955054c296ec7a3712b33 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-20T12:26:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 jeffersondasilvamartins.pdf: 25462005 bytes, checksum: 953964ec162955054c296ec7a3712b33 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-20T12:26:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 jeffersondasilvamartins.pdf: 25462005 bytes, checksum: 953964ec162955054c296ec7a3712b33 (MD5) Previous issue date: 2013-07-26 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Fotorresinas são exemplos de materiais fotossensíveis largamente empregadas em processos litográficos em microeletrônica e em óptica para a fabricação de componentes de relevo. As fotorresinas são usadas como máscaras para transferência de padrões geométricos para fabricação de mais de 95% dos circuitos integrados utilizados em microeletrônica. Em óptica, as fotorresinas são usadas na construção de estruturas periódicas com propriedades ópticas difrativas. Uma importante técnica de caracterização dessas fotorresinas é a espectrometria de massa. Essa ferramenta espectrométrica é muito poderosa no estudo de superfícies, processos de controle de crescimento de filmes em microeletrônica e em outras ramificações da ciência. Nesse contexto, nesta dissertação de mestrado são apresentados os resultados dos processos de degradação da fotorresina AZ-1518, devido a exposição à radiação ultravioleta. Os produtos da degradação ocasionados pela ação da radiação ultravioleta é avaliada por espectrometria de massa por tempo de voo usando ionização e dessorção a laser (LDI). A cinética química das fotorresinas, de acordo com o método proposto por Dill, mostra que a taxa de variação temporal da concentração do composto fotoativo é proporcional à intensidade da luz incidente. Este parâmetro é medido usando o processo de exposição com o espectro típico de uma lâmpada de vapor de mercúrio (comprimentos de onda de 365, 405 e 436 nm). Em virtude dos resultados apresentados, mostra-se que a técnica de ionização e dessorção a laser é capaz de identificar as modificações moleculares na fotorresina, devido à exposição de luz ultravioleta apresentando diferenças nas intensidades relativas dos espectros de massa das amostras expostas e não expostas à radiação ultravioleta. Devido às variações nas intensidades relativas dos espectros de massa das amostras que receberam diferentes energia de exposição, foi possível caracterizar a cinética química da fotorresina AZ-1518. Esse resultado mostra que a técnica de ionização e dessorção a laser é adequada para estudar a cinética química de materiais fotossensíveis e obter o parâmetro de Dill das fotorresinas positivas. / Positive photoresists are photosensitive materials widely used in lithographic processes in microelectronics and optic for component relief manufacturing. The photoresists are used as masks for transferring of geometric patterns to produce more than 95% of the integrated circuits employed in microelectronics. In optics, the photoresists are used in the fabrication of periodic structures with diffractive optical properties. An important technique of the characterization of such photoresists is the mass spectrometry. This spectrosmetry tool is very powerful in the study of surfaces, control processes of film growth in microelectronics and other branching of science. In this context, this work presents results of the degradation processes of the AZ-1518 photoresist due to exposure to ultraviolet radiation. The degradation products occasioned by the action of ultraviolet radiation is analyzed by time-of-flight mass spectrometry using laser desorption ionization (LDI). The chemical kinetics of photoresist, according to the method proposed by Dill, shows that the rate of temporal variation of the concentration of photoactive compound is proportional to the intensity of incident light. This parameter is measured using the exposure to a typical mercury arc lamp spectrum (365, 405 and 436 nm wavelengths). In view of the results presented, takes us up to believe that the technique of laser desorption ionization is able to identify the molecular modifications in the photoresist due to exposure to ultraviolet light showing differences in the relative intensities of the mass spectra of the samples unexposed and exposed to ultraviolet radiation. Because of the variations in the relative intensities of the mass spectra of the samples that received different exposure energies, it was possible to characterize the chemical kinetics of the AZ-1518 photoresist. This result shows that the technique of laser desorption ionization is appropriate for the study of chemical kinetics of photosensitive materials and to obtain the Dill parameter of positive photoresists.

Photorefractive BTO presents useful properties for applications such as real-time holography, coherent light amplification and optical information processing, among others. The performance strongly depends on the defects induced by impurities, which can act as charge donors or acceptors. Defects can also be created by doping so that the properties can be adjusted to the desired application. Since ceramic reproduce well the single crystal properties and have advantages such as the simplicity and low cost of processing, they become suitable for the study of the relationship between properties and defects in this material. The subject of this work was the production and characterization of bismuth titanate ceramics ( Bi12TiO20 - BTO) pure and doped with transition metals and rare earths. The study was focused on the point defects related to the site occupancy of the dopant in the BTO matrix, as well as on the valence of the dopant and possible charge compensation mechanisms associated with the defects. In this work, BTO ceramics were produced by solid state synthesis with calcination at 700º C/6h and sintering at 800º C/3h. The characterization techniques employed were Xray Diffraction (XRD), X-ray absorption spectroscopy (XAS), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Impedance Spectroscopy (IS). Undoped and Dy , Er , Eu, Cr and Mn-doped BTO ceramic powders were produced, as well as ceramic bodies undoped and doped with Dy, Cr and Mn. All samples presented single phase Bi12TiO20. The XAS analysis revealed the presence of T4+ and metallic Ti in BTO, a result that adds detail to the model for the formation of intrinsic defects in this material. Transition metals Cr and Mn presented oxidation states 6+ and 4+, respectively, when inserted into the BTO matrix, while the other elements present valence 3+. Concerning the site occupancy, it was determined that the Dy tends to occupy the Bi3+ site, while Er, Eu, Mn and Cr tend to occupy the Ti4+ site. Impedance measurements showed that none of the doped samples had higher dark conductivity than pure sample. For the samples doped with Mn and Dy, which tend to occupy the Ti and Bi sites, respectively, the charge transport mechanisms are exactly the same as those verified in pure sample. For the Cr-doped sample, the Ti substitution occurs with a charge compensation mechanism that possibly give rise to new defects in the material. / O BTO possui propriedades fotorrefrativas de interesse para aplicações como a holografia em tempo real, a amplificação de luz coerente e processamento de informação óptica, entre outras. O desempenho dos cristais fotorrefrativos depende fortemente dos defeitos criados por impurezas, os quais podem atuar como doadores ou aceitadores de carga. Os defeitos também podem ser inseridos por dopagem a fim de que as propriedades sejam adaptadas ao objetivo desejado. Uma vez que cerâmicas reproduzem bem as características do monocristal e apresentam vantagens de produção em relação aos materiais monocristalinos, como facilidade e baixo custo de processamento, elas se tornam adequadas ao estudo da relação entre defeitos e propriedades neste material. O objetivo deste trabalho foi a produção e caracterização de cerâmicas de Titanato de Bismuto (Bi12TiO20 - BTO) puro e dopado com metais de transição e terras raras, visando o estudo dos defeitos pontuais relacionados com e sitio de ocupação do dopante na matriz do BTO, valência do íon dopante incorporado na matriz cristalina e possíveis mecanismos de compensação de carga associados aos defeitos. Neste trabalho, cerâmicas de BTO foram produzidas por síntese de estado sólido, com calcinação a 700º C/6h, seguida de sinterização a 800º C/3h. Utilizamos como principais técnicas de caracterização a Difratometria de Raios X (DRX), Espectroscopia de Absorção de Raios X (XAS), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Impedância (IS). Foram produzidos pós cerâmicos puros e dopados com Dy, Er, Eu, Cr e Mn e corpos cerâmicos de BTO puros e dopados com Dy, Cr e Mn. Todas as amostras apresentaram a fase Bi12TiO20. As análises de XAS mostraram a presença de Ti4+ e Ti metálico no BTO, resultado que acrescenta detalhes ao modelo de formação do defeito intrínseco neste material. Os metais de transição Cr e Mn apresentaram estados de oxidação 6+ e 4+, respectivamente, quando inseridos na matriz de BTO, enquanto os outros elementos apresentaram valência 3+. Em relação ao sítio ocupado pelos íons dopantes, determinou-se que o Dy tende a ocupar o sítio do Bi3+, enquanto o Er, Eu, Cr e Mn tendem a ocupar o sítio do Ti4+. As medidas de impedância mostraram que nenhuma das amostras dopadas apresentou maior condutividade no escuro do que a amostra pura. Nas amostras dopadas com Mn e Dy que ocupam o sitio do Ti e Bi, espectivamente os mecanismos de transporte de carga são exatamente iguais ao da amostra pura. Na amostra dopada com Cr, ao substituir o sitio do Ti ocorrem mecanismos de compensação de carga que dão origem a novos defeitos no material.