Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This thesis presents the study and characterization of organic light-emitting diodes (OLEDs) with the proposal of obtaining an equivalent model that is useful in the OLED driver design and in lighting systems projects. Initially, a literature review covering the operating principle and the constructive aspects of OLEDs is presented. From this, a model that integrates scale, photometrical, electrical and thermal aspects is proposed. This model is static and dynamic and is called EFET. A procedure for parameter identification of the model is proposed, jointly with an analysis of the intrinsic capacitance effect on the OLED electrical, thermal and photometrical performance. The proposed model is able to predict and simulate the OLED based lighting systems before building, saving time and cost. The model is validated using different OLED samples and conclusions are derived from the experimental validation and simulation results. An approach considering the dimming methods of OLEDs is presented, showing the chromatic impact caused by each method. Finally, an OLED driver based on the concept of switched capacitor converters is proposed. The thesis results are satisfactory and provide an enhancement to the state of the art in modeling and OLED driving. / A presente tese de doutorado apresenta o estudo e a caracterização de diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) com a proposta de um modelo equivalente que é útil no desenvolvimento de circuitos de acionamento e na análise de OLEDs, quando aplicados em sistemas de iluminação. Inicialmente, é apresentada uma revisão bibliográfica contemplando o princípio de funcionamento e os aspectos construtivos dos OLEDs. A partir disto, um modelo que integra os aspectos de escala, fotométricos, elétricos e térmicos é proposto. Esse modelo é denominado EFET e é dividido em estático e dinâmico. Uma proposta de procedimento para identificação dos parâmetros do modelo é apresentada, juntamente com a análise do efeito da capacitância intrínseca dos OLEDs no seu desempenho elétrico, térmico e fotométrico. Com o modelo proposto pode-se predizer e simular o comportamento dos OLEDs antes de construir o sistema de iluminação, reduzindo custos e tempo de desenvolvimento. O modelo é validado empregando diferentes amostras de OLEDs. Conclusões são obtidas a partir da validação experimental e de simulações empregando simuladores elétricos e da fluidodinâmica computacional através do método de elementos finitos. Uma abordagem considerando os métodos de ajuste da intensidade luminosa de OLEDs é apresentada, evidenciando o impacto cromático provocado por cada método. Por fim, um circuito de acionamento para OLEDs baseado no conceito de capacitores chaveados é proposto. Os resultados obtidos são satisfatórios e proporcionam um incremento ao estado da arte da modelagem e acionamento de OLEDs.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5844.pdf: 11430873 bytes, checksum: b80a5790a9ebf6ae63ff48e52968ae60 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / Universidade Federal de Sao Carlos / O crescimento e caracterização de sistemas de heteroestruturas semicondutoras quasi-unidimensionais têm atraído grande interesse devido à sua potencial de aplicação tecnológica, como foto-detectores, dispositivos opto-eletrônicos assim como seu para o processamento de informação quântica e aplicações em fotônica. O objetivo desta tese é o estudo das propriedades de transporte eletrônico e de spin em sistemas semicondutores quasi-unidimensionais, especificamente trataremos de nanofios (NWs) homogêneos, NWs acoplados, NWs do tipo plano-geminado (TP), diodos de tunelamento ressonante (ETD) e cadeias de pontos quânticos (QDCS). Escolhemos o método k-p, particularmente o Hamiltoniano de Luttinger, para descrever os efeitos de confinamento e tensão biaxial. Este sugeriu uma modulação do caráter do estado fundamental que, complementada com a dinâmica fônons fornecidas pelas simulações da Dinâmica Molecular (MD), permitiu a descrição da modulação da mobilidade de buracos por emissão ou absorção de fônons. Em relação ao sistema de NWs acoplado,estudamos, através do método da matriz de transferência (TMM), as propriedades de transporte de elétrons e spin sob a interação de spin-órbita (SOI) de Eashba, localizada na região de acoplamento entre fios. Foram consideradas várias configurações de tensões de gate (Vg) aplicadas nos fios. Desse modo, compreendemos a modulação do transporte de spin quando esse é projetado no direção-z através da combinação do SOI e das dimensionalidades do sistema. Da mesma forma, a combinação de SOI e da Vg aplicada deu origem a modulação da polarização, quando o spin medido é projetado na mesma direção em que o SOI de Eashba atua, a direção y. Usando o TMM, exploramos as propriedades de transporte de um DBS e o efeito de uma resistência em série com o intuito de provar a natureza da biestabilidade das curvas características I V bem como o aumento de sua área com temperatura, resultados fornecidos por experimentos. O modelo indicou que aumentando da resistência pela diminuição sa temperatura aumenta a área biestável. A presença de uma hetero-junção adicional ao sistema induz uma densidade de carga nas suas interfaces. De acordo com esta configuração, a queda de tensão total do ETDS muda, podendo ser confirmada experimentalmente. A formação dos peculiares campos de deformação e sua influência sobre a estrutura eletrônicas e propriedades de transporte em superredes de TP foi estudada sistematicamente. Assim, as propriedades de transporte, de ambos os elétrons e buracos, pode ser sintonizada eficientemente, mesmo no caso de elétrons r em sistemas de blenda de zinco, contrastando com a prevista transparência de elétrons r em superredes de semicondutores III-V heteroestruturados. Além disso, constatamos que a probabilidade de transmissão para buracos da banda de valência também poderia ser efetivamente modificada através de uma tensão externa.Por fim, colaboradores sintetizaram com sucesso sistemas de QDCs de InGaAs através da epitaxia de feixe molecular e engenharia de tensão. Um comportamento anisotrópico da condutância com a temperatura foi observado em QDCs com diferentes concentrações de dopagem, medida realizada ao longo e entre os QDCs. O modelo teórico 1D de hoppíng desenvolvido mostrou que a presença de estados OD modela a resposta anisotrópica da condutância neste sistemas. / The growth and characterization of semiconductor quasi-one-dimensional heterostructure systems have attracted increasing interest due to their potential technological application, like photo-detectors, optoelectronic devices and their promising features for quantum information processing and photonic applications. The goal of this thesis is the study of electronic and spin transport properties on quasi-one-dimensional semiconductor systems; specifically, homogenous nanowires (NWs), coupled NW s, twin-plane (TP) NWs, resonant tunneling diodes (RTDs), and quantum dot chains (QDCs). The k-p method, in particular the Luttinger Hamiltonian, was chosen to describe the effects of biaxial confinement and strain. This suggested a modulation of the ground state character that, complemented with the phonon dynamics provided by Molecular Dynamics (MD) simulations, allowed the description of the hole mobility modulation by either phonon emission or absorption. Regarding the coupled NW s system, the electron and spin transport properties affected by a Rashba spin-orbit interaction (SOI) at the joined region were unveiled through the Transfer Matrix Method (TMM). Various configurations of gate voltages (Vg), applied on the wire structure, were considered. We were able to understand the modulation of the spin transport projected in the z-direction trough the combination of the SOI and the system dimensionalities. Likewise, the combination of SOI and applied Vg gave rise to a modulation of the polarization, when the measured spin is projected in the same direction where the Rashba SOI acts, the y-direction. The transport properties of a DBS and the effect of a resistance in series was explored within the TMM to prove the nature of a bistability of the I V characteristics and its enhanced area with temperature provided by the experiment. The model indicates that increasing the resistente by decreasing the temperature, the bistable area enhances. The presence of an additional heterojunction induces a sheet charge at its interfaces. Under this configuration, the total voltage drop of the RTD changes and can be confirmed experimentally.The formation of the peculiar strain fields and their influence on the electronic structure and transport properties of a TP superlattice was systematically studied. Hence, the transport properties of both electrons and holes could be effectively tuned even in the case of T-electrons of zincblende systems, contrasting to the predicted transparency of T-electrons in heterolayered III-V semiconductor superlattices. Also, the transmission probability for holes at valence band could also be effectively modified by applying an external stress. Finally, using molecular-beam-epitaxy and skillful strain engineering, systems of In-GaAs QDCs were successfully synthesized by collaborators. The QDCs with different doping concentrations showed an anisotropic behavior of the conductance, measured along and across the QDCs, with temperature. The theoretical ID hopping model developed found that the presence of OD states shapes the anisotropic response of the conductance in this system.

We propose a preliminary model for perception analyses of professional identity based on quantitative criteria as applied to a specific academic area. The identity is a largely discussed by social sciences and there is a consensus about the difficulties in describing its social construction and even its perception by the subjects themselves. Professional identity is not different. Here, we studied how public policies aimed at academic and professional consolidation and training for the microelectronics sector may have had influence on its trainees and professionals over the last decade. We used social network analysis tools on Lattes curricula to determine semantic similarities between bibliographic productions of researchers who applied projects to the CNPq CA-ME and of trainees under CI-Brazil Program. We then used the colected data to characterize, from the distribution of keywords colleted throughou time, the identity evolution of the subjects. This paper concerns itself also with a brief presentation and evaluation of the CI-Brasil program as such (i.e., a program). Initiated in 2002, it has helped the alteration of the microelectronic ecosystem in the country, especially regarding training and fixation of human resources for the integrated circuit design sector. Embedded electronics have been partially responsible for deficits in the Brazilian trade balance. Therefore, public policy must be formulated cautiously and responsibly so as to increase sector infrastructure and form adequate human resources regarding market demand, be it at technician, undergraduate or graduate levels, and training these professionals. This paper focuses on undergraduate degrees and other training initiatives. Finally, this paper aims to indicate indispensable requirements for the assimilation of these professionals by the market, with public support and financing in partnership with universities and private enterprises (triple helix.) / Buscamos um modelo de análise de percepção da identidade profissional com bases mais quantitativas. Identidade é um tema muito discutido nas ciências sociais, onde há um consenso da dificuldade na forma de identificar sua construção social e, mesmo, sua percepção pelos próprios indivíduos. A identidade profissional não é diferente. Assim, nosso propósito foi mostrar como uma política pública de formação e fixação de indivíduos para o setor de microeletrônica afetou nos últimos 10 anos os profissionais da área. Para tanto usamos ferramentas de análise de redes sociais, para identificar semelhanças semânticas na produção acadêmica e técnica de pesquisadores vinculados ao CA-ME e de bolsistas do programa CI-Brasil. A seguir usamos os dados coletados para caracterizar, a partir da distribuição de palavras-chave recolhidas ao longo do tempo, a evolução da identidade dos sujeitos. Esta Tese trata também de uma discussão e avaliação do Programa CIBrasil iniciado em 2002, mostrando como este tem colaborado na alteração do ecossistema da microeletrônica no país, marcadamente no que toca à formação, capacitação e fixação de recursos humanos para o setor de design de circuitos integrados. O setor de eletrônica embarcada de modo geral tem causado déficits na balança comercial brasileira, assim, as Políticas Públicas para o setor devem ser formuladas com extrema cautela e responsabilidade de forma a aumentar a infraestrutura do setor e formar recursos humanos adequados às demandas de mercado, quer sejam formação em nível técnico quer na graduação quer na pósgraduação e ainda capacitar estes técnicos em nível de aperfeiçoamento. O enfoque deste trabalho estará na graduação e aperfeiçoamento. Por fim, busca-se apontar condições para que estes profissionais sejam assimilados pelo mercado com apoio e financiamentos públicos em parceria com as Universidades e Empresas (tripla hélice).

Resumo: Este trabalho apresenta uma nova proposta para sistema de refrigeração com controle dinâmico de temperatura, operando com estrutura de compressor aberto, acionado por motor de indução trifásico com velocidade variável, e estágio de entrada retificador com correção ativa do fator de potência. O estágio de entrada é composto por um retificador Boost monofásico com elevado fator de potência, com duas células entrelaçadas, operando no modo de condução crítica, empregando técnica de comutação não dissipativa e controlado por dispositivo FPGA, associado a um estágio de saída inversor de dois níveis convencional trifásico à IGBT, o qual é controlado por um Processador Digital de Sinais (DSP - Digital Signal Processor). A técnica de comutação não dissipativa para o estágio de entrada é baseada em células ZCS (Zero-current-switching). As principais características do retificador incluem a redução da ondulação da corrente de entrada, redução da ondulação da tensão de saída retificada, utilização de componentes com reduzidos esforços, reduzido volume do filtro de entrada para Interferências Eletromagnéticas (EMI - Electromagnetic Interference), elevado Fator de Potência (FP) e reduzida Distorção Harmônica Total (DHT) da corrente de entrada, atendendo os limites da norma IEC61000-3-2. O controle digital para o estágio de saída inversor foi desenvolvido usando duas diferentes técnicas, incluindo a técnica convencional controle escalar Volts/Hertz (V/Hz) e o controle Vetorial com Orientação pelo Fluxo do estator, com o propósito de verificar a aplicabilidade e a performance dos controles digitais propostos, para o controle contínuo da temperatura, aplicados a um protótipo de sistema de refrigeração. / Abstract: This work presents a new proposal for refrigeration systems with dynamic control of temperature, working with structure of open compressor, driving a three-phase induction motor with variable speed, and input rectifier with active power factor correction. The proposed system is composed of a single-phase high-power-factor boost rectifier, with two cells in interleaved connection, operating in critical conduction mode, and employing a softswitching technique, controlled by a Field Programmable Gate Array (FPGA), associated with a conventional three-phase IGBT bridge inverter (VSI - Voltage Source Inverter), controlled by a Digital Signal Processor (DSP). The soft-switching technique for the input stage is based on zero-current-switching (ZCS) cells. The rectifier’s features include reduction in input current ripple, reduction in output voltage ripple, use of low stress devices, low volume for the EMI input filter, high input power factor (PF), and low total harmonic distortion (THD) in the input current, in compliance with the IEC61000-3-2 standards. The digital controller for the output stage inverter has been developed using two different techniques, the conventional Voltage-Frequency control (scalar V/Hz control), and a simplified stator oriented vector control, in order to verify the feasibility and performance of the proposed digital controls, for continuous temperature control, applied at a refrigerator prototype. / Orientador: Carlos Alberto Canesin / Coorientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves / Banca: Fabio Toshiaki Wakabayashi / Banca: João Onofre Pereira Pinto / Mestre

CAPES / Códigos corretores de erros estão presentes em quase todos os sistemas modernos de comunicação e armazenamento de dados. Erros durante essas operações são praticamente inevitáveis devido a ruído e interferências nos meios de comunicação e degradação dos meios de armazenamento. Quando um sistema exige alto desempenho, os correspondentes algoritmos (codificador e decodificador) são implementados em hardware. O projeto de pesquisa apresentado nesta tese, um chip dedicado para uma nova família de decodificadores baseados em conjuntos de informação, é parte de um amplo projeto que visa obter um decodificador com desempenho semelhante à decodificação de máxima verossimilhança (MLD), porém com hardware muito mais simples, demonstrando assim que o uso dessa técnica (decodificação por conjuntos de informação), até então proibitiva devido à complexidade do hardware, poderia tornar-se viável. Visando simplificar o hardware, o primeiro passo foi modificar o algoritmo original de Dorsch para reduzir o número de ciclos de clock necessários para decodificar uma mensagem. As principais modificações realizadas foram na redução de Gauss-Jordan e no número de palavras-código candidatas, consideravelmente reduzidas em relação ao algoritmo original de Dorsch. Este algoritmo modificado foi primeiramente implementado utilizando linguagem de descrição de hardware e avaliado em diferentes famílias de FPGAs, onde demonstrou-se o mesmo ser viável, mesmo para grandes códigos. O algoritmo foi implementado posteriormente em um chip dedicado (ASIC), utilizando tecnologia CMOS, a fim de completar a demonstração da viabilidade de sua implementação e uso efetivo. / Error-correcting codes are present in almost all modern data communications and data storage systems. Errors during these operations are practically inevitable because of noise and interference in communication channels and degradation of storage media. When topperformance is required, the corresponding algorithms (encoder and decoder) are implemented in hardware. The research project presented in this dissertation, a dedicated chip for a new family of decoders based on information sets, is part of a broad project targeting the development of a new decoder capable of achieving near maximum likelihood decoding (MLD) performance, however with a much simpler hardware, thus demonstrating that the use of this technique (decoding based on information sets), previously prohibitive due to the complexity of the hardware, could now be feasible. Aiming to simplify the hardware, the first step was to modify the original Dorsch algorithm to reduce the number of clock cycles needed to decode a message. The main modifications performed were in the Gauss Jordan elimination procedure and in the number of candidate codewords, which was highly reduced with respect to original Dorsch algorithm. This modified algorithm was first implemented using a hardware description language and evaluated in different FPGA families, where the viability was demonstrated. The algorithm was later implemented in a dedicated chip (ASIC) using CMOS technology in order to complete the demonstration of the feasibility of their implementation, and effective use.

CAPES / Códigos corretores de erros estão presentes em quase todos os sistemas modernos de comunicação e armazenamento de dados. Erros durante essas operações são praticamente inevitáveis devido a ruído e interferências nos meios de comunicação e degradação dos meios de armazenamento. Quando um sistema exige alto desempenho, os correspondentes algoritmos (codificador e decodificador) são implementados em hardware. O projeto de pesquisa apresentado nesta tese, um chip dedicado para uma nova família de decodificadores baseados em conjuntos de informação, é parte de um amplo projeto que visa obter um decodificador com desempenho semelhante à decodificação de máxima verossimilhança (MLD), porém com hardware muito mais simples, demonstrando assim que o uso dessa técnica (decodificação por conjuntos de informação), até então proibitiva devido à complexidade do hardware, poderia tornar-se viável. Visando simplificar o hardware, o primeiro passo foi modificar o algoritmo original de Dorsch para reduzir o número de ciclos de clock necessários para decodificar uma mensagem. As principais modificações realizadas foram na redução de Gauss-Jordan e no número de palavras-código candidatas, consideravelmente reduzidas em relação ao algoritmo original de Dorsch. Este algoritmo modificado foi primeiramente implementado utilizando linguagem de descrição de hardware e avaliado em diferentes famílias de FPGAs, onde demonstrou-se o mesmo ser viável, mesmo para grandes códigos. O algoritmo foi implementado posteriormente em um chip dedicado (ASIC), utilizando tecnologia CMOS, a fim de completar a demonstração da viabilidade de sua implementação e uso efetivo. / Error-correcting codes are present in almost all modern data communications and data storage systems. Errors during these operations are practically inevitable because of noise and interference in communication channels and degradation of storage media. When topperformance is required, the corresponding algorithms (encoder and decoder) are implemented in hardware. The research project presented in this dissertation, a dedicated chip for a new family of decoders based on information sets, is part of a broad project targeting the development of a new decoder capable of achieving near maximum likelihood decoding (MLD) performance, however with a much simpler hardware, thus demonstrating that the use of this technique (decoding based on information sets), previously prohibitive due to the complexity of the hardware, could now be feasible. Aiming to simplify the hardware, the first step was to modify the original Dorsch algorithm to reduce the number of clock cycles needed to decode a message. The main modifications performed were in the Gauss Jordan elimination procedure and in the number of candidate codewords, which was highly reduced with respect to original Dorsch algorithm. This modified algorithm was first implemented using a hardware description language and evaluated in different FPGA families, where the viability was demonstrated. The algorithm was later implemented in a dedicated chip (ASIC) using CMOS technology in order to complete the demonstration of the feasibility of their implementation, and effective use.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / In this work, Zn1-xAxTe (A = Mn, Co) diluted magnetic semiconductors (DMS) nanocrystal (NCs) were successfully grown in the P2O5 ZnO Al2O3 BaO PbO glass system synthesized by the method of Fusion-Nucleation, after subjecting to appropriate thermal annealing. Various experimental techniques were used in this study in order to get a comprehensive understanding of the optical, morphological, structural and magnetic properties these NCs. Transmission electron microscopy (TEM) and atomic force microscopy (AFM) images revealed the size of both of Zn1-xMnxTe and Zn1-xCoxTe NCs. From the vibrating sample magnetometer (VSM) technique, there was growth behavior of magnetization and magnetic susceptibility as a function of the Mn concentration in the samples containing Zn1-xMnxTe NCs. At lower Mn concentrations, the sp electrons of ZnTe host semiconductor interact with the d electrons of Mn2+ ions, resulting in the sp-d exchange interaction, which causes a small increase in susceptibility. At higher Mn concentrations, the d-d exchange interaction between Mn atoms dominates over the sp-d exchange interaction, resulting in an abrupt increase in susceptibility. The EPR spectra, in addition to prove the results exhibited the well-known sextet hyperfine lines of Mn2+ ions, since samples with low Mn concentrations revealed the presence of Mn2+ ions within and near the surface of the ZnTe NCs. From the optical absorption spectra (OA) and photoluminescence (PL), analyzed on the basis of crystal field theory (CFT) as well as of the diffraction X-ray (XRD), Raman scattering (RS) and electron microscopy transmission (TEM) techniques, the substitutional incorporation of Mn2+ ions was confirmed up to its solubility limit (x = 0.100) ZnTe NCs. Above this concentration, can observe the formation of manganese oxide NCs such as MnO and MnO2, since the nucleation rate for the formation of these NCs is greater than that of Zn1-xMnxTe NCs, at high concentrations. Furthermore, from the PL spectra, it was found that it is possible to tune the emission of energy related to transition 4T1(4G) → 6A1(6S) of Mn2+ ions, of the spectral orange region to the near infrared, depending on Mn concentration. This is possible due to the variation of the local crystal field, where these ions are inserted. From the OA spectra, analyzed on the basis of CFT, it showed that Co2+ ions are substitutionally incorporated in tetrahedral sites of ZnTe NCs, due to its characteristics transitions in visible and near infrared spectral region. This evidence has been enhanced from MFM images, since NCs doped with magnetic ions, magnetically respond when induced by the magnetization of the probe. / Neste trabalho, nanocristais semicondutores magnéticos diluídos (SMD) de Zn1-xAxTe (A = Mn; Co) foram crescidos com sucesso no sistema vítreo P2O5 ZnO Al2O3 BaO PbO, sintetizado pelo método de Fusão-Nucleação, após submetê-lo a tratamento térmico apropriado. Várias técnicas experimentais foram utilizadas neste estudo a fim de obter um entendimento compreensivo das propriedades ópticas, morfológicas, estruturais e magnéticas desses NCs. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia de força atômica (MFA) revelaram o tamanho tanto de NCs de Zn1-xMnxTe quanto de Zn1-xCoxTe. A partir da técnica de magnetometria de amostra vibrante (MAV), verificou-se o crescimento da magnetização e o comportamento da susceptibilidade magnética, em função da concentração de Mn, em amostras contendo NCs de Zn1-xMnxTe. Em baixas concentrações de Mn, os elétrons sp do semicondutor hospedeiro ZnTe, interagem com os elétrons d dos íons Mn2+, resultando na interação de troca sp-d, que provoca um pequeno aumento na susceptibilidade magnética. Já, em concentrações mais elevadas de Mn, a interação de troca d-d entre átomos de Mn domina a interação de troca sp-d, o que resulta em um aumento abrupto da susceptibilidade. Os espectros RPE, além de comprovar esses resultados, exibiram o bem conhecido sexteto de linhas hiperfinas de íons Mn2+, uma vez que amostras com baixas concentrações de Mn revelaram a presença de íons Mn2+ no interior e próximos à superfície dos NCs de ZnTe. A partir dos espectros de absorção óptica (AO) e fotoluminescência (FL), analisados com base na teoria do campo cristalino (TCC), bem como das técnicas de difração de raios-X (DRX), espalhamento Raman (ER) e microscopia eletrônica de transmissão (MET), confirmou-se a incorporação substitucional de íons Mn2+ até seu limite de solubilidade nominal (x = 0,100) em NCs de ZnTe. Acima dessa concentração, observa-se a formação de NCs de óxido de manganês, tais como MnO e MnO2, uma vez que a taxa de nucleação para a formação desses NCs é maior que a de NCs de Zn1-xMnxTe, em altas concentrações. Além disso, a partir dos espectros FL, verificou-se que é possível sintonizar a energia de emissão relacionada à transição 4T1(4G) → 6A1(6S) de íons Mn2+, da região espectral laranja ao infravermelho próximo, em função da concentração de Mn. Isso é possível devido à variação do campo cristalino local, onde esses íons estão inseridos. A partir dos espectros AO, analisados com base na TCC, evidenciou-se que íons Co2+ são incorporados substitucionalmente em sítios tetraédricos de NCs de ZnTe, devido às suas transições características na região espectral do visível e infravermelho próximo. Essa evidência foi reforçada a partir de imagens de MFM, uma vez que os NCs, dopados com íons magnéticos, respondem magneticamente quando induzidos pela magnetização da sonda. / Doutor em Física

Orientador: Daniel Mário Ugarte / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T20:15:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tizei_LuizHenriqueGalvao_D.pdf: 12237887 bytes, checksum: e97ac7041ecfd4c30088cf9b43d9849a (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O desenvolvimento de novos materias tem grande interesse devido à ocorrência de novos fenômenos e propriedades, as quais podem ser usadas em futuras aplicações tecnológicas. Em particular, nas últimas décadas, esforços imensos foram realizados buscando compreender nanomateriais e os efeitos da redução de tamanho e de dimensão. Entre os diferentes avanços alcançados, podemos citar o desenvolvimento significativo de nanofios semicondutores (estruturas quasi-unidimensionais) com dezenas ou centenas de nanometros de espessura e milhares de nanometros de comprimento. O método mais utilizado para o crescimento de nanofios é o método catalítico chamado VLS (Vapor-Líquido-Sólido), no qual uma nanopartícula metálica serve como sorvedouro preferencial de átomos de um vapor e, também, como posição para a formação de um sólido (nanofio). O VLS foi proposto por Wagner e Ellis nos anos 60. Em nossos trabalhos, nos concentramos no estudo de nanofios de semicondutores III-V crescidos em um reator de Epitaxia de Feixe Químico (CBE) catalisados por nanopartículas de Au. Mais especificamente, estudamos nanofios de InP, InAs, InGaP, InAsP e heteroestruturas InP/InAs/InP. Como a qualidade de interfaces e homogeneidade química do material crescido, influenciam diretamente as propriedades ópticas e elétricas de nanofios, nossa pesquisa nos levou a avaliar os limites da aplicação de diversas técnicas de microscopia eletrônica de transmissão aplicadas: TEM (Microscopia Eletrônica de Transmissão), STEM (Microscopia Eletrônica de Transmissão em Varredura), HRTEM (Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução), EDS (Espectroscopia de Raios-X Dispersados em Energia) e EELS (Espectroscopia de Perda de Energia de Elétrons). Como consequência, determinamos os limites de detecção de variações químicas e de medidas de larguras de interfaces das diferentes técnicas. Em particular, devido às limitações impostas pelo dano por radiação no material, propusemos o uso de deslocamentos químicos de plasmons (EELS) para a caracterização química de nanoestruturas de semicondutores III-V. Desenvolvemos uma metodologia para a análise de seções transversais de nanofios de InAsP. Os experimentos realizados indicam a diferença entre os semicondutores produzidos por crescimento axial (catalítico) e por radial (bidimensional). Além disso, a análise química detalhada de heteroestruturas InP/InAs/InP levou a detecção de concentrações inesperados de As no segmento final de InP. Interpretamos esta observação como uma indicação de que As difunde através da nanopartícula catalisadora durante o crescimento, demonstrando uma rota de incorporação de elementos do grupo V em nanofios crescidos pelo método VLS. Finalmente, estudamos os efeitos de defeitos estruturais extendidos, como discordâncias na morfologia e distorções estruturais de nanofios. Neste sentido, observamos a torção de Eshelby em nanofios de InP contendo discordâncias em parafuso únicas. Nossos resultados mostram que as taxas de torção medida são muito maiores (até 100%) do que o previsto pela teoria elástica macroscópica. Isto mostra as mudanças significativas nas propriedades mecânicas e estruturais em nanoestruturas e ilustra o papel importante de estudos detalhados de microscopia eletrônica para a análise de deformações em nanoestruturas / Abstract: The development of new materials has great interest due to the possibility of finding new phenomena and properties, which can be used in technological applications. In particular, in the last decades, huge efforts have been made in order to understand nanomaterials and, the effects of size and dimensionality reduction. Among different advances, it is worth noting the significant development of semiconductor nanowires (quasi-one dimensional structures) with tens or hundreds of nanometers in diameter and thousands of nanometers in length. The catalytic method VLS (Vapor-Liquid-Solid) is the most used approach for nanowire preparation, in which a metal nanoparticle serves as a preferential sink for atoms from a vapor and, also, as the position for the solid nucleation; this method was proposed by Wagner and Ellis in the 60s. In our work, we have focused on the study of III-V semiconductor nanowires grown by Chemical Beam Epitaxy (CBE) catalyzed by Au nanoparticles. Specifically, we have studied different III-V nanowires (InP, InAs, InGaP and InAsP), as ell as, some heterostructured wires (InP/InAs/InP). As the quality of interfaces and the chemical homogeneity of materials directly influence the optical and electrical properties of nanowires, our research have led us to assess the limit of applicability of several characterization techniques based on transmission electron microscopy: TEM (Transmission Electron Microscopy), STEM (Scanning Transmission Electron Microscopy), HRTEM (High Resolution Transmission Electron Microscopy), EDS (Energy Dispersed X-Ray Spectroscopy) and EELS (Electron Energy Loss Spectroscopy). As a consequence, we have determined the detection limit for the measurement of chemical composition variations and interface widths. In particular, due to the limitations imposed by radiation damage on III-V nanowires, we have proposed the use of Plasmon chemical shifts (EELS) to the chemical characterization of III-V nanostructures. We have analyzed the cross sections of InAsP nanowires and we have been able to reveal a difference between the semiconductors materials produced by the axial (catalytic) and radial (bidimensional) growth. Through the detailed chemical analysis of InP/InAs/InP heterostructures we have detected an unexpected concentration of As in the last InP segment of the heterostructure. We have interpreted this result as an indication that As diffuses through the catalytic nanoparticle during growth. This demonstrates an incorporation route for group V atoms in nanowires grown by VLS. Finally, we have studied the effects of extended structural defects, like dislocations, in the morphology and structural distortions of nanowires. In this sense, we have observed the Eshelby twist in InP nanowires containing a single screw dislocation. Our results show that measured twist rates are much larger (up to 100%) than the predictions from the elasticity theory. This shows the significant change of mechanical and structural properties in nanoscale and, illustrates the important role of a careful electron microscopy studies to analyze deformations in nanostructures / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Pascoal José Giglio Pagliuso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-18T12:30:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Iwamoto_WellingtonAkira_D.pdf: 11664469 bytes, checksum: 8790fc8d822330998a201e2b73fea42c (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Sistemas de dimensões reduzidas possuem muitas aplicações tecnológicas. Há uma corrida para o desenvolvimento de dispositivos cada vez menores assim como para alcançar o controle e manipulação de dispositivos na escala nanométrica. Isto requer estudos sistemáticos de propriedades físicas em sistemas de tamanhos reduzidos. O foco deste trabalho é o estudo de Ressonância de Spin Eletrônico (ESR) em sistemas de dimensões reduzidas. Os materiais escolhidos para esse estudo foram filmes finos de GaAs, GaN dopados com Mn (GaMnAs e GaMnN), filmes finos amorfos de silício dopados com terras-raras a-Si:RE (RE = Y, Gd, Er e Lu) e nanopartículas (NPs) dopadas com impurezas magnéticas de terras-raras e metal de transição em matrizes metálicas Ag:R (R = Er, Yb e Mn) e em isolantes NaYF4:Gd. A finalidade desse estudo é explorar as propriedades magnéticas microscópicas destes sistemas. Os resultados das medidas em filmes de GaMnAs e GaMnN indicaram ausência de ferromagnetismo de longo alcance. Os experimentos de ESR mostraram ausência da relação entre largura de linha (?H) de ESR e a concentração de íons de Mn2+, mas foi observado que ?H aumenta conforme o nível de cristalinidade das amostras aumenta. Além disso, há um aumento de ?H em baixas temperaturas para os filmes com maior nível de cristalinidade, sugerindo uma correlação magnética de curto alcance entre os íons magnéticos se estabelecendo nessas amostras. Resultados similares foram encontrados para os filmes de GaMnN, exceto na medida de magnetização em função do campo magnético para GaMnN, a qual podemos observar ¿loops¿ ferromagnéticos abaixo de T ? 50 K ao contrário dos filmes de GaMnAs que não observamos nenhum ¿loop¿ ferromagnético em T = 2 K. Para outro grupo de filmes de a-Si:RE, foi estudado o efeito de redução na densidade de estados ligações pendentes (D0) nos filmes Si dopados com diferentes espécies de terras-raras (RE¿s) em função das diferentes concentrações. De acordo com nossos resultados, a dopagem com RE reduz a intensidade do sinal de ESR dos estados D0 com uma dependência exponencial das concentrações de RE¿s. As NPs de Ag:R e de NaYF4:Gd foram preparadas pelo método químico. Nós observamos uma forma de linha de ESR tipicamente Lorentziana consistente com os estados fundamentais dos íons de Er3+, Yb3+ e Mn2+ em simetria cúbica. O fator g encontrado para esses íons nas NPs é muito próximo ao observado em sistemas isolantes cúbicos, ao contrário do encontrado em metais, onde é observado um deslocamento de g. Além disso, não foi possível observar a relaxação Korringa para as linhas de ESR de Er3+, Yb3+ e Mn2+ no sistema de NPs que é observada, tipicamente, em metais. Logo, esses resultados nos levam a acreditar que a interação de troca (Jfs) entre os momentos localizados dos íons magnéticos (ML) e os elétrons de condução (c-e) está ausente no sistema de NPs de Ag:R, indicando que a natureza desta interação deveria ser reexaminada na escala nanométrica. Para as NPs de NaYF4:Gd, o controle do tamanho da partícula foi adquirido segundo a quantidade de rps = precursor/surfactantes. Não foi observada nenhuma evidência de cluster de Gd e observamos o espectro de ESR com as mesmas características já observadas no sistema bulk : três linhas de ressonância, sendo essas linhas com origens bem controvérsias, das quais não sabemos se é de origem de um campo cristalino de combinações de simetria cúbica com tetragonal ou mesmo rômbica ou mesmo de sítios de Gd3+ com simetrias mais baixas / Abstract: Reduced dimensions systems present many potencial technological applications. There is great interest in the development of small scale devices as well as in the control and manipulation at the nanoscale and in study of finite size on physical properties. The main goal of this work is the study of Electron Spin Resonance (ESR) in systems of reduced dimensions. The materials chosen for this study were thin films of GaAs, GaN doped with Mn (GaMnAs and GaMnN), amorphous silicon thin films doped with rare-earth a-Si:RE (RE = Y, Gd, Er and Lu) and nanoparticles (NPs) doped with magnetic impurities such as of rare earth and transition metal doped Ag:R (R = Er, Yb and Mn) and insulating NaYF4:Gd. The purpose of this study is to explore the microscopic magnetic properties of these systems. The results of the measurements in GaMnAs and GaMnN films indicated absence of long range ferromagnetism. the ESR results reveal no relationship between ESR linewidth (?H) and the Mn2+ concentration in this films. Instead, a broadening of the ESR ?H was found as a function of the increasing in the crystallinity level of the films. Furthermore, for the films with higher level of crystallinity, a significant broadening of the ESR ?H is observed as the temperature is decreased, suggesting the development of short-range magnetic correlations between the Mn2+ ions. Similar results were found for films GaMnN, except in the magnetization versus magnetic field experiments for GaMnN, which we could observe ferromagnetic loops in T < 50 K, in constract of GaMnAs films where no ferromagnetic loop in T = 2 K was found for all measured films. For the other group of films, a-Si, we studied the suppresion effects in the density of dangling bonds species D0 states as function concentration for different Rare-Earth (RE¿s) species. According to our data, the RE-doping reduces the ESR signal intensity of the D0 states with an exponential dependence on the Re¿s concentrations. Ag:R and NaYF4:Gd NPs were prepared by chemical method. We observed a typical Lorentzian line-shape ESR lines for all studied dopants (R = Er, Yb e Mn). The gfactor found for Er3+, Yb3+ e Mn2+ in the nanoparticles is very close to g-value found in ground-states of these ions in insulating cubic systems, in contrast that what was found in metals, where it is observed a g-shift for the metallic system. Furthermore, it was not possible to observe the Korringa relaxation for the ESR lines of Er3+, Yb3+ e Mn2+ in the NPs system typically observed in metals. Therefore, the results suggest that the exchange interaction (Jfs) between localized magnetic moments (ML) and conduction electrons (c-e) is absent in Ag:R NPs, indicating that the nature of this interaction needs to be reexamined at the nanoscale range. For NaYF4:Gd NPs, the particle control size was obtained by the amount of rps = precursor/surfactant. There was no evidence of Gd clusters in our results and we found the same characteristics observed in the bulk system: three resonance lines, with the controversies origins. It is still unknown the source of crystalline field of cubic symmetry with tetragonal combinations or orthorhombic or even Gd3+ sites with lower symmetries / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

[pt] Este trabalho teve como objetivo comparar as diferentes influências que aditivos e tratamentos térmicos têm sobre as propriedades ópticas e elétricas de filmes finos semicondutores formados por polímeros contendo principalmente bitiofenos e fluorenos. Os polímeros contendo tiofenos em sequência, como o poli[(9,9-dioctilfluorenil-2,7-diil)co-bitiofeno] (F8T2), apresentam conformações cis e trans dependente da posição relativa dos átomos de enxofre, tendo suas propriedades alteradas de acordo com a proporção entre os domínios de ambas as conformações em um mesmo filme. Os átomos de iodo presentes no aditivo 1,8- diiodooctano são tidos como uma possível forma de alterar os agregados nesse polímero e, consequentemente, alterar as propriedades físicas do filme formado. Para aumentar o entendimento sobre os átomos diferentes de carbono e hidrogênio nos aditivos foram estudados os efeitos dos aditivos 1,8-diiodooctano, 1,8- octanoditiol e octano, que contém dois iodos, dois enxofres e não contém heteroátomos, respectivamente, em sua composição. Além disso, foi estudada a introdução do polímero PMMA (polimetilmetacrilato) de forma que alterasse a estrutura interna do filme fino e também foram estudados tratamentos térmicos em diferentes temperaturas, uma vez que parâmetros como tempo de evaporação do solvente também influenciam a formação e as propriedades do filme após seu crescimento. Outro ponto de interesse foi justamente a composição dos polímeros, para tal, foram estudados, além do F8T2, os polímeros poli(9,9-dioctilfloureno) (PFO), poli(9,9-dioctilfluoreno-cobenzotiadiazol) (F8BT) e poli(3-hexiltiofeno-2,5-diil) regiorregular (rrP3HT). Eles são formados, respectivamente, por bitiofenos e fluorenos, apenas fluorenos, fluorenos e benzotiadiazol e apenas politiofenos. Dessa forma, seria possível isolar as contribuições de cada grupo isolado e combinados com grupos que permitem ou não a mudança entre conformações. Os filmes foram depositados em substratos de vidro pela técnica de spin-coating e a caracterização foi feita com medidas de absorção, fotoluminescência e FTIR. Quando possível, foram realizadas medidas CELIV e corrente-tensão de dispositivos fotovoltaicos usando os polímeros como camada doadora de elétrons. Com este trabalho foi possível variar as intensidades dos picos de absorção e alterar o gap de energia dos polímeros. Destacando a ação do DIO, observou-se que a conformação cis do F8T2 é maximizada quando se utiliza 1 por cento do aditivo. Além disso, o DIO também aumenta a porcentagem de fase beta do PFO. Já para o P3HT, foi constatado um aumento no ordenamento do filme. / [en] This work aimed to compare the different influences that additives and heat treatments have on the properties of semiconductor thin films formed by polymers containing mainly bitiophenes and fluorenes. Polymers containing thiophenes in sequence, such as poly[(9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl)co-bithiophene] (F8T2), have cis and trans conformations depending on the relative position of the sulfur atoms, having their optical and electrical properties altered according to the proportion between the domains of both conformations in the same film. The iodine atoms present in the additive 1,8-diiodooctane are considered as a possible way to change the aggregates in this polymer and, consequently, change the physical properties of the formed film. To increase the understanding of the atoms other than carbon and hydrogen in the additives, the effects of the additives 1,8-diiodooctane, 1,8- octanodithiol and octane, which contain two iodines, two sulfur and do not contain heteroatoms, respectively, were studied. In addition, the introduction of the PMMA (polymethylmethacrylate) polymer was studied in order to alter the internal structure of the thin film and, also, heat treatments at different temperatures were studied, since parameters such as solvent evaporation time and the available thermal energy also influence the formation and properties of the film after its growth. Another point of interest was precisely the composition of the polymers. For this purpose, in addition to F8T2, the polymers poly(9,9-dioctylflourene) (PFO), poly(9,9-dioctylfluorene-cobenzothiadiazole) (F8BT) and regioregular poly(3- hexylthiophene-2,5-diyl) (rrP3HT) were studied. They are formed, respectively, by bitiophenes and fluorenes, only fluorenes, fluorenes and benzothiadiazole and only polythiophenes. In this way, it would be possible to isolate the contributions of each isolated and combined groups that allow or not to change between conformations. The films were deposited on glass substrates using the spin-coating technique and the characterization was done via absorption, photoluminescence and FTIR measurements. When possible, CELIV and current-voltage measurements of photovoltaic devices were performed using the polymers as an electron donor layer. With this work it was possible to vary the intensities of the absorption peaks and to change the energy gap of the polymers. Highlighting the action of DIO, it was observed that the cis conformation of F8T2 is maximized when 1 percent of the additive is used. In addition, DIO also increases the percentage of beta phase of PFO. For P3HT, on the other hand, there was an increase in the ordering of the film.