Microplasmas são plasmas gerados em espaços com dimensões reduzidas, tipicamente, de dezenas a centenas de micrômetros. Apresentam como principal vantagem a possibilidade de se obter plasmas frios com densidades elevadas com baixo consumo de energia em pressões maiores do que em reatores convencionais, reduzindo sensivelmente o custo do equipamento. Um gerador de microplasma inédito foi desenvolvido neste trabalho, utilizando a tecnologia LTCC. O dispositivo é constituído por dois eletrodos paralelos de prata-paládio perfurados por centenas de microfuros, formando microcanais. O microplasma é gerado na região entre os eletrodos e é conduzido para fora do gerador através dos microcanais, constituindo um plasma remoto que pode interagir com a superfície de um material a ser processado. Os microfuros formam a estrutura de um microcatodo oco. Na fabricação, as camadas de cerâmica verde foram usinadas com uma máquina de CNC e os eletrodos foram obtidos por serigrafia. O método de pós-sinterização utilizando a cerâmica de transferência mostrou ser bastante reprodutível e produziu eletrodos totalmente planos, sem arqueamento. O gerador de microplasma foi instalado dentro de um reator RIE convencional e o microplasma foi gerado em DC e RF. A caracterização dos microplasmas de Ar, O2, N2 e He foi realizada por meio de curvas VxI, sonda dupla de Langmuir e espectroscopia de emissão óptica. Para descargas DC, em condições de baixa vazão de gás e elevada pressão, as curvas VxI mostraram três modos de descarga: catodo oco, normal e anormal. O efeito catodo oco foi evidenciado também pelos espectros de emissão óptica que mostraram raias na faixa de 300 a 450 nm, que indicam a presença de elétrons de alta energia. Essas raias foram mais fortemente evidenciadas em descargas RF. Temperaturas de elétrons elevadas, na faixa de 10 a 30 eV, foram obtidas através de medidas com a sonda dupla de Langmuir, nas condições em que o efeito catodo oco foi observado. A aplicabilidade do gerador de microplasma foi testada com foco no tratamento de superfície de polietileno e os resultados mostraram alta capacidade de redução do ângulo de contato e aumento da molhabilidade superficial, demonstrando, conseqüentemente, substancial modificação da energia de superfície do material, através desse processo a microplasma. / Microplasmas are plasmas generated in spaces with reduced dimensions, typically ranging from tens to hundreds of microns. The major advantage of a microplasma generator is the possibility of glow discharge generation with high plasma density and low power consumption at pressures higher than usually observed in conventional plasma reactors, reducing considerably the equipment cost. A novel structure of microplasma generator was developed in this work, using the LTCC technology. The device is composed of two silver-palladium parallel electrodes perforated by hundreds of microholes, constituting microchannels. The microplasma itself is formed between the electrodes and the plasma species are carried through the microchannels to reach the processing chamber, where they can interact with the samples to be treated. The presence of microholes can promote microhollow cathode effect. In the fabrication process, green tapes were micromachined by using a CNC and the electrodes were obtained by screen printing. The post-fire method using transfer tapes has demonstrated to be very reproducible and produced very flat electrodes. The microplasma generator was mounted into a conventional homemade reactive ion etching (RIE) reactor and driven by DC and RF power supply. Characterization of Ar, O2, N2 and He microplasmas was performed by means of VxI characteristics, double Langmuir probe and optical emission spectroscopy. For DC discharges, the VxI characteristics revealed three distinct regions: microhollow cathode mode, normal glow and abnormal glow, for low gas flow rate and high pressure conditions. The microhollow cathode effect was evidenced by optical emission that presented lines in wavelengths between 300 and 450 nm, indicating the presence of high energy electrons. These emission lines have shown to be more intense in RF discharges. Double Langmuir probe diagnostic showed high electron temperatures ranging from 10 and 30 eV, under the microhollow cathode effect conditions. The microplasma generator applicability was tested focusing on the surface treatment of polyethylene film. The results showed high efficiency of this process in reducing water contact angle and thus substantially increasing the polyethylene wettability, thus demonstrating effective modification of surface energy of the material. One can conclude that among other potential applications for material processing, the microplasma generator has already shown to be a reliable tool to modify the surface energy of materials.

Microplasmas são plasmas gerados em espaços com dimensões reduzidas, tipicamente, de dezenas a centenas de micrômetros. Apresentam como principal vantagem a possibilidade de se obter plasmas frios com densidades elevadas com baixo consumo de energia em pressões maiores do que em reatores convencionais, reduzindo sensivelmente o custo do equipamento. Um gerador de microplasma inédito foi desenvolvido neste trabalho, utilizando a tecnologia LTCC. O dispositivo é constituído por dois eletrodos paralelos de prata-paládio perfurados por centenas de microfuros, formando microcanais. O microplasma é gerado na região entre os eletrodos e é conduzido para fora do gerador através dos microcanais, constituindo um plasma remoto que pode interagir com a superfície de um material a ser processado. Os microfuros formam a estrutura de um microcatodo oco. Na fabricação, as camadas de cerâmica verde foram usinadas com uma máquina de CNC e os eletrodos foram obtidos por serigrafia. O método de pós-sinterização utilizando a cerâmica de transferência mostrou ser bastante reprodutível e produziu eletrodos totalmente planos, sem arqueamento. O gerador de microplasma foi instalado dentro de um reator RIE convencional e o microplasma foi gerado em DC e RF. A caracterização dos microplasmas de Ar, O2, N2 e He foi realizada por meio de curvas VxI, sonda dupla de Langmuir e espectroscopia de emissão óptica. Para descargas DC, em condições de baixa vazão de gás e elevada pressão, as curvas VxI mostraram três modos de descarga: catodo oco, normal e anormal. O efeito catodo oco foi evidenciado também pelos espectros de emissão óptica que mostraram raias na faixa de 300 a 450 nm, que indicam a presença de elétrons de alta energia. Essas raias foram mais fortemente evidenciadas em descargas RF. Temperaturas de elétrons elevadas, na faixa de 10 a 30 eV, foram obtidas através de medidas com a sonda dupla de Langmuir, nas condições em que o efeito catodo oco foi observado. A aplicabilidade do gerador de microplasma foi testada com foco no tratamento de superfície de polietileno e os resultados mostraram alta capacidade de redução do ângulo de contato e aumento da molhabilidade superficial, demonstrando, conseqüentemente, substancial modificação da energia de superfície do material, através desse processo a microplasma. / Microplasmas are plasmas generated in spaces with reduced dimensions, typically ranging from tens to hundreds of microns. The major advantage of a microplasma generator is the possibility of glow discharge generation with high plasma density and low power consumption at pressures higher than usually observed in conventional plasma reactors, reducing considerably the equipment cost. A novel structure of microplasma generator was developed in this work, using the LTCC technology. The device is composed of two silver-palladium parallel electrodes perforated by hundreds of microholes, constituting microchannels. The microplasma itself is formed between the electrodes and the plasma species are carried through the microchannels to reach the processing chamber, where they can interact with the samples to be treated. The presence of microholes can promote microhollow cathode effect. In the fabrication process, green tapes were micromachined by using a CNC and the electrodes were obtained by screen printing. The post-fire method using transfer tapes has demonstrated to be very reproducible and produced very flat electrodes. The microplasma generator was mounted into a conventional homemade reactive ion etching (RIE) reactor and driven by DC and RF power supply. Characterization of Ar, O2, N2 and He microplasmas was performed by means of VxI characteristics, double Langmuir probe and optical emission spectroscopy. For DC discharges, the VxI characteristics revealed three distinct regions: microhollow cathode mode, normal glow and abnormal glow, for low gas flow rate and high pressure conditions. The microhollow cathode effect was evidenced by optical emission that presented lines in wavelengths between 300 and 450 nm, indicating the presence of high energy electrons. These emission lines have shown to be more intense in RF discharges. Double Langmuir probe diagnostic showed high electron temperatures ranging from 10 and 30 eV, under the microhollow cathode effect conditions. The microplasma generator applicability was tested focusing on the surface treatment of polyethylene film. The results showed high efficiency of this process in reducing water contact angle and thus substantially increasing the polyethylene wettability, thus demonstrating effective modification of surface energy of the material. One can conclude that among other potential applications for material processing, the microplasma generator has already shown to be a reliable tool to modify the surface energy of materials.

Por duas décadas, as nanoestruturas conhecidas como nanotubos de carbono (CNT), tem chamado a atenção de muitos centros de pesquisa, devido a suas propriedades físicas e químicas, que tornam este material uma ferramenta de primeira ordem em diferentes aplicações. Este trabalho pretende pesquisar a fabricação e caracterização destas estruturas, utilizando as técnicas de deposição química a vapor (CVD), e deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD), visto que são as que reportam melhores resultados em termos de qualidade e quantidade, além de facilidade. A pesquisa está encaminhada pelo ajuste fino das variáveis que intervém nestes dois tipos de processo, tais como a temperatura, os gases precursores a usar, seus fluxos, e relação entre eles, o tipo de catalizador etc. assim como das variáveis que só fazem parte de cada processo diferenciado, no caso do CVD as altas temperaturas, e no caso do PECVD a pressão, a potência de RF aplicada para a formação do plasma etc. A forma de avaliar os resultados obtidos foi mediante as técnicas mais idôneas relativas aos nanotubos de carbono, as quais são a microscopia Raman, a microscopia eletrônica tanto de varredura como de transmissão, e a dispersão de raios X. Desta forma pretende-se fazer um trabalho exaustivo com a finalidade de conseguir uma síntese idônea das nanoestruturas de carbono para diferentes tipos de aplicações encaminhadas principalmente a dispositivos elétricos. / For the past two decades, the nanostructures known as carbon nanotubes (CNT), have been the center of attention of many research centers, due mainly to its physical and chemical properties, turning them into a first order tool in many kind of applications. This work pretends to study the fabrication and characterization of these nanostructures, using the chemical vapor deposition (CVD), and the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) techniques, since they are reported as the best ones in terms of quality, quantity and ease of use. The research is routed by the fine tuning of the variables involved in both processes, such as the temperature, the gas precursors, the gas flows, the flow ratio, the metal catalyst etc. as well as the variables involved in just one of the processes, in the case of CVD, the high temperatures, and in the case of PECVD, the pressure, the RF power for plasma formation etc. The way to evaluate the obtained results was through the most suitable techniques relative to CNT analysis , as Raman microscopy, electron microscopy, both scanning and transmission, and x-ray diffraction. Thus we pretend to perform an exhaustive research with the aim to find a synthesis of carbon nanostructures suitable for different kind of applications, routed principally to electronic devices.

Este trabalho reporta o estudo e desenvolvimento do processo de deposição química a vapor enriquecida por plasma de alta densidade de filmes finos de óxido de silício obtidos em ultra baixa temperatura, inferior a 100°C, tendo como fonte de silício o vapor de TEOS. O principal objetivo deste trabalho é, além da obtenção de filmes de óxido de silício com propriedades elétricas adequadas para utilização em TFTs, compreender os fenômenos que regem o processo de deposição química sob um plasma de alta densidade a partir da caracterização estrutural e elétrica de filmes depositados sob diferentes condições de processo, de modo a poder-se controlar as propriedades dos materiais obtidos. As técnicas de análise empregadas para a caracterização das amostras foram: elipsometria, FTIRS, RBS, curvas de taxa de deposição e corrosão, curvas capacitância versus tensão de alta freqüência, curvas corrente elétrica versus tensão. Os principais resultados obtidos através da caracterização elétrica de capacitores MOS com área 9 x 10-4 cm-2, construídos a partir dos filmes de SiOx depositados, são: VFB = -3,94 V; eOX = 3,92; QSS/q = 6,08×1011 cm-2; EBD = 9,44 MV/cm e JLK = 2,50×10-7 A/cm-2 @ 4 MV/cm. / This work reports on the results obtained from high-density plasma enhanced chemical vapor deposited silicon oxide films at ultra low temperature, i.e. 30°C, using TEOS vapor as the silicon source oxidized with assistance of argon. The objectives of this work are: first, understand the phenomena that conducts the chemical vapor deposition in high density regime in order to control the deposited silicon oxide films properties, and also obtain silicon oxide films with adequate properties, from structural and electric characterization of films deposited under different process conditions, in order to control the properties of the deposited materials, for use in TFT\'s technology. Different analysis techniques were applied to characterize the deposited layers: ellipsometry, FTIRS, RBS, deposition and etch rate curves, capacitance versus voltage in high-frequency curves and electric current versus voltage curves. Obtained results were presented and subdivided in accordance with TEOS flow used in the deposition process: 0,5 sccm (for temperatures of 30, 150 and 250°C), 1 and 4 sccm. Characterization results were obtained by the different techniques employed suggests the adequate control of the silicon oxide films characteristics according HD-PECVD/TEOS process parameters which are: stoichiometry, density, Si-H and Si-OH bonds content, position of Si-O peak and absence of organic contamination. The main results obtained from the electric characterization MOS capacitors with area 9 x 10-4 cm-2, implemented with deposited SiOx films, are: VFB = -3,94 V; eOX = 3,92; QSS/q = 6,08×1011 cm-2; EBD = 9,44 MV/cm and JLK = 2,50×10-7 A/cm-2 @ 4 MV/cm.

Por duas décadas, as nanoestruturas conhecidas como nanotubos de carbono (CNT), tem chamado a atenção de muitos centros de pesquisa, devido a suas propriedades físicas e químicas, que tornam este material uma ferramenta de primeira ordem em diferentes aplicações. Este trabalho pretende pesquisar a fabricação e caracterização destas estruturas, utilizando as técnicas de deposição química a vapor (CVD), e deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD), visto que são as que reportam melhores resultados em termos de qualidade e quantidade, além de facilidade. A pesquisa está encaminhada pelo ajuste fino das variáveis que intervém nestes dois tipos de processo, tais como a temperatura, os gases precursores a usar, seus fluxos, e relação entre eles, o tipo de catalizador etc. assim como das variáveis que só fazem parte de cada processo diferenciado, no caso do CVD as altas temperaturas, e no caso do PECVD a pressão, a potência de RF aplicada para a formação do plasma etc. A forma de avaliar os resultados obtidos foi mediante as técnicas mais idôneas relativas aos nanotubos de carbono, as quais são a microscopia Raman, a microscopia eletrônica tanto de varredura como de transmissão, e a dispersão de raios X. Desta forma pretende-se fazer um trabalho exaustivo com a finalidade de conseguir uma síntese idônea das nanoestruturas de carbono para diferentes tipos de aplicações encaminhadas principalmente a dispositivos elétricos. / For the past two decades, the nanostructures known as carbon nanotubes (CNT), have been the center of attention of many research centers, due mainly to its physical and chemical properties, turning them into a first order tool in many kind of applications. This work pretends to study the fabrication and characterization of these nanostructures, using the chemical vapor deposition (CVD), and the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) techniques, since they are reported as the best ones in terms of quality, quantity and ease of use. The research is routed by the fine tuning of the variables involved in both processes, such as the temperature, the gas precursors, the gas flows, the flow ratio, the metal catalyst etc. as well as the variables involved in just one of the processes, in the case of CVD, the high temperatures, and in the case of PECVD, the pressure, the RF power for plasma formation etc. The way to evaluate the obtained results was through the most suitable techniques relative to CNT analysis , as Raman microscopy, electron microscopy, both scanning and transmission, and x-ray diffraction. Thus we pretend to perform an exhaustive research with the aim to find a synthesis of carbon nanostructures suitable for different kind of applications, routed principally to electronic devices.

Este trabalho reporta o estudo e desenvolvimento do processo de deposição química a vapor enriquecida por plasma de alta densidade de filmes finos de óxido de silício obtidos em ultra baixa temperatura, inferior a 100°C, tendo como fonte de silício o vapor de TEOS. O principal objetivo deste trabalho é, além da obtenção de filmes de óxido de silício com propriedades elétricas adequadas para utilização em TFTs, compreender os fenômenos que regem o processo de deposição química sob um plasma de alta densidade a partir da caracterização estrutural e elétrica de filmes depositados sob diferentes condições de processo, de modo a poder-se controlar as propriedades dos materiais obtidos. As técnicas de análise empregadas para a caracterização das amostras foram: elipsometria, FTIRS, RBS, curvas de taxa de deposição e corrosão, curvas capacitância versus tensão de alta freqüência, curvas corrente elétrica versus tensão. Os principais resultados obtidos através da caracterização elétrica de capacitores MOS com área 9 x 10-4 cm-2, construídos a partir dos filmes de SiOx depositados, são: VFB = -3,94 V; eOX = 3,92; QSS/q = 6,08×1011 cm-2; EBD = 9,44 MV/cm e JLK = 2,50×10-7 A/cm-2 @ 4 MV/cm. / This work reports on the results obtained from high-density plasma enhanced chemical vapor deposited silicon oxide films at ultra low temperature, i.e. 30°C, using TEOS vapor as the silicon source oxidized with assistance of argon. The objectives of this work are: first, understand the phenomena that conducts the chemical vapor deposition in high density regime in order to control the deposited silicon oxide films properties, and also obtain silicon oxide films with adequate properties, from structural and electric characterization of films deposited under different process conditions, in order to control the properties of the deposited materials, for use in TFT\'s technology. Different analysis techniques were applied to characterize the deposited layers: ellipsometry, FTIRS, RBS, deposition and etch rate curves, capacitance versus voltage in high-frequency curves and electric current versus voltage curves. Obtained results were presented and subdivided in accordance with TEOS flow used in the deposition process: 0,5 sccm (for temperatures of 30, 150 and 250°C), 1 and 4 sccm. Characterization results were obtained by the different techniques employed suggests the adequate control of the silicon oxide films characteristics according HD-PECVD/TEOS process parameters which are: stoichiometry, density, Si-H and Si-OH bonds content, position of Si-O peak and absence of organic contamination. The main results obtained from the electric characterization MOS capacitors with area 9 x 10-4 cm-2, implemented with deposited SiOx films, are: VFB = -3,94 V; eOX = 3,92; QSS/q = 6,08×1011 cm-2; EBD = 9,44 MV/cm and JLK = 2,50×10-7 A/cm-2 @ 4 MV/cm.

Um dos principais desafios no sensoriamento químico e biológico se encontra na detecção de traços de uma dada substância (analito), podendo chegar ao regime de detecção de uma única molécula. Uma forma de se obter este regime de detecção é por meio de análises utilizando a técnica SERS (Surface-Enhanced Raman Spectroscopy) utilizando substratos contendo nanoestruturas metálicas. Neste contexto, um material compósito formado por nanopartículas de ouro localizadas abaixo da superfície de um polímero, o polimetilmetacrilato (PMMA), foi estudado para a utilização como substratos para SERS. Neste trabalho, as nanopartículas foram produzidas através da implantação iônica de baixa energia (49 eV) de ouro em filme fino de PMMA utilizando plasma de arco catódico. O diâmetro médio da nanopartícula para dose de 0,75 x 1016 átomos/cm2 é de (4,25 ± 0,02) nm. Verificou-se que, utilizando esta técnica, as nanopartículas são formadas a uma profundidade de 10 nm abaixo da superfície do polímero. Utilizando esse material como substrato SERS, análises com analito Rodamina 6G (R6G) foram realizadas, e como fonte de excitação, um laser com comprimento de onda de 633 nm. Desta forma, verificou-se a presença dos picos característicos da R6G com concentração de 10 M, nos espectros obtidos, o que não foi possível para um substrato de PMMA sem implantação de ouro. Neste trabalho, pôde-se verificar que a dose utilizada na implantação iônica influencia na intensidade do espectro, de forma que foi observado o aumento da intensidade do sinal SERS com o aumento da dose de implantação no intervalo de 0,64 a 1,02 x 1016 átomos/cm2. Outro efeito observado foi a ocorrência de uma maior intensidade do sinal SERS quando se mantém a camada de PMMA sobre a camada compósita, isto é, sem expor as nanopartículas através da remoção da camada de polímero acima delas. Este comportamento pode ser explicado pelo efeito do intumescimento d solução de R6G, que pode favorecer o aprisionamento das moléculas de R6G na camada de polímero sobre a camada compósita. O melhor resultado foi obtido ao aquecer os substratos a 150 °C por 6 horas. O aquecimento, ao contrário do que se imaginava, não aumenta o tamanho da nanopartícula, mas torna a distribuição de geometrias das nanopartículas mais homogênea, fato que é corroborado através das micrografias obtidas por microscopia eletrônica de transmissão e pelas análises estatísticas. Utilizando a técnica de Espectrofotometria na região Ultravioleta-Visível (UV-Vis) para análise dos substratos que passaram pelo aquecimento, verificou-se um deslocamento de aproximadamente 40 nm do pico de extinção, para a região do vermelho, no espectro do substrato sem a camada de PMMA sobre a camada compósita, além de uma diminuição da extinção. Este resultado indica que a camada de PMMA sobre as nanopartículas influencia as propriedades da camada de PMMA. Além disso os espectros UV-Vis obtidos após o aquecimento dos substratos também corroboram o fato de que há alteração na geometria das nanopartículas. / One of the main challenges in chemical and biological sensing lies in the detection of traces of a given substance (analyte) and can reach the detection regime of a single molecule. One way of obtaining this detection regime is through the Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) technique using substrates containing metal nanostructures. In this context, a composite material formed by gold nanoparticles buried in the surface of a polymer, polymethylmethacrylate (PMMA) has been studied as substrates for SERS. In this work, the nanoparticles were produced by low energy gold ion implantation (49 eV), in thin film of PMMA, using cathodic arc plasma. We found that, using this technique, the nanoparticles are formed 10 nm below the surface of the polymer, with mean nanoparticle diameter of (4.25 ± 0.02) nm at a dose of 0.75 x 1016 atoms/cm2. Using this material as SERS substrate, we performed analyzes with analyte Rhodamine 6G (R6G), and as a source of excitation, a laser with wavelength of 633 nm. In this way, we verified the presence of the characteristic peaks of Rhodamine 6G, with concentration of 10 M, which was not possible for a PMMA substrate without gold implantation. In this work, it was verified that the dose used in the gold ion implantation influences the intensity of the spectrum, so that the increase of the SERS signal intensity was observed with the increase of the implantation dose in the range of 0.64 x 1016 to 1.02 x 1016 atoms/cm2. Another observed effect was the occurrence of a higher intensity of the SERS signal when the PMMA layer was maintained on the composite layer, i.e. without exposing the nanoparticles by removing the polymer layer above them. This behavior can be explained by the swelling effect, which may favor the entrapment of R6G molecules in the polymer layer above the composite layer. The best signal was obtained after annealing the substrates at 150 °C for 6 hours. The annealing does not increase the size of nanoparticles, but makes the distribution of geometries more homogeneous, a fact that is corroborated by the micrographs obtained by transmission electron microscopy and by the statistical analyzes. Using the Spectrophotometry technique in the Ultraviolet-Visible (UV-Vis) region, there was a redshift of approximately 40 nm of the extinction peak of the sample without the PMMA layer above the composite layer, in addition there was a decrease in the extinction. Also, the obtained UV-Vis spectra of the annealed sample corroborate to the fact that there is alteration in the nanoparticles geometry.

O presente trabalho, realizado junto ao Grupo de Novos Materiais e Dispositivos (GNMD), no Laboratório de Microeletrônica do Departamento de Sistemas Eletrônicos da Escola Politécnica da USP, visou determinar algumas das propriedades termo-mecânicas de materiais depositados pela técnica de plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) que são importantes para o desenvolvimento de sistemas microeletromecânicos (MEMS). O módulo de elasticidade, a tensão mecânica residual, o coeficiente de expansão térmica e a condutividade térmica de filmes finos de carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-SiC:H) e de oxinitreto de silício (SiOxNy) foram estudados. Medidas de nanoindentação e ressonância de cantilevers foram utilizadas para a obtenção do módulo de elasticidade e os resultados obtidos foram similares (75 e 91 GPa) pelos dois métodos e compatíveis com valores encontrados na literatura. Além disso, obteve-se o módulo de elasticidade de filmes de cromo (285 GPa). A tensão mecânica residual dos filmes utilizados neste trabalho foi medida através da curvatura do substrato induzida pela deposição dos filmes e pela deformação de cantilevers. O valor médio da tensão mecânica, obtido pela curvatura do substrato, variou de -69 MPa até -1750 MPa, mostrando grande dependência das condições de deposição dos filmes. O método que utiliza a deformação de cantilevers possibilitou a obtenção do gradiente de tensão mecânica, que também mostrou uma dependência das condições de deposição, sendo sempre o a-SiC:H quase estequiométrico o menos tensionado. O coeficiente de expansão térmica foi medido utilizando a técnica do gradiente de temperatura e o valor obtido foi similar a valores reportados na literatura para o carbeto de silício cristalino. Para um a-SiC:H quase estequiométrico foi obtido um coeficiente de expansão térmica de 3,41 m/oC, enquanto para um a-SiC:H rico em carbono o valor foi de 4,36 m/oC. Também foi verificado que a variação da resistência do cromo em função da temperatura é pequena, não permitindo sua utilização como sensor de temperatura e inviabilizando a obtenção da condutividade térmica dos filmes estudados. Além disso, foram apresentados trabalhos promissores, mostrando o potencial dos materiais estudados para o desenvolvimento de MEMS. Nesses trabalhos, demonstrou-se a viabilidade de integrar microestruturas atuadas termicamente e guias de onda ópticos, utilizando os materiais estudados neste trabalho. Foram fabricados chaves ópticas, portas lógicas ópticas, fontes de luz integradas e acoplamento das fontes de luz com guias de onda. / This work, realized at the New Materials and Devices Group (GNMD) at the Microelectronics Laboratory of the Department of Electronic Systems of the Polytechnic School of the University of São Paulo, focused at the determination of thermo-mechanical properties of materials deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) that are important for the development of microelectromechanical systems (MEMS). The Youngs modulus, the residual stress, the coefficient of thermal expansion and the thermal conductivity of amorphous hydrogenated silicon carbide (a-SiC:H) and silicon oxynitride (SiOxNy) thin films were studied. Nanoindentation and the resonance of cantilevers were used to obtain the Youngs modulus. The results were similar (75 and 91 GPa) with both methods and compatible with literature values. Further, the Youngs modulus of chromium films was also obtained (285 GPa). The residual stress of thin films was obtained through the substrate curvature induced by the film deposition and through the deformation of cantilever beams. The residual stress, obtained through the substrate curvature, varied between -69 MPa and -1750 MPa, showing great dependence on the deposition conditions of these materials. The deformation of cantilevers allowed the determination of the stress gradient and it was also affected by the deposition conditions. In all stress measurements the near stoichiometry a-SiC:H film was less stressed. The coefficient of thermal expansion was measured using the temperature gradient technique and the obtain values were similar to those reported in the literature for crystalline silicon carbide. For a near stoichiometry a-SiC:H film, a value of 3.41 m/oC was obtained, while a carbon rich film showed a thermal expansion coefficient of 4.36 m/oC. It was also verified that the variation of the chromium resistance as a function of temperature is small. This did not allow the utilization of chromium as a temperature sensor, which prevented the obtention of the thermal conductivity of the studied films. Also, some promising works were presented, showing potential applications of the studied materials for the development of MEMS. In these works, the viability of integration of thermal actuated microstructures and optical waveguides was demonstrated. In these works, optical switches, optical logic gates, integrated light sources and coupling of integrated light sources with optical waveguides were presented.

O presente trabalho, realizado junto ao Grupo de Novos Materiais e Dispositivos (GNMD), no Laboratório de Microeletrônica do Departamento de Sistemas Eletrônicos da Escola Politécnica da USP, visou determinar algumas das propriedades termo-mecânicas de materiais depositados pela técnica de plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) que são importantes para o desenvolvimento de sistemas microeletromecânicos (MEMS). O módulo de elasticidade, a tensão mecânica residual, o coeficiente de expansão térmica e a condutividade térmica de filmes finos de carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-SiC:H) e de oxinitreto de silício (SiOxNy) foram estudados. Medidas de nanoindentação e ressonância de cantilevers foram utilizadas para a obtenção do módulo de elasticidade e os resultados obtidos foram similares (75 e 91 GPa) pelos dois métodos e compatíveis com valores encontrados na literatura. Além disso, obteve-se o módulo de elasticidade de filmes de cromo (285 GPa). A tensão mecânica residual dos filmes utilizados neste trabalho foi medida através da curvatura do substrato induzida pela deposição dos filmes e pela deformação de cantilevers. O valor médio da tensão mecânica, obtido pela curvatura do substrato, variou de -69 MPa até -1750 MPa, mostrando grande dependência das condições de deposição dos filmes. O método que utiliza a deformação de cantilevers possibilitou a obtenção do gradiente de tensão mecânica, que também mostrou uma dependência das condições de deposição, sendo sempre o a-SiC:H quase estequiométrico o menos tensionado. O coeficiente de expansão térmica foi medido utilizando a técnica do gradiente de temperatura e o valor obtido foi similar a valores reportados na literatura para o carbeto de silício cristalino. Para um a-SiC:H quase estequiométrico foi obtido um coeficiente de expansão térmica de 3,41 m/oC, enquanto para um a-SiC:H rico em carbono o valor foi de 4,36 m/oC. Também foi verificado que a variação da resistência do cromo em função da temperatura é pequena, não permitindo sua utilização como sensor de temperatura e inviabilizando a obtenção da condutividade térmica dos filmes estudados. Além disso, foram apresentados trabalhos promissores, mostrando o potencial dos materiais estudados para o desenvolvimento de MEMS. Nesses trabalhos, demonstrou-se a viabilidade de integrar microestruturas atuadas termicamente e guias de onda ópticos, utilizando os materiais estudados neste trabalho. Foram fabricados chaves ópticas, portas lógicas ópticas, fontes de luz integradas e acoplamento das fontes de luz com guias de onda. / This work, realized at the New Materials and Devices Group (GNMD) at the Microelectronics Laboratory of the Department of Electronic Systems of the Polytechnic School of the University of São Paulo, focused at the determination of thermo-mechanical properties of materials deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) that are important for the development of microelectromechanical systems (MEMS). The Youngs modulus, the residual stress, the coefficient of thermal expansion and the thermal conductivity of amorphous hydrogenated silicon carbide (a-SiC:H) and silicon oxynitride (SiOxNy) thin films were studied. Nanoindentation and the resonance of cantilevers were used to obtain the Youngs modulus. The results were similar (75 and 91 GPa) with both methods and compatible with literature values. Further, the Youngs modulus of chromium films was also obtained (285 GPa). The residual stress of thin films was obtained through the substrate curvature induced by the film deposition and through the deformation of cantilever beams. The residual stress, obtained through the substrate curvature, varied between -69 MPa and -1750 MPa, showing great dependence on the deposition conditions of these materials. The deformation of cantilevers allowed the determination of the stress gradient and it was also affected by the deposition conditions. In all stress measurements the near stoichiometry a-SiC:H film was less stressed. The coefficient of thermal expansion was measured using the temperature gradient technique and the obtain values were similar to those reported in the literature for crystalline silicon carbide. For a near stoichiometry a-SiC:H film, a value of 3.41 m/oC was obtained, while a carbon rich film showed a thermal expansion coefficient of 4.36 m/oC. It was also verified that the variation of the chromium resistance as a function of temperature is small. This did not allow the utilization of chromium as a temperature sensor, which prevented the obtention of the thermal conductivity of the studied films. Also, some promising works were presented, showing potential applications of the studied materials for the development of MEMS. In these works, the viability of integration of thermal actuated microstructures and optical waveguides was demonstrated. In these works, optical switches, optical logic gates, integrated light sources and coupling of integrated light sources with optical waveguides were presented.

O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um dispositivo de filme fino com anisotropia de resistividade elétrica. A idéia foi usar um efeito quântico presente em filmes muito finos de materiais condutores ou semicondutores com morfologia anisotrópica na superfície. A morfologia foi um perfil unidirecional quase-senoidal. As resistividades foram determinadas medindo-se as resistências elétricas destes materiais em direções ortogonais, levando-se em conta a geometria da amostra e suas dimensões. O material condutor usado foi Polimetilmetacrilato (PMMA) com ouro implantado na superfície. A profundidade média de implantação foi 2,7 nm. Na fabricação do dispositivo foi utilizada micro e nanolitografia, caracterização por Microscopia Eletrônica de Varredura e Microscopia de Força Atômica e implantação de ouro por MePIIID (Metal Plasma Immersion Ion Implantation and Deposition). / The main purpose of this work was to develop a thin film device with electrical anisotropic resistivity. The idea was to use a quantum effect which is present in very thin films of conductor or semiconductor materials with anisotropic morphology on the surface. The morphology was a sinusoidal-like unidirectional profile. The resistivities were determined measuring the electrical resistances of theses materials in orthogonal directions, taking in account the sample geometry and dimensions. The conductive material used was Polymethylmethacrylate (PMMA) with gold implanted on the surface. The average implanted depth was 2.7 nm. In the device fabrication were used micro and nanolithography, characterization by Scanning Electron Microscopy and Atomic Force Microscopy and gold implantation by MePIIID (Metal Plasma Immersion Ion Implantation and Deposition).