Made available in DSpace on 2014-10-09T12:25:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06875.pdf: 3426497 bytes, checksum: f67e7359c8137f84a2c63219a3f4ce7a (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Atualmente, quando se tem a necessidade de nitretar peças produzidas pela metalurgia do pó, usa-se a nitretação a plasma. Apesar de ser um processo de alto custo, com diversas dificuldades operacionais e de ajuste de processo, a nitretação a plasma é o único processo viável para nitretar esses materiais por ter uma ação apenas superficial, não apresentando ação nitretante no interior dos poros. Nos processos de nitretação a gás e banho de sais, o meio nitretante penetra na porosidade (interconectada) dos materiais sinterizados, havendo assim a formação de camada branca em uma grande profundidade da peça (ou mesmo na peça toda), gerando problemas de deformação e fragilização do componente. Este trabalho teve por objetivo a aplicação do processo shot peening em peças sinterizadas com a finalidade de fechar a porosidade superficial das peças e estudar seu comportamento sob o processo de nitretação a gás. O estudo verifica que o material sinterizado submetido à nitretação gasosa permitiu a entrada do meio nitretante pelos poros abertos e interconectados promovendo a formação de camada branca no interior dos poros de praticamente todo o volume da peça. Essa camada branca no interior do material fragiliza o componente e inviabiliza sua utilização como componente em praticamente qualquer aplicação industrial. As peças sinterizadas jateadas com granalhas de aço antes da nitretação também permitiram o acesso do meio nitretante no interior do componente, porém, sem potencial suficiente para a formação de camada branca. As amostras jateadas apresentaram apenas agulhas de nitretos formados durante a nitretação. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Ce travail de thèse traite des différents phénomènes de dégradation que peuvent subir les transistors MOS suivant leurs applications sur les technologies CMOS avec mémoires non-volatiles embarquées. Les transistors MOS pour application aux mémoires non volatiles à stockage de charge qui sont enclins à des mécanismes de dégradation spécifiques liés à l’utilisation de la haute tension, ont été étudiés. De plus, des variations de procédés de fabrication ou d’architectures, peuvent avoir un impact sur les mécanismes de dégradation des transistors MOS. En effet, plusieurs modifications des étapes de fabrication peuvent être apportées dans le but d’améliorer les performances des MOSFETs. Le cas des transistors digitaux pour application faible consommation a été considéré ici avec comme objectif principal d’augmenter la mobilité des porteurs dans le canal des transistors MOS. Aussi, suite à certaines limites de l’architecture conventionnelle des transistors MOS, des études ont été menées sur les transistors analogiques et digitaux présentant de nouvelles architectures ayant pour but la suppression de l’effet « hump » ou la réduction de l’aire totale du transistor en déplaçant le contact de grille au-dessus de la zone active. / This thesis focuses on various degradation phenomena that can impact MOS transistors according to their applications on CMOS technologies with embedded non-volatile memories. The transistors used in order to apply potentials greater than 10V in programming and erasing steps of charge storage non-volatile memories have been studied. These transistors are impacted by specific degradation mechanisms due to the use of high voltage. Moreover, manufacturing processes can be modified in order to improve MOSFETs performances, and thus, these variations may have an impact on the degradation mechanisms of MOS transistors. Therefore, several process steps of digital transistor for low power application were changed in order to increase carrier mobility. Furthermore, due to limitations of MOS transistors conventional architecture, new architectures have been proposed for analog and digital transistors in order to remove the "hump" effect or reduce the total area of transistor by moving the gate contact over active area.

This diploma thesis deals with preparation of graphene samples for depositions of ultrathin layers of gallium and gallium nitride. Graphene substrates were prepared by chemical vapour deposition in home-build high temperature reactor. After graphene transfer to silicon wafers, a series of chemical and thermal treatments were performed. Obtained samples were suitable for the study of growth of ultrathin layers of Ga and GaN. The growth of Ga and GaN was realized in ultra high vacuum conditions. Molecular beam epitaxy technique was used for gallium depositions together with ion source for nitridation. Obtained ultrathin layers were studied with X-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy and with scanning electron microscopy.

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Nesta tese, utilizamos técnicas de química quântica para o estudo de sistemas contendo átomos de silício e nitrogênio. Nesse contexto, o trabalho aqui apresentado procurou concentrar-se em três tópicos principais: aglomerados de silício e nitrogênio, a superfície Si(100) e a interação de um átomo de nitrogênio com essa superfície. Estudamos inicialmente os aglomerados de fórmula SiNN e Si3N2, onde procuramos caracterizar de forma rigorosa a estabilidade e a natureza das ligações químicas das várias espécies. Com relação ao sistema SiNN, os resultados utilizando cálculos de alto nível mostraram a necessidade de novos dados experimentais para a caracterização inequívoca dessa espécie. Além disso, obtivemos os primeiros resultados para as propriedades de quatro novas estruturas. Estudamos a estrutura de várias espécies com fórmula Si3N2, e obtivemos como mínimo global uma estrutura planar contendo apenas ligações Si-N. Para a simulação da superfície Si(100) utilizamos os aglomerados de fórmula Si9H12 e Si15H16. Apenas a metodologia do Funcional da Densidade indicou a existência de uma estrutura distorcida para o Si9H12. Os cálculos CASSCF mostraram a necessidade do uso de funções multideterminantais. Com relação ao aglomerado Si15H16, obteve-se uma estrutura distorcida com os dímeros alternados como a forma mais estável. Entretanto, o uso do CASSCF mostrou ser a forma simétrica a mais estável. Com base no estudo dos aglomerados Si9H12 e Si15H16, partimos para a investigação dos mecanismos envolvidos no processo de interação e incorporação de átomos de nitrogênio na superfície de silício. Estruturas com simetria de spin quarteto e dupleto foram estudadas, sendo os mecanismos bastante semelhantes, com o nitrogênio interagindo inicialmente com um dos silícios dímeros para em seguida poder formar duas outras estruturas, uma com o nitrogênio ligado aos dois silícios dímeros e outra com o nitrogênio inserido no interior do aglomerado. Esta última estrutura corresponde à forma mais estável. Os resultados mostram claramente que a reação é bastante favorável do ponto de vista energético. Questionamos também o uso de vínculos durante a otimização das estruturas por impedir um devido relaxamento apropriado dos átomos de silício da primeira e segunda camadas. / In this thesis, quantum chemical techniques were used to study molecular systems containing silicon and nitrogen atoms. ln this context, the work was concentrated on three main topics: silicon-nitrogen clusters, the Si(100) surface, and the interaction of a nitrogen atom with that surface. We studied initially the clusters SiNN and Si3N2, where we tried to characterize with rigour the stability and the nature of the chemical bonds of the various species. Concerning the system SiNN, using high level calculation, the results showed the necessity of new experimental data for the unequivocal characterization of this species. Moreover, the properties of four new structures were described for the first time in this study. The structures of various species with formula Si3N2 were studied, and the global minimum corresponds to a planar structure containing only Si-N bonds. For the simulation of Si(100) surface, the clusters Si9H12 and Si15H16 were used. Density Functional Theory predicted the existence of an asymmetric geometry for the Si9H12 cluster. The CASSCF calculations showed the necessity of using multideterminantal wave functions. Concerning the Si15H16 cluster, the most stable structure corresponds to a distorted one with alternated dimers. However, the CASSCF methodology showed that the symmetric structure is the most stable. Based on the results for the Si9H12 and Si15H16 clusters, we started to investigate the mechanism involved in the interaction and incorporation of a nitrogen atom into the silicon surface. Structures with quartet and doublet spin symmetry were studied, being their mechanisms very similar, with the nitrogen atom interacting initially with one silicon dimer; after that two other structures can be formed, one with the nitrogen bonded to two silicon dimers, and the other with the nitrogen bonded to one silicon dimer and two internal silicons. This last structure corresponds to the most stable species. The results show clearly that the reaction is very favorable energetically. The use of geometrical constraints during the optimization was questioned since it prevents the proper relaxation of the silicon atoms in the first and second layers.

Nesta tese, utilizamos técnicas de química quântica para o estudo de sistemas contendo átomos de silício e nitrogênio. Nesse contexto, o trabalho aqui apresentado procurou concentrar-se em três tópicos principais: aglomerados de silício e nitrogênio, a superfície Si(100) e a interação de um átomo de nitrogênio com essa superfície. Estudamos inicialmente os aglomerados de fórmula SiNN e Si3N2, onde procuramos caracterizar de forma rigorosa a estabilidade e a natureza das ligações químicas das várias espécies. Com relação ao sistema SiNN, os resultados utilizando cálculos de alto nível mostraram a necessidade de novos dados experimentais para a caracterização inequívoca dessa espécie. Além disso, obtivemos os primeiros resultados para as propriedades de quatro novas estruturas. Estudamos a estrutura de várias espécies com fórmula Si3N2, e obtivemos como mínimo global uma estrutura planar contendo apenas ligações Si-N. Para a simulação da superfície Si(100) utilizamos os aglomerados de fórmula Si9H12 e Si15H16. Apenas a metodologia do Funcional da Densidade indicou a existência de uma estrutura distorcida para o Si9H12. Os cálculos CASSCF mostraram a necessidade do uso de funções multideterminantais. Com relação ao aglomerado Si15H16, obteve-se uma estrutura distorcida com os dímeros alternados como a forma mais estável. Entretanto, o uso do CASSCF mostrou ser a forma simétrica a mais estável. Com base no estudo dos aglomerados Si9H12 e Si15H16, partimos para a investigação dos mecanismos envolvidos no processo de interação e incorporação de átomos de nitrogênio na superfície de silício. Estruturas com simetria de spin quarteto e dupleto foram estudadas, sendo os mecanismos bastante semelhantes, com o nitrogênio interagindo inicialmente com um dos silícios dímeros para em seguida poder formar duas outras estruturas, uma com o nitrogênio ligado aos dois silícios dímeros e outra com o nitrogênio inserido no interior do aglomerado. Esta última estrutura corresponde à forma mais estável. Os resultados mostram claramente que a reação é bastante favorável do ponto de vista energético. Questionamos também o uso de vínculos durante a otimização das estruturas por impedir um devido relaxamento apropriado dos átomos de silício da primeira e segunda camadas. / In this thesis, quantum chemical techniques were used to study molecular systems containing silicon and nitrogen atoms. ln this context, the work was concentrated on three main topics: silicon-nitrogen clusters, the Si(100) surface, and the interaction of a nitrogen atom with that surface. We studied initially the clusters SiNN and Si3N2, where we tried to characterize with rigour the stability and the nature of the chemical bonds of the various species. Concerning the system SiNN, using high level calculation, the results showed the necessity of new experimental data for the unequivocal characterization of this species. Moreover, the properties of four new structures were described for the first time in this study. The structures of various species with formula Si3N2 were studied, and the global minimum corresponds to a planar structure containing only Si-N bonds. For the simulation of Si(100) surface, the clusters Si9H12 and Si15H16 were used. Density Functional Theory predicted the existence of an asymmetric geometry for the Si9H12 cluster. The CASSCF calculations showed the necessity of using multideterminantal wave functions. Concerning the Si15H16 cluster, the most stable structure corresponds to a distorted one with alternated dimers. However, the CASSCF methodology showed that the symmetric structure is the most stable. Based on the results for the Si9H12 and Si15H16 clusters, we started to investigate the mechanism involved in the interaction and incorporation of a nitrogen atom into the silicon surface. Structures with quartet and doublet spin symmetry were studied, being their mechanisms very similar, with the nitrogen atom interacting initially with one silicon dimer; after that two other structures can be formed, one with the nitrogen bonded to two silicon dimers, and the other with the nitrogen bonded to one silicon dimer and two internal silicons. This last structure corresponds to the most stable species. The results show clearly that the reaction is very favorable energetically. The use of geometrical constraints during the optimization was questioned since it prevents the proper relaxation of the silicon atoms in the first and second layers.

Atualmente, quando se tem a necessidade de nitretar peças produzidas pela metalurgia do pó, usa-se a nitretação a plasma. Apesar de ser um processo de alto custo, com diversas dificuldades operacionais e de ajuste de processo, a nitretação a plasma é o único processo viável para nitretar esses materiais por ter uma ação apenas superficial, não apresentando ação nitretante no interior dos poros. Nos processos de nitretação a gás e banho de sais, o meio nitretante penetra na porosidade (interconectada) dos materiais sinterizados, havendo assim a formação de camada branca em uma grande profundidade da peça (ou mesmo na peça toda), gerando problemas de deformação e fragilização do componente. Este trabalho teve por objetivo a aplicação do processo shot peening em peças sinterizadas com a finalidade de fechar a porosidade superficial das peças e estudar seu comportamento sob o processo de nitretação a gás. O estudo verifica que o material sinterizado submetido à nitretação gasosa permitiu a entrada do meio nitretante pelos poros abertos e interconectados promovendo a formação de camada branca no interior dos poros de praticamente todo o volume da peça. Essa camada branca no interior do material fragiliza o componente e inviabiliza sua utilização como componente em praticamente qualquer aplicação industrial. As peças sinterizadas jateadas com granalhas de aço antes da nitretação também permitiram o acesso do meio nitretante no interior do componente, porém, sem potencial suficiente para a formação de camada branca. As amostras jateadas apresentaram apenas agulhas de nitretos formados durante a nitretação. / Plasma nitriding is the process used to nitriding components produced by powder metallurgy. Although its high coast and operational difficulties, this is the best process for this kind of materials because the nitring occurs only in the surface. In gas and liquid nitriding processes the nitriding atmosphere goes through interconnected porous and the white layer forms not only on the surface but around internal porous resulting in embrittlement and deformation of the component. The aim of this work was evaluate the gas nitriding behavior of iron samples as received and previously submitted to shot peening process in order to close superficial porosities in a gas nitriding process. The results have shown that during gas nitriding the samples as received, did not present white layer at the surface but around the porous in the bulk of the sample. This fact suggested that the gaseous atmosphere goes through interconnected porous. This white layer causes the embrittlement of the component and its use in industrial application is not recommended. Otherwise, samples previously submitted to shot peening process before nitriding showed an external white layer but also permitted the access of nitriding atmosphere to the bulk of the sample, but in this case the nitriding potential was not sufficient to form white layer around internal porous.