Esta tese trata-se dos estudos dos mecanismos relacionados com a condução elétrica ac de polietileno de baixa densidade (PEBD), virgem e envelhecido sob radiação UV, carregado com diferentes concentrações de negro de fumo (NF). Medidas experimentais de condutividade ac foram feitas em amostras com diferentes concentrações de NF, em diferentes temperaturas. Análise de calorimetria diferencial (DSC) e medidas de expansão térmica foram realizadas como complementos a esse estudo. Observamos também o efeito do envelhecimento UV sobre as propriedades elétrica das amostras. Baseado na distribuição do NF na matriz polietileno, a condutividade ac foi explicada em termos do mecanismo \"hopping\" considerando o material como um sistema onde as barreiras de energia potencial estão aleatoriamente distribuídas no volume do material. Estudamos a ruptura dielétrica do PEBD/NF com diferentes concentrações de NF, e os resultados foram interpretados usando a distribuição estatística de Weibull, utilizando tanto o métodos gráfico quanto o analítico, para determinar a rigidez dielétrica e os parâmetros de escala e de forma da distribuição / We performed a study of mechanisms related to ac electrical conduction of virgin and aged low-density polyethylene (LDPE) charged with different concentrations of carbon black (CB). Experimental ac conductivity measurements were carried out in samples of different CB concentrations for several temperatures. Measurements of differential scanning calorimetry (DSC) and of thermal expansion were performed as auxiliary methods in this study. We also observed the ultraviolet aging effect on the electrical properties of the samples. Based on the distribution of the CB in the polyethylene matrix, the ac conductivity was explained in t e m of hopping mechanism considering the material as a system where the energy potential barriers are randomly distributed in material bulk. We also performed studies of dielectric breakdown of LDPE/NF with different CB concentrations, and the results are studied by Weibull approach, using both analytical and graphic methods to determine the dielectric strength and the scale and shape parameters

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4430.pdf: 7319951 bytes, checksum: b21bea92cf852895996f96fd4057b891 (MD5) Previous issue date: 2012-05-09 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work the fundamental aspects of electrolytic breakdown in ZrO2 films were investigated. The electrolytic breakdown is a type of dielectric breakdown that occurs during galvanostatic growth of anodic oxides. To perform this investigation, the study was divided in two parts: (i) the modification of ZrO2 films by anodic doping and (ii) characterization of the electrical discharges (sparks) that appears on the electrode surface during zirconium anodization. The anodic doping study aimed to monitor the system and analyze the influence of current density, temperature and dopant concentration on the electrochemical, morphological and microstructural properties of ZrO2 films doped with calcium and niobium ions. The factorial design technique was used to optimize the number of experiments and quantify the effects of experimental variables on the responses. The results showed that all variables influenced the electrochemical response, leading to changes in morphology and microstructural properties of the ZrO2 doped films. This result was observed because these variables can affect the mobility of ionic species, ionic transport inside the oxide, the electrolyte resistivity and the dissolution process of the oxide. The spark characterization study aimed to investigate the evolution of electrical discharges during the experiment and correlate them with the processes observed in the anodization curve of zirconium. Hence, the electrode surface was recorded during the experiments using a high definition and high speed video camera. The image analysis allowed the calculation of the size, quantity and lifetime of the sparks discharges. Due to the enormous amount of data, it was necessary to develop a new methodology to analyzing the results. The methods used were based on techniques of imaging processing and multivariate data analysis. The use of these techniques coupled to electrochemical ones provided new insights that elucidated some aspects of the breakdown phenomenon. Furthermore, it provided guidelines for the implementation of future work. / Neste trabalho foram investigados aspectos fundamentais do fenômeno de ruptura eletrolítica do ZrO2, que é um tipo de ruptura dielétrica observada durante o crescimento galvanostático de óxidos anódicos. Para isso foram feitos dois estudos dirigidos, um sobre a modificação do ZrO2 por dopagem anódica e outro de caracterização das descargas elétricas (sparks) visualizadas na superfície do eletrodo durante a anodização do Zr. O objetivo desse primeiro estudo foi mapear o sistema, analisando a influência da densidade de corrente, temperatura e concentração do dopante sobre o comportamento eletroquímico e sobre as propriedades morfológicas e microestruturais dos filmes de ZrO2 dopados com íons cálcio e nióbio. A técnica de planejamento fatorial foi utilizada com o intuito de otimizar o número de experimentos e quantificar os efeitos das variáveis de preparação sobre as respostas investigadas. Os resultados mostraram que todas as variáveis de preparação investigadas afetaram as respostas eletroquímicas, visto que influenciaram a mobilidade das espécies iônicas, o transporte de íons dentro do óxido, a resistividade do meio e a dissolução do óxido, levado a modificações nas propriedades morfológicas e microestruturais dos filmes formados. Já o estudo de caracterização dos sparks teve como objetivo estudar a evolução das descargas elétricas ao longo do experimento e correlacioná-las com os processos observados na curva de anodização do zircônio. Desta forma, a superfície do eletrodo foi filmada durante os experimentos, em definição e alta velocidade de captura de imagens, o que permitiu o cálculo do tamanho, quantidade e tempo de duração dos sparks. Devido à enorme quantidade de dados gerados, foi necessário o desenvolvendo de novas metodologias para a análise dos resultados, que foram baseadas em técnicas de tratamento de imagens e análise multivariada de dados. A utilização dessas técnicas acopladas às técnicas eletroquímicas, forneceram novos insights que auxiliaram na elucidação de alguns aspectos do fenômeno de ruptura eletrolítica no ZrO2. Além disso, forneceram diretrizes para a execução de trabalhos futuros.

Esta tese trata-se dos estudos dos mecanismos relacionados com a condução elétrica ac de polietileno de baixa densidade (PEBD), virgem e envelhecido sob radiação UV, carregado com diferentes concentrações de negro de fumo (NF). Medidas experimentais de condutividade ac foram feitas em amostras com diferentes concentrações de NF, em diferentes temperaturas. Análise de calorimetria diferencial (DSC) e medidas de expansão térmica foram realizadas como complementos a esse estudo. Observamos também o efeito do envelhecimento UV sobre as propriedades elétrica das amostras. Baseado na distribuição do NF na matriz polietileno, a condutividade ac foi explicada em termos do mecanismo \"hopping\" considerando o material como um sistema onde as barreiras de energia potencial estão aleatoriamente distribuídas no volume do material. Estudamos a ruptura dielétrica do PEBD/NF com diferentes concentrações de NF, e os resultados foram interpretados usando a distribuição estatística de Weibull, utilizando tanto o métodos gráfico quanto o analítico, para determinar a rigidez dielétrica e os parâmetros de escala e de forma da distribuição / We performed a study of mechanisms related to ac electrical conduction of virgin and aged low-density polyethylene (LDPE) charged with different concentrations of carbon black (CB). Experimental ac conductivity measurements were carried out in samples of different CB concentrations for several temperatures. Measurements of differential scanning calorimetry (DSC) and of thermal expansion were performed as auxiliary methods in this study. We also observed the ultraviolet aging effect on the electrical properties of the samples. Based on the distribution of the CB in the polyethylene matrix, the ac conductivity was explained in t e m of hopping mechanism considering the material as a system where the energy potential barriers are randomly distributed in material bulk. We also performed studies of dielectric breakdown of LDPE/NF with different CB concentrations, and the results are studied by Weibull approach, using both analytical and graphic methods to determine the dielectric strength and the scale and shape parameters

Neste trabalho, investigou-se capacitores MOS fabricados sobre superfícies irregulares contendo formas retangulares periódicas com 100 nm de altura, obtidas a partir de corrosão por plasma localizadas. Os óxidos de porta com 4,5 nm de espessura foram crescidos em ambientes ultrapuros de O2 ou pirogênico a fim de comparar a uniformidade de cobertura sobre os degraus verticais dos perfis retangulares. Foi mostrado que a oxidação pirogênica ou convencional na temperatura de 850 ºC permite obter óxidos de porta sobre degraus com altura de 100nm com baixa corrente de fuga e alto campo de ruptura. Esse comportamento pode ser interpretado como óxidos de porta perfeitamente amoldados sobre os degraus de 100nm de altura. O impacto deste resultado é agora a possibilidade de implementar óxidos de porta para transistores de porta envolvente e FinFETs. / In this work, it was investigated MOS capacitors fabricated onto periodic rectangular shapes, 100 nm in height, obtained by localized plasma etching onto silicon wafer surfaces. 4.5-nm gate oxide growth was performed in ultrapure dry O2 or pyrogenic environments in order to compare the coverage uniformity at the step edges of rectangular shapes defined onto the silicon surfaces. It was shown that pyrogenic and conventional oxidation at 850 ºC allows one to obtain gate oxides on 100nm-stepped silicon surfaces with low leakage current and high dielectric breakdown field. This behavior can be understood as highly conformal gate oxides over silicon steps with height of 100 nm. The impact of this result is now the feasibility of implementing gate oxides for surrounding gate transistors (SGT\'s) and FinFETs.

Neste trabalho, investigou-se capacitores MOS fabricados sobre superfícies irregulares contendo formas retangulares periódicas com 100 nm de altura, obtidas a partir de corrosão por plasma localizadas. Os óxidos de porta com 4,5 nm de espessura foram crescidos em ambientes ultrapuros de O2 ou pirogênico a fim de comparar a uniformidade de cobertura sobre os degraus verticais dos perfis retangulares. Foi mostrado que a oxidação pirogênica ou convencional na temperatura de 850 ºC permite obter óxidos de porta sobre degraus com altura de 100nm com baixa corrente de fuga e alto campo de ruptura. Esse comportamento pode ser interpretado como óxidos de porta perfeitamente amoldados sobre os degraus de 100nm de altura. O impacto deste resultado é agora a possibilidade de implementar óxidos de porta para transistores de porta envolvente e FinFETs. / In this work, it was investigated MOS capacitors fabricated onto periodic rectangular shapes, 100 nm in height, obtained by localized plasma etching onto silicon wafer surfaces. 4.5-nm gate oxide growth was performed in ultrapure dry O2 or pyrogenic environments in order to compare the coverage uniformity at the step edges of rectangular shapes defined onto the silicon surfaces. It was shown that pyrogenic and conventional oxidation at 850 ºC allows one to obtain gate oxides on 100nm-stepped silicon surfaces with low leakage current and high dielectric breakdown field. This behavior can be understood as highly conformal gate oxides over silicon steps with height of 100 nm. The impact of this result is now the feasibility of implementing gate oxides for surrounding gate transistors (SGT\'s) and FinFETs.