Zugl.: Hagen, Fernuniv., Diss., 2007

University, Diss., 2005--Kassel.

Zugl.: Hamburg-Harburg, Techn. Univ., Diss., 2008

Zugl.: Bayreuth, University, Diss., 2009.

Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Berlin.

Cette thèse présente un travail exploratoire sur des cellules solaires hybrides, basées sur un matériau inorganique (le silicium) et un polymère (le P3HT). Cette structure a été imaginée pour améliorer les cellules à bas coûts à base de matériaux organiques. Nous démontrons ici sa faisabilité expérimentale et analysons son fonctionnement. L'hétérojonction entre le silicium et le P3HT a été étudiée sur des dispositifs en bicouches planes. Nous montrons qu'elle fournit de l'énergie électrique et que les deux matériaux peuvent contribuer au photocourant. Des rendements de 1,6 % ont été obtenus. Un effort constant a été fait pour simplifier et fiabiliser les procédés de fabrication. Deux nouveaux types de silicium nano-structuré ont été développés. Des ``nano-éponges'', dont la taille typique des pores est de 20 nm, ont été obtenues à l'aide de catalyseurs métalliques par dépôts assistés par plasma à 175 °C. Des nanofils de silicium ont été formés par un procédé inédit : les substrats sont des oxydes transparents conducteurs, les catalyseurs sont générés in situ et la température de croissance est inférieure à 300 °C. La phase würtzite a été mise en évidence dans certains fils, et divers modes de croissance ont été observés. Ces deux nouveaux types de couches minces pourront aussi être utilisées dans des cellules solaires inorganiques.

Submitted by RAFAEL PARRA RIBEIRO null (rafa_parra1988@yahoo.com.br) on 2018-01-11T11:50:55Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Versão FINAL 3.0.pdf: 3444946 bytes, checksum: 0a56c18e1734b605a90aea40283cc295 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Marlene Zaniboni null (zaniboni@bauru.unesp.br) on 2018-01-11T13:13:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ribeiro_rp_me_bauru.pdf: 3444946 bytes, checksum: 0a56c18e1734b605a90aea40283cc295 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-11T13:13:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ribeiro_rp_me_bauru.pdf: 3444946 bytes, checksum: 0a56c18e1734b605a90aea40283cc295 (MD5) Previous issue date: 2017-08-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Devido às suas propriedades mecânicas, soldabilidade e baixo custo, o aço carbono é um material amplamente utilizado nos mais diversos setores. Entretanto, o aço carbono é facilmente oxidado quando exposto ao ambiente. Para evitar esse problema, alguns trabalhos sugerem o desenvolvimento de revestimentos protetivos utilizando técnicas de deposição a plasma baseadas no composto hexametildisiloxano, HMDSO. A partir deste composto podese obter desde estruturas organosilicones até as inorgânicas pela alteração dos parâmetros de deposição. Revestimentos tipo óxido de silício são mais resistentes à corrosão que os organosilicones, porém sua estabilidade física é menor. Com o objetivo de associar as propriedades favoráveis de ambos os tipos de revestimentos, investigou-se, no presente trabalho, a possibilidade de revestir o aço carbono com sistemas bicamadas SiOx/SiOxCyHz através da combinação de metodologia de deposição e oxidação em plasmas de baixa pressão. Para tanto, filmes do tipo SiOxCyHz foram depositados a plasma de mistura de HMDSO (70%), O2 (20%) e Ar (10%) excitado por radiofrequência (150 W). A pressão total da atmosfera de deposição foi de 20 Pa. Os filmes foram depositados por 30 min e, posteriormente, expostos a plasmas de O2 (3,3 Pa, 10-300 W, 60 min) com o objetivo de criar uma camada superficial inorgânica. Foram investigados os efeitos da potência de excitação do plasma de O2 na espessura de camada, estrutura química e composição elementar das amostras. Avaliou-se também o efeito da potência do plasma de oxidação nas propriedades de barreira do revestimento depositado sobre aço carbono. Filmes como-depositados foram caracterizados como organosilicones. A exposição ao plasma de oxigênio foi observada remover hidrogênio, carbono e grupos metil da estrutura transformando-a em óxido de silício, sendo, todavia, o grau de conversão e a espessura da camada convertida fortemente dependentes da potência do plasma de oxidação. A resistência do sistema preparado sobre o aço carbono à corrosão foi observada depender da espessura final da camada e também da conectividade da estrutura convertida em sílica mais que do grau de conversão. A condição de tratamento eleita como ótima neste trabalho foi a conduzida com 50 W de potência por criar uma camada superficial inorgânica fina, compacta, com uma estrutura superficial similar a da sílica além de preservar a espessura do filme e aumentar as propriedades de barreira do sistema. / Due to its mechanical properties, welding and low cost, carbon steel is a material widely used in several sectors. However, carbon steel is easily oxidized when exposed to the environment. To avoid this problem, some work suggests the development of protective coating using plasma deposition techniques based on the compound hexamethyldisiloxane, HMDSO. From this compound it is possible to obtain from organosilicones structures to inorganic by changing the parameters of deposition. Silicon oxide type coatings are more resistant to corrosion than organosilicones, but their physical stability is lower. With the objective of associating the favorable properties of both types of coatings, the present work investigated the possibility of coating the carbon steel with SiOx/SiOxCyHz bilayer systems through the combination of deposition and oxidation methodology in low pressure plasmas. For that, SiOxCyHz films were deposited in a mixture plasma of HMDSO (70%), O2 (20%) and Ar (10%) excited by radiofrequency (150 W). The total pressure of the atmosphere of deposition was 20 Pa. The films were deposited for 30 min and subsequently exposed to O2 plasmas (3.3 Pa, 10-300 W, 60 min) to create an inorganic surface layer. The effects of the excitation power of the O2 plasma on the layer thickness, chemical structure and elemental composition of the samples were investigated. The effect of the oxidation plasma power was also evaluated in the barrier properties of the coating deposited on carbon steel. As-deposited films were characterized as organosilicones. Exposure to oxygen plasma was observed to remove hydrogen, carbon and methyl groups from the structure transforming it into a silicon oxide, however, the degree of conversion and the thickness of the converted layer is strongly dependent on the power of the oxidation plasma. The corrosion resistance of the system prepared on carbon steel was observed to depend on the final thickness of the layer and also on the connectivity of the structure converted to silica rather than the degree of conversion. The treatment condition chosen as optimal in this work was the one conducted with 50 W of power by creating a thin, compact, inorganic surface layer with a silica-like surface structure in addition to preserving the film thickness and increasing the barrier properties of the system. / 1560670 / 1545023

Ces travaux de thèse portent sur le développement d'une nouvelle génération de revêtements phosphorés élaborés par le biais d'un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma à la pression atmosphérique. L'objectif est de conférer à des polymères synthétiques des propriétés ignifuges performantes grâce à un film mince anti-feu innovant.La stratégie adoptée est basée sur une technologie plasma froid robuste qui consiste à injecter un précurseur organophosphoré en phase gazeuse dans une décharge à barrière diélectrique opérant à la pression atmosphérique. Ses recherchent posent les fondements de la polymérisation plasma à la pression atmosphérique de composés phosphorés et identifient les conditions favorisant l'élaboration de couches hydrolytiquement stables et protectrices au feu. Dans un premier temps, les travaux se concentrent sur l'optimisation des conditions opératoires, la compréhension des mécanismes réactionnels impliqués et l'étude de la stabilité des dépôts dans le temps. La seconde partie s'intéresse à l'amélioration des revêtements afin d'obtenir des films de qualité supérieure en vue des tests anti-feu. À l'issue de ces travaux, la performance au feu des couches minces les plus prometteuses est testée sur différents polymères techniques, i.e. le polycarbonate et le polyamide-6. Cette étude se conclut en résumant l'influence des paramètres du procédé ainsi que des différentes structures de monomère sur les mécanismes de croissances des revêtements, leur stabilité et performance au feu / This PhD work is focused on the development of next-generation phosphorus-containing coatings elaborated by atmospheric pressure - plasma enhanced chemical vapor deposition. The objective is to provide efficient fireproofing properties to synthetic polymers through an innovative flame-retardant thin film. The supported strategy is based on a robust cold plasma technology, which consists in injecting an organophosphorus precursor as a vapor into an atmospheric pressure - dielectric barrier discharge. These researches constitute a backbone for the atmospheric pressure plasma polymerization of phosphorus-containing compounds and identify conditions promoting the development of hydrolytically stable and fire-resistant coatings. In a first phase, investigations focus on the optimization of operating conditions, the understanding of the reaction pathways involved and the study of the deposits stability over time. The second part is interested in the improvement of the coatings to obtain high-quality thin films in view to flame-retardant tests. At the outcome of this study, the flame-retardant performances of the most promising coatings are tested on different polymers, i.e. polycarbonate and polyamide-6. This study concludes by summarizing the influence of the process parameters as well as the different monomer structures on the thin films growth mechanisms, stability and flame-retardant performance

Nesta tese discorremos sobre crescimento e caracterização de filmes finos de carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-Si1-xCx:H) crescidos por deposição química de vapor assistida por plasma (PECVD). Os filmes foram depositados a partir de misturas de silano, metano e hidrogênio, no regime de plasma faminto por silano. Amostras depositadas nessas condições possuem uma maior concentração de ligações Si-C, ou seja, melhor coordenação entre átomos de Si e C, com menor quantidade de ligações C-Hn e Si-H, apresentando um conteúdo de hidrogênio da ordem de 20 at.%, e baixa densidade de poros. Foram analisadas e correlacionadas diversas propriedades dos filmes depositados, explorando-se a potência de rf e a diluição da mistura gasosa em hidrogênio, de forma a melhorar a ordem química, estrutural e morfológica na fase sólida. A composição dos filmes foi determinada por retroespalhamento de Rutherford e espectrometria de recuo frontal. Enfatizou-se a análise dos diferentes tipos de ligações químicas existentes no material por espectrometria no infravermelho por transformada de Fourier, o estudo das propriedades estruturais por espectroscopia de absorção de raios X na borda K do silício, e das propriedades morfológicas analisando-se os perfis de espalhamento de raios X a baixo ângulo para diferentes ligas depositadas. Foram também realizadas medidas de dureza e de microscopia eletrônica para uma amostra estequiométrica, de forma a complementar os demais dados obtidos. Filmes estequiométricos depositados nessas condições apresentam entre 80 e 90% do total de suas ligações entre átomos de Si e C e dureza Vickers de 33 GPa. Tratamentos térmicos entre 600 ºC e 1000 ºC, realizados em atmosfera inerte de N2, mostraram que filmes stequiométricos são mais estáveis frente à absorção de oxigênio. / In this work we discuss the growth and characterization of amorphous hydrogenated silicon carbide thin films (a-Si1-xCx:H) deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). It was used a gaseous mixture of silane, methane and hydrogen, at the silane starving plasma regime. Samples grown at these conditions and with a very low silane flow have a larger concentration of Si-C bonds, that is, better coordination among Si and C atoms, with smaller amount of C-Hn and Si-H bonds, presenting a hydrogen content of about 20 at.%, and low density of pores. Material’s properties were correlated for the deposited films, exploring the rf power and hydrogen dilution of the gaseous mixture, aiming to improve the chemical, structural and morphological order in the solid phase. The composition of the films was determined by Rutherford backscattering and forward recoil spectrometry. The Fourier transform infrared spectrometry analysis studied the chemical bonding inside the material, X-ray absorption spectroscopy at the silicon K edge the structural properties in samples as-grown and after thermal annealing, and small angle X-ray scattering was used for the morphological characterization. The hardness was measured and transmission electron microscopy micrographs were taken for a stoichiometric sample, in order to complement the obtained data. Stoichiometric films presented a very high chemical order, having between 80 and 90% of their bonds formed by Si and C atoms and Vickers hardness of 33 GPa. Annealing processes between 600 ºC and 1000 ºC, performed in an inert N2 atmosphere, showed that stoichiometric films are more stable against oxygen absorption.

Neste trabalho foram fabricados e caracterizados capacitores MOS com camada dielétrica de oxinitreto de silício de diferentes composição química, depositada pela técnica de PECVD a baixa temperatura, com o intuito de estudar suas propriedades dielétricas e de interface visando à aplicação deste material em dispositivos MOS e de filme fino. Os capacitores foram fabricados sobre lâminas de silício do tipo p que passaram pelo processo de limpeza química inicial, seguida da deposição da camada dielétrica, fotogravação, metalização e sinterização. Os filmes de SiOxNy, utilizados como camada dielétrica, foram depositados pela técnica de PECVD à temperatura de 320ºC variando os fluxos dos gases precursores de forma a obter filmes com diferentes composições químicas. Os capacitores MOS foram caracterizados por medidas de capacitância e corrente em função da tensão, de onde foram extraídas a densidade de estados de interface, a densidade de carga efetiva, constante dielétrica e campo elétrico de ruptura dos filmes. Os resultados mostraram uma variação linear da constante dielétrica do filme em função da concentração de nitrogênio, indo do valor de 3,9, correspondente ao dióxido de silício estequiométrico (SiO2) à 7,2 correspondente ao nitreto de silício estequiométrico (Si3N4). Também observamos que o nitrogênio é uma barreira eficiente à difusão de impurezas através do dielétrico. Porém, notamos uma grande dispersão de duas ordens de grandeza nos valores da carga efetiva (Nss) e de densidade de estados de interface (Dit). Por outro lado, controlando algumas variáveis de forma a manter constante o valor de Nss ( ~1012 cm-2), observamos uma variação de Dit em função da concentração de nitrogênio no filme, esta variação porém é pequena comparada com a dispersão de duas ordens de grandeza observada, que atribuímos assim a fatores externos. O menor valor obtido de Dit foi de 4,55.1010 eV-1.cm-2, que é ótimo para um filme obtido por PECVD, sem nenhum tratamento térmico e melhor que os reportados na literatura para dielétricos obtidos por técnicas que utilizam altas temperaturas (LPCVD-800ºC e oxinitretação térmica – 1100ºC). Assim, podemos concluir que a técnica de PECVD é promissora para a obtenção de dielétricos a baixas temperaturas. / In this work, MOS capacitors with different chemical composition silicon oxynitride insulating layer, deposited by PECVD technique at low temperature were fabricated and characterized, in order to study its dielectric and interface properties, seeking its aplication as insulating layer in MOS and thin films devices. The MOS capacitors were fabricated onto p-silicion wafers previously cleaned by a standard process, followed by the insulating layer deposition, photolitography, metalization and sinterization. The SiOxNy insulating layer was deposited by the PECVD technique at 320ºC changing the precursor gases flows to obtain films with different chemical compositions. The MOS capacitors were characterized by capacitance and current vs. voltage measurements, from where the interface state density (Dit), the effective charge density (Nss), the dielectric constant (k) and the film electrical breakdown field (Ebd) were extracted. The results showed a dielectric constant varying linearly as a function of the films nitrogen concentration, going from a value of 3.9, corresponding to stoichiometric silicon dioxide (SiO2) to a value of 7.2, corresponding to stoichiometric silicon nitride film (Si3N4). We also observed that nitrogen is an efficient diffusion barrier against contaminants. However, a large dispersion, about two orders of magnitude, in the effective charge and in the interface state density was observed. On the other hand, controlling some variables so as to keep the Nss value constant (~1012 cm-2) we observed a Dit variation as a function of the film nitrogen concentration, this variation is small when compared with the observed dispersion of two orders of magnitude, thus attributed to external factors. The smallest obtained Dit was 4.55.1010 eV-1.cm-2, which is unexpected for a PECVD film without any anealing process and is better than the values reported in the literature for dielectrics obtained at high temperatures techniques (as LPCVD – 800ºC and thermal oxynitridation – 1100ºC). Therefore, we can conclude that the PECVD technique is promising for obtaining low temperature dielectrics.