Neste trabalho foram estudadas as características elétricas e ópticas de filmes de carbono tipo diamante (DLC Diamond-Like Carbon) depositados em um sistema de sputtering RF magnetron reativo em substratos de silício e vidro. Foram depositadas amostras em condições de processo distintas em cada tipo de substrato, sendo duas condições de pressão (5 mTorr e 10 mTorr) e para cada uma, quatro condições de potência de RF (100 W, 150 W, 200 W e 250 W). Os filmes depositados foram submetidos às seguintes técnicas de caracterização: perfilometria, para obtenção da espessura dos filmes e com isso a taxa de deposição; elipsometria, para obtenção do índice de refração; obtenção de curvas I-V, para obtenção da resistividade elétrica e cálculo do ganho de foto corrente, e da curva C-V de alta frequência, para cálculo da constante dielétrica dos filmes; transmitância óptica, para o cálculo do gap óptico através do método de Tauc; fotoluminescência, para determinar a emissão característica deste gap e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), para se observar os tipos de ligações presentes no filme e calcular a relação entre hibridizações sp3 e sp2 entre átomos de carbono e hidrogênio no filme. As variações de algumas características dos filmes de DLC com os parâmetros de processo são apresentadas e comparadas. De acordo com as características dos filmes obtidos neste trabalho, com a variação dos parâmetros de processo, é possível sua aplicação como dielétrico de campo, por apresentarem baixa constante dielétrica, sendo o valor mais baixo obtido igual a 3,4; como material dielétrico de porta considerando os filmes com alta constante dielétrica, chegando a 6,7; como material para cobertura, devido à alta uniformidade (até 95%); e, o que foi mais explorado neste trabalho, para aplicações como sensores foto sensíveis, sendo que o maior ganho de foto corrente obtido foi 67 vezes. A possibilidade de produção de filmes de DLC com diferentes propriedades através da variação das condições de processo mostra sua versatilidade para uso em diferentes aplicações. / In this work it was studied electrical and optical characteristics of diamond-like carbon (DLC) films deposited in a reactive RF magnetron sputtering system on silicon and glass substrates. Samples were deposited at different process conditions in each type of substrate at two pressure conditions (5 mTorr and 10 mTorr) and four conditions of RF power (100 W, 150 W, 200 W and 250 W). The DLC films were characterized by the following techniques: high step meter analysis, to obtain the thickness of the films and thus the deposition rate; Ellipsometry to obtain the refractive index; electrical characterization by the I-V curve, to obtain the resistivity and calculate the photo current gain, and high-frequency C-V curve, to calculate the dielectric constant of the films; optical transmittance, to calculate the optical gap by the Tauc method; photoluminescence analysis, to determine the characteristic emission of this gap; Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), to observe the different carbon-hydrogen bonds and calculate its sp3/sp2 hybridizations ratio. The way some characteristics of DLC films vary with the process parameters are presented and compared in this work. According to the characteristics of the DLC films obtained in this work, with the variation of the process parameters it is possible their application as low k dielectric insulators, because of its low dielectric constant, being the lowest obtained value 3.4; as dielectric gate material, reaching 6.7 in the films deposited in this work, as coating material due to its high uniformity (95%), and which was further explored in this work, for applications like photo-sensitive sensors, since it was obtained samples with photo current gain up to 65. The possibility of producing DLC films with different properties by varying process parameters shows its versatility for using in different applications.

Neste trabalho foram estudadas as características elétricas e ópticas de filmes de carbono tipo diamante (DLC Diamond-Like Carbon) depositados em um sistema de sputtering RF magnetron reativo em substratos de silício e vidro. Foram depositadas amostras em condições de processo distintas em cada tipo de substrato, sendo duas condições de pressão (5 mTorr e 10 mTorr) e para cada uma, quatro condições de potência de RF (100 W, 150 W, 200 W e 250 W). Os filmes depositados foram submetidos às seguintes técnicas de caracterização: perfilometria, para obtenção da espessura dos filmes e com isso a taxa de deposição; elipsometria, para obtenção do índice de refração; obtenção de curvas I-V, para obtenção da resistividade elétrica e cálculo do ganho de foto corrente, e da curva C-V de alta frequência, para cálculo da constante dielétrica dos filmes; transmitância óptica, para o cálculo do gap óptico através do método de Tauc; fotoluminescência, para determinar a emissão característica deste gap e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), para se observar os tipos de ligações presentes no filme e calcular a relação entre hibridizações sp3 e sp2 entre átomos de carbono e hidrogênio no filme. As variações de algumas características dos filmes de DLC com os parâmetros de processo são apresentadas e comparadas. De acordo com as características dos filmes obtidos neste trabalho, com a variação dos parâmetros de processo, é possível sua aplicação como dielétrico de campo, por apresentarem baixa constante dielétrica, sendo o valor mais baixo obtido igual a 3,4; como material dielétrico de porta considerando os filmes com alta constante dielétrica, chegando a 6,7; como material para cobertura, devido à alta uniformidade (até 95%); e, o que foi mais explorado neste trabalho, para aplicações como sensores foto sensíveis, sendo que o maior ganho de foto corrente obtido foi 67 vezes. A possibilidade de produção de filmes de DLC com diferentes propriedades através da variação das condições de processo mostra sua versatilidade para uso em diferentes aplicações. / In this work it was studied electrical and optical characteristics of diamond-like carbon (DLC) films deposited in a reactive RF magnetron sputtering system on silicon and glass substrates. Samples were deposited at different process conditions in each type of substrate at two pressure conditions (5 mTorr and 10 mTorr) and four conditions of RF power (100 W, 150 W, 200 W and 250 W). The DLC films were characterized by the following techniques: high step meter analysis, to obtain the thickness of the films and thus the deposition rate; Ellipsometry to obtain the refractive index; electrical characterization by the I-V curve, to obtain the resistivity and calculate the photo current gain, and high-frequency C-V curve, to calculate the dielectric constant of the films; optical transmittance, to calculate the optical gap by the Tauc method; photoluminescence analysis, to determine the characteristic emission of this gap; Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), to observe the different carbon-hydrogen bonds and calculate its sp3/sp2 hybridizations ratio. The way some characteristics of DLC films vary with the process parameters are presented and compared in this work. According to the characteristics of the DLC films obtained in this work, with the variation of the process parameters it is possible their application as low k dielectric insulators, because of its low dielectric constant, being the lowest obtained value 3.4; as dielectric gate material, reaching 6.7 in the films deposited in this work, as coating material due to its high uniformity (95%), and which was further explored in this work, for applications like photo-sensitive sensors, since it was obtained samples with photo current gain up to 65. The possibility of producing DLC films with different properties by varying process parameters shows its versatility for using in different applications.

Dans le cadre d'un consortium entre centres de recherche publics et industriels, ce travail de thèse de doctorat s'est attaché à démontrer l'intérêt des détecteurs photo-organiques (OPS) pour la caractérisation des suspensions et écoulements diphasiques. Les principes de plusieurs granulomètres permettant la caractérisation de ces milieux lorsqu'ils sont confinés dans une cuve cylindrique transparente (configuration standard du Process Analytical Technology) ont été proposés. Pour évaluer et optimiser les performances de ces systèmes, un code de simulation de type Monte-Carlo a été spécifiquement développé. Ce dernier permet de prendre en compte les nombreux paramètres du problème comme le profil du faisceau laser, les différentes surfaces spéculaires composant le montage, la composition du milieu particulaire (concentration, diamètre moyen, écart-type, matériau,...), la forme et la position des OPS. Les propriétés de diffusion des particules sont traitées à l'aide des théories de Lorenz-Mie et de Debye, de même qu'un modèle hydride prenant en compte les contributions géométriques et physiques. Pour les milieux dilués (diffusion simple), l'analyse repose sur l'inversion des diagrammes de diffusion obtenus sur une large plage angulaire ou au voisinage de singularités optiques remarquables (arc-en-ciel, diffusion critique, diffraction). Pour les milieux denses (diffusion multiple), les pistes étudiées reposent sur l'analyse des caractéristiques de la tache de rétrodiffusion. / As part of a consortium between academic and industry, this PhD work investigates the interest and capabilities of organic photo-sensors (OPS) for the optical characterization of suspensions and two-phase flows. The principle of new optical particle sizing instruments is proposed to characterize particle systems confined in a cylinder glass (standard configuration for Process Analytical Technologies). To evaluate and optimize the performance of these systems, a Monte-Carlo model has been specifically developed. This model accounts for the numerous parameters of the system: laser beam profile, mirrors, lenses, sample cell, particle medium properties (concentration, mean & standard deviation, refractive indices), OPS shape and positions, etc. Light scattering by particles is treated either by using Lorenz-Mie theory, Debye, or a hybrid model (that takes into account the geometrical and physical contributions). For diluted media (single scattering), particle size analysis is based on the inversion of scattering diagrams obtained over a wide angular range or near optical singularities (rainbow, critical scattering, diffraction). For dense media (multiple scattering), the solutions foreseen are based on the analysis of the backscattering spotlight characteristics.