Orientador: Lisandro Pavie Cardoso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T08:00:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Menezes_AlanSilvade_D.pdf: 23119383 bytes, checksum: ab5e971a0c297e969fddfdd4a44a73a6 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho, a difração múltipla (DM) de raios-X associada com as vantagens da radiação síncrotron configura-se como uma microssonda de alta resolução e é utilizada para obter relevantes contribuições ao estudo das propriedades estruturais de materiais semicondutores, apresentem-se eles como nanosistemas epitaxiais ou implantados com íons. O estudo e detecção de reflexões híbridas (interação camada epitaxial/substrato) coerentes (CHR) negativas nas varreduras Renninger (RS) do substrato é uma das contribuições desta tese. O mapeamento ?:f da condição de difração da reflexão secundária (113)(111) mostra que a CHR negativa que aparece é, na realidade, a interferência destrutiva entre a reflexão secundária da rede da camada e a reflexão primária do substrato. Ressalta-se aqui importância da medida detalhada da condição de difração de reflexões secundárias adequadas da DM. O uso do caso especial da DM denominado difração Bragg-superfície (BSD), cuja reflexão secundária se propaga paralelamente à superfície dos monocristais ou interfaces nas heteroestruturas, quando envolve reflexões secundárias que são sensíveis à simetria da rede cristalina, constitui outra contribuição da tese. O pico na RS para o substrato (GaAs), que representa o caso de quatro-feixes (000)(004)(022)(022) e que se separa em dois picos na RS da camada GaInP por distorção tetragonal foi utilizado como uma nova ferramenta no estudo de deformações tetragonais, mesmo para camadas epitaxiais finas. Além disso, a presença de distorções ortorrômbicas ou até mesmo monoclínicas, pode ser investigada pela medida dos dois pares de picos secundários (022)(022) e (202)(202), também presentes na mesma RS da camada ternária. Outras contribuições desta tese estão na aplicação da DM no estudo de amostras de SiO2/Si(001) implantadas com íons Fe+, que passaram pelo processo de cristalização epitaxial induzida por feixe de íons (IBIEC) e, finalmente, por tratamento térmico. Mapeamentos ?:f do pico BSD (000)(002)(111) forneceram parâmetros de rede e tensões nas direções perpendiculares e paralelas com relação à superfície, para as regiões tensionadas provocadas por formação das nanopartículas da fase ?-FeSi2 produzidas por IBIEC. Para outro conjunto de amostras semelhantes exceto pela ausência do óxido a interessante formação de nanopartículas da fase ?-FeSi2 sob a forma de placas orientadas na amostra IBIEC, que foram observadas por microscopia e confirmadas por curvas de rocking (002) na condição de DM para os picos BSD (111) e (111) e mapeamentos ?:f, provocou tensões anisotrópicas no plano da superfície da amostra IBIEC. Formas esféricas das nanopartículas também detectadas por microscopia introduzem tensões isotrópicas e a caracterização estrutural das amostras foi realizada da mesma maneira mencionada acima. Medidas dos mapeamentos do espaço recíproco (RSM) com reflexões simétricas e assimétricas foram importante para confirmar os resultados obtidos por MD das amostras implantadas, por permitir observar a variação de composição lateral e periódica existente na camada de GaInP, assim como, por confirmar o efeito da altura dos pontos quânticos de InP sobre a camada ternária, no nível de tensão provocado por eles na camada de recobrimento desses pontos, ou seja, quanto maior a altura maior o nível de tensão na camada / Abstract: In this paper, X-ray multiple diffraction (MD) associated with the advantages of synchrotron radiation appears as a high-resolution microprobe and it is used to obtain relevant contributions to the study of structural properties of semiconductor materials, as they present themselves nanosystems epitaxial or implanted with ions. The study and detection of negative hybrid reflections (interaction epitaxial layer/substrate) coherent (CHR) in substrate Renninger scans (RS) is one of the contributions of this thesis. The ?:f mapping, i.e., the scanning of the (113)(111) secondary reflection diffraction condition shows that the CHR negative that appears is, in fact, the destructive interference between the layer secondary reflection and the substrate primary reflection. It is emphasized here the importance of a detailed measurement of the diffraction condition of adequate MD secondary reflections. The use of the MD special case named Bragg-Surface Diffraction (BSD), in which the secondary reflection propagates parallel to the single crystal surface or interfaces in heterostructures, when involves secondary reflections that are sensitive to the crystalline lattice symmetry, is another relevant contribution of this thesis. The substrate (GaAs) RS peak, which stands for the (000)(004)(022)(022) four-beam case that splits into two three-beam peaks GaInP layer RS by tetragonal distortion was used as a novel tool in the study of tetragonal distortions, even for thin epitaxial layers. Moreover, the presence of orthorhombic distortion or even monoclinic one, can be investigated by measuring the two pairs of secondary peaks (022)(022)and (202)(202) also present in the same ternary layer RS. Other thesis contributions are in the application of DM to the study of SiO2/Si(001) crystals implanted with Fe+, which were submitted to Ion Beam Induced Epitaxial Crystallization process (IBIEC) and then, annealed. ?:f mappings of the (000)(002)(111) BSD peak gave rise to perpendicular and in-plane lattice parameters and strains for the stressed regions provoked by the ?-FeSi2 nanoparticles formation provided by IBIEC. For another set of similar samples except for the absence of the oxide, the interesting formation of oriented plate-like ?-FeSi2 nanoparticles, that were observed by TEM and confirmed by (002) rocking curves obtained at MD condition for the BSD (111) and (1 peaks and the ?:f mappings that provided anisotropic in-plane strains in IBIEC sample. Nanoparticles spherical-like also detected by TEM induce isotropic strains and the samples structural characterization was obtained using the same above mentioned manner. Measurements of the reciprocal space mapping (RSM) using symmetric and asymmetric reflections were important to confirm the implanted crystal results obtained by MD by allowing to observe the periodic and lateral composition variation in the GaInP layer as well as, to confirm the effect of the height of InP quantum dots grown on the ternary layer in the strain degree they cause in the ternary cap layer, it means, the greater the height the greater the level of strain in the cap layer / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientadores: Lisandro Pavie Cardoso, Rossano Lang Carvalho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T10:35:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CalligarisdeAndrade_Guilherme_M.pdf: 21575111 bytes, checksum: b393b34194bc7dab77ca356bced5b375 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O alto controle e reprodutibilidade envolvidos nas técnicas de implantação e de irradiação iônica fazem com que elas sejam muito utilizadas por permitir modificação estrutural de semicondutores, possibilitando, por exemplo, a geração de defeitos estruturais que atuam como centros de recombinação radiativa de portadores para aplicação em eficientes dispositivos emissores de luz baseados em Silício. Igualmente necessária é a caracterização estrutural desses materiais modificados, como os sistemas provenientes de engenharia de defeitos, promovendo um correto e abrangente entendimento que irá contribuir para a otimização dos seus processos de síntese. Nesse contexto, e motivados por resultados recentes, o presente trabalho visa aplicar técnicas de raios-X com boa resolução no estudo de defeitos gerados pelos processos de implantação e irradiação em dois sistemas distintos baseados em Silício. O primeiro sistema, em que amostras de Si(001) foram implantadas com Fe+ e irradiadas com Au++, mostrou uma forte absorção na região de UV (maior para a amostra implantada e irradiada) durante seus estudos preliminares de reflectância óptica UV-Vis. O segundo, em que amostras de Si(001) implantados com Xe+ e submetidas a posterior tratamento térmico de 600, 700 e 800 ºC/30 min, foi motivado por trabalhos do grupo de pesquisa do Laboratório de Implantação Iônica - UFRGS, em que íons de He e Ne produziram nanobolhas no Silício monocristalino. Foram utilizadas as técnicas de Refletividade de Raios-X (XRR), Difração de Raios-X com Incidência Rasante (GIXRD), além de varreduras no espaço recíproco Q-scans e Mapeamentos do Espaço Recíproco (RSM) que utilizam geometria de alta resolução. Também foram realizadas varreduras Renninger e mapeamentos ?:?, ângulos incidente (?) e azimutal (?) acoplados, da Difração Múltipla de Raios-X (XRMD) utilizando Radiação Sincrotron. A Fluorescência de Raios-X (XRF) e a Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) também foram utilizadas como técnicas complementares. Os resultados do primeiro sistema (Fe+/Au++) para a XRR distinguiu as diferentes regiões geradas pelos processos de implantação/irradiação de íons. A análise das amostras implantada e irradiada e a apenas irradiada foi feita: i) por medidas de Q-scan para a reflexão (004) e mostrou a contribuição de uma região distorcida (RD) na direção normal à superfície com a? = 5,4235(4) Å, com perfil diferente para cada uma delas; ii) por RSM e mostrou contribuições diferentes no padrão de intensidade, na direção QX (direção paralela), para essas mesmas amostras; iii) por mapeamentos ?:? da XRMD na exata condição de 4-feixes (000)(002)(1 1 1)(1 13) e mostrou a ocorrência inédita, para este sistema, de um pico de reflexão híbrida coerente (CHR) do tipo substrato/camada (SL), envolvendo o caminho (1 13)S + (11 1)L . Os resultados do segundo sistema (Xe+) para medidas de: i) RSM e ii) Q-scans com a reflexão assimétrica (113) da amostra como-implantada mostraram a contribuição dos defeitos pontuais gerados pela implantação. Nas amostras tratadas termicamente mostraram a recristalização da rede do Si com o tratamento térmico (direção perpendicular), além de evidenciar a formação de uma região tensionada com a? = 5,425(2) Å (800 ºC/30 min); iii) mapeamento ?:? mostraram o aumento da densidade de defeitos com a temperatura de recozimento, tanto pelo espalhamento difuso no caso 3-feixes (000)(002)(1 11) , quanto pela ocorrência de extinção primária no caso 4-feixes (000)(002)(1 1 1)(1 13) . Imagens de seção transversal (TEM) em associação com análise elementar por Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) confirmaram a presença de nanodefeitos, possivelmente do tipo {111} e {113}, e a formação de nanobolhas de Xe, que por sua vez devem ser os responsáveis pela tensão compressiva observada por RSM / Abstract: The high reproducibility and control involved in ion implantation and irradiation techniques, makes them to be widely used to allow structural modification of semiconductors, enabling, for instance, the generation of structural defects that act as radiative recombination centers of carriers for application in efficient Silicon-based light emitting devices. Equally necessary is the structural characterization of these modified materials, such as engineered-defects systems, promoting an accurate and comprehensive understanding that will contribute to the optimization of their synthesis processes. In this framework, and motivated by recent results, the present work intends to apply highresolution X-ray techniques on the study of the defects created by ion implantation/irradiation process into two distinct Silicon-based systems. The first system consists of Fe+-implanted and/or Au++-irradiated Si(001) samples that exhibited a significant absorption increase on the UV region during preliminary studies of its UV-Vis optical reflectance. The second system consists of Xe+- implanted Si(001) samples thermally treated at 600, 700, and 800 ºC/30 min, that was motivated by previous works from Laboratório de Implantação Iônica ¿ UFRGS in which He and Ne ions have produced nanobubbles in a Silicon matrix. The X-ray techniques, such as Reflectivity (XRR), Grazing Incidence (GIXRD), and also Qscans on reciprocal space and Reciprocal Space Mappings (RSM), under high-resolution geometry, were all used in the measurements. Furthermore, Renninger scans and X-Ray Multiple Diffraction (XRMD) ?:? mappings, for coupled incident (?) and azimuthal (?) angles, were also applied with synchrotron radiation. X-Ray Fluorescence (XRF) and Transmission Electron Microscopy (TEM) were employed as complementary techniques. For the first system (Fe+/Au++), XRR results were able to distinguish the distinct regions generated by the ion implantation/irradiation process. The analysis of the implanted-and-irradiated sample, as well as the just irradiated sample was made by: i) Q-scans of the (004) reflection and exposes the contribution of a Distorted Region (RD) in the out-of-plane direction with a? = 5.4235(4) Å, which has a different profile for each sample; ii) RSM that reveals distinct QX (inplane direction) intensity profiles for each sample; iii) ?:? mapping of the XRMD at the exact condition of the (000)(002)(111)(113) 4-beam case that exhibited an unprecedented occurrence, for this system, of a Coherent Hybrid Reflection (CHR) peak involving the substrate/layer (SL) S (1 13) + L (11 1) path. The results of the second system (Xe+) for the measurements of: i) RSM and ii) Q-scans using the asymmetric (113) reflection of the as-implanted sample showed the contributions of the implantation-induced point defects. The annealed samples have exposed the Si lattice recrystallization (out-of-plane profile), in addition to demonstrating the formation of a strained region with a? = 5.425(2) Å (800 ºC/30 min); iii) ?:? mappings showed an increase of defects density for higher temperature annealed samples by both the diffuse scattering in the (000)(002)(111) 3-beam case, as the occurrence of primary extinction for the (000)(002)(111)(113) 4-beam case. The presence of both {111} and {113} defects, as well as Xe nanobubbles formation, were confirmed by cross-section TEM images in association with elemental analysis by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), indicating that the later one is responsible for the compressive strain observed by RSM measurements. Combined cross-section TEM images and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) results have confirmed the presence Xe nanobubbles, which should be responsible for the compressive strain observed by RSM measurements, as well as the formation of the {111} and {113} nanodefects / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Lisandro Pavie Cardoso / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-07T10:55:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Menezes_AlanSilvade_M.pdf: 6146664 bytes, checksum: 0379ab9f914d1e2c189aba25560a6217 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho, o método baseado na variação nas posições angulares dos picos secundários em uma varredura Renninger da difração múltipla de raios-X usando radiação síncrotron foi utilizado para a determinação dos coeficientes piezelétricos da -histidina. HCl. H2O. A grande sensibilidade da técnica a pequenas deformações na célula unitária dos cristais analisados permite esta determinação, desde que o campo elétrico seja aplicado nas direções específicas escolhidas nas amostras. Foram determinados os parâmetros de rede da -histidina.HCl. H2O pura e dopada com Ni 2+, com boa precisão, a partir da escolha adequada dos picos secundários nas varreduras Renninger, e, também determinou-se o coeficiente d14 para a amostra dopada. Destes resultados foi observada uma contração do volume da célula unitária (0,04%) do cristal dopado em relação ao puro, resultado também obtido através do refinamento das amostras em forma de pó com o método de Rietveld. O efeito do Ni 2+ na rede da -histidina.HCl. H2O foi evidenciado na comparação entre as varreduras Renninger para os dois cristais, puro e dopado, através de mudanças na intensidade, posição angular e assimetria dos picos secundários, principalmente no pico correspondente ao caso de quatro-feixes (604)(404) simultâneos para a reflexão primária (10 0 0), que praticamente desapareceu no cristal dopado, indicando possivelmente uma mudança de fase nas reflexões deste pico secundário. Observamos ainda, a mudança no hábito de crescimento e na coloração do cristal quando dopado com Ni 2+ , e a clara diminuição na taxa de crescimento da face [1 0 0]. Por fim, a difração múltipla de raios-X usando a radiação síncrotron permitiu a determinação, pela primeira vez, de todos os coeficientes piezelétricos do cristal de -histidina.HCl. H2O: [ d14] = 295(9) pC/N; [ d25] = 41(5) pC/N; [ d36] = 230(20) pC/N, assim como do coeficiente [ d14] = 93(5) pC/N para o cristal dopado com Ni 2+ / Abstract: In this work, the method based on the variation in the secondary peak angular positions of the Renninger scanning of the X-ray multiple diffraction using synchrotron radiation was used in the determination of -histidine.HCl. H2O piezoelectric coefficients. The high sensitivity of this technique to subtle distortions in the analyzed crystal unit cells allows this determination since the electric field be applied towards the previously chosen specific directions in the samples. Pure and Ni 2+ -histidine. HCl. H2O lattice parameters were measured with good precision from the adequate choice of Renninger scanning secondary peaks as well as, the d14 piezoelectric coefficient of the doped sample. From these results a contraction of the doped unit cell volume (0.04%) regarding the pure one was obtained, which is in agreement with that contraction obtained from the refinement of powder samples using the Rietveld method. The effect of Ni 2+ in the -histidine. HCl. H2O lattice was evidenced in the comparison between the Renninger scanning for both pure and doped crystals through the intensity, angular position and asymmetry of the secondary peaks, mainly the one corresponding to the (604)(404) four-beam simultaneous case for (10 0 0 ) primary reflection, that has practically disappeared for the doped crystal scanning. It indicates a possible change in the phase of the secondary peak reflections. It was also observed a change in the growth habit and color of the crystal when doped as well as a clear decrease in the [100] face growth ratio. At last, the x-ray multiple diffraction using synchrotron radiation allowed, for he firs ime, the determination of all piezoelectric coefficients for the -histidine. HCl. H2O crystal: [ d14] = 295(9) pC/N; [d25] = 41(5) pC/N; [d3]? = 230(20) pC/N, and the [d14] = 93(5) pC/N for the Ni 2+ doped crystal coefficient / Mestrado / Estrutura de Liquidos e Solidos ; Cristalografia / Mestre em Física

Orientador: Lisandro Pavie Cardoso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T02:28:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DosSantos_AdenilsonOliveira_D.pdf: 4430176 bytes, checksum: 30089a1aff00bfd64635f23601dd3039 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Como primeira contribuição deste trabalho, as varreduras Renninger (VR) da difração múltipla de raios-X foram empregadas no estudo da transição de fase estrutural do Sal de Rochelle (monoclínica-ortorrômbica) induzida por temperatura. Devido ao caráter tridimensional e sensibilidade dessa técnica acompanhamos as deformações na célula unitária com a temperatura, através do deslocamento dos picos secundários com maior sensibilidade. Foi possível determinar os parâmetros de rede e simular cada VR com o programa UMWEG. Os picos secundários de 4-feixes ( 0 0 0 ) ( 0 0 10 )( 1 0 9 )(1 0 1 ) e (0 0 0 )( 0 0 10 )( 2 3 0 )(2 3 10 ) da fase ortorrômbica foram medidos na VR para 24ºC (Tc). Os coeficientes de expansão térmica do sal de Rochelle também foram obtidos, e estão em bom acordo com a literatura. Como segunda contribuição, usamos a VR na determinação precisa dos parâmetros de rede dos materiais magnetocalóricos PrAl2, NdAl2e PrNi5. Implementamos uma rotina baseada na simulação da VR com o programa UMWEG, através da qual escolhe-se o comprimento de onda adequado para a medida de picos secundários muito sensíveis à distorção na célula unitária. Na aplicação no caso do PrAl2 usamos o caso de 4-feixes ( 0 0 0 )( 6 0 0 )( 1 3 7 )( 7 3 7 ) com 2.... =6.663(3)º e obtivemos com grande precisão a=8,03332(7)Å. O efeito de polimento mecânico na superfície dessa amostra foi analisado pelo mapeamento das reflexões de superfície (BSD) e o comportamento mosaico do cristal foi evidenciado. Nas outras medidas, como utilizamos a mesma geometria da estação XRD1, não foi possível obter a melhor condição para a rotina apresentada, mas foram obtidos para o NdAl2 (a=7,9972(5)Å) e PrNi5 (a=4,9590(8)Å e c=3,9794(5)Å) com boa precisão. Outra contribuição foi o estudo do efeito de campo elétrico no cristal orgânico MBANP através do monitoramento por curvas de rocking da reflexão ( 10 0 0 ). Observou-se uma histerese "asa de borboleta", ainda não observada em cristais orgânicos, e sem modelo para cristais monoclínicos. Cálculos usando mecânica quântica para moléculas isoladas de MBANP mostram que as principais características da forma de histerese podem ser explicadas em termos de mudanças induzidas pelo campo elétrico nos perfis de carga e na geometria de moléculas isoladas de MBANP / Abstract: As the first contribution of this work, the Renninger scan (RS) of the X-ray multiple diffraction were used in the study of the Rochelle salt structural phase transition (monoclinic-orthorhombic) induced by temperature. Due to its three-dimensional feature and sensitivity of the technique was possible to follow the unit cell deformations with temperature, through the angular shifts of the most sensitive secondary peaks. We were able to determine the lattice parameters as well as to simulate each RS by using the UMWEG program. The ( 0 0 0 )( 0 0 10 )( 1 0 9 )(1 0 1 ) and ( 0 0 0 )( 0 0 10 )( 2 3 0 )(2 3 10 ) 4-beam peaks for the orthorhombic phase were measured in the RS at 24ºC (Tc). Rochelle salt thermal expansion coefficients were also obtained in good agreement with literature values. As the second contribution, we have also used the RS in the precise lattice parameter determination of PrAl2 , NdAl2 and PrNi5 magnetocaloric materials. We have implemented a routine based on the RS simulation (UMWEG program), through which, one can choose the adequate wavelength to measure the most sensitive secondary peaks to the unit cell variations. The application of thid method in the case of PrAl 2, has allowed to measure the ( 0 0 0 )( 6 0 0 )( 1 3 7 )( 7 3 7 ) 4- beam case that presents 2.... =6.663(3)º and hence, to determine a=8.03332(7)Å, with high precision. PrAl2surface polishing effect was also analyzed by the secondary surface peak (BSD) mapping, through which, the crystal mosaic behavior was exhibited. For the other crystals, the same LNLS geometry was used and the best condition to applying the routine could not be obtained, however good precision lattice parameters were obtained for NdAl2 (a=7.9972(5)Å) and PrNi5 (a= 4.9590(8)Å and c= 3.9794(5)Å). Another contribution to the study of the electric field application in the MBANP organic crystal through the monitoring of ( 10 0 0 ) rocking curves was performed. It was observed a (butterfly wing) hysteresis, not yet observed for organic crystals and with no model suggested for monoclinic crystals. Quantum mechanical calculations on isolated MBANP molecules show that the main features of the hysteresis shape can be explained in terms of field-induced changes in the charge profiles and geometry of isolated MBANP molecules / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências