Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-23T23:18:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 251255.pdf: 2674400 bytes, checksum: 6117efc022d122e5de42d39f63754994 (MD5) / Diversos modelos teóricos para o descasamento entre dispositivos na tecnologia MOS foram propostos desde a década de '80, sendo que geralmente estes pecam ou pela simplicidade, sendo válidos apenas sob condições de operação específicas, ou por resultarem em expressões muito complexas, o que torna necessário o uso de pesados recursos computacionais. Esta tese propõe uma abordagem inovadora para a modelagem do descasamento dos transistores de efeito de campo de porta isolada (MOSFETs), chegando a resultados melhores e mais abrangentes que outras propostas já publicadas. Para tanto, as variações microscópicas na corrente que flui pelo dispositivo, resultado das flutuações na concentração de dopantes na região ativa, são contabilizadas levando-se em conta a natureza não-linear do transistor. O resultado é um modelo compacto que prevê o descasamento com grande exatidão e de forma contínua, em todas as condições de operação do transistor, da inversão fraca à forte, e da região linear à saturação, necessitando apenas dois parâmetros de ajuste. Duas versões de circuitos de teste foram desenvolvidas e implementadas em diversas tecnologias, como forma de se obter suporte experimental para o modelo. A versão mais avançada possibilita a caracterização elétrica, de forma totalmente automática, de um grande número de dispositivos. O uso deste modelo substitui com vantagens a tradicional simulação Monte Carlo, que exige grandes recursos computacionais e consome muito tempo, além de oferecer uma excelente ferramenta de projeto manual, como é demonstrado através do desenvolvimento de um conversor digital-analógico, cujo resultado experimental corroborou a metodologia empregada.

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / Células solares são dispositivos que convertem energia solar em elétrica por intermédio do efeito fotovoltaico, observado em semicondutores como a pirita (FeS2). Por seu band gap de 0,95 eV e sua coloração escura, que favorece a absorção de luz, esse mineral desperta o interesse de pesquisadores que buscam materiais semicondutores alternativos ao silício. Apesar de seu potencial como matéria-prima para diferentes segmentos da indústria, quando a pirita provém da mineração do carvão, é tratada como rejeito e sua disposição culmina em problemas ambientais para as regiões carboníferas. Diante desses fatos, elevar o grau de pureza do rejeito piritoso, objetivo deste trabalho, aumentando seu teor de dissulfeto de ferro, fortalece a possibilidade de transformá-lo em subproduto de maior valor agregado, inclusive para o setor de dispositivos fotovoltaicos. Considerando as análises das impurezas presentes na pirita da região sul catarinense, sugeriu-se uma rota de beneficiamento baseada em separação por densidade em bromofórmio e lixiviações sucessivas em água e solução de solvente orgânico. Aplicaram-se metodologias estatísticas para definição dos parâmetros de lixiviação e a eficiência do processo foi avaliada e comprovada por fluorescência de raios X (FRX), análise elementar (CHNS/O), difratometria de raios X (DRX) e espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Suas propriedades elétricas classificam as piritas in natura e concentrada como semicondutoras. O beneficiamento extraiu impurezas como calcita, quartzo, presente na fração argilosa e arenosa, e sulfato ferroso, elevando a condutividade do rejeito em aproximadamente uma ordem de grandeza. As metodologias propostas não removeram óxidos de ferro, que contribuíram para o band gap de 1,7 eV, dentro da faixa considerada ideal para células solares.

Orientador: Américo Sheitiro Tabata / Banca: Alexandre Levine / Banca: Keizo Yukimitu / Resumo: Uma nova família de semicondutores, a liga quaternária InxGa1-xAs1-yNy, cujo elemento Nitrogênio substitui o elemento Arsênio em pequenas porcentagens, tem recebido grande atenção devido à óptica na região de 1,3 μm, tecnologicamente importante para transmissão de dados em fibra óptica. Estudos sobre caracterização e propriedades ópticas desta liga fornecem maiores informações sobre o comportamento da mesma. Foram estudados poços quânticos, as estruturas básicas de dispositivos optoletrônicos de Inx-Gat-xAso.984N0.0016/GaAs com diferentes valores de concentração x: 26%, 30%, 34%, 38% e 43% crescidas em duas temperaturas diferentes: 400ºC e 430ºC. As amostras foram tratadas termicamente a 700ºC num período de 30 minutos. Com essa liga é tensionada, o foco constou-se em achar um modelo de espessura crítica condinzente para dados experimentais de fotoluminescência. Foram analisadas a dinâmica de portadores, a energia de ativação e a qualidade estrutural das amostras com a técnica de fotoluminescência em diversas condições. Os estudos realizados, aliados ao conhecimento dos parâmetros acima mencionados, têm o objetivo de contribuir para que se possa determinar a aplicabilidade e estimar o rendimento em dispositivos optoeletrônicos, com base neste material / Abstract: A new family of semiconductors has been proposed, the quaternary alloyInxGa1-xAs1-yNy, in which the element Nitrogen replaces the element Arsenic in small percentages. It has received great attention due to the fact of optical emission in the region of 1.3um, technologically important for data transmission at optical fiber. Studies on characterization and optical properties of this alloy provides more information about the conduct of it. It was studied quantum wells, the basic structures of InxGa1-xAs0.016/GaAs optoelectronic devices, with different values of concentration x: 26%, 30%, 34% and 43% grown at two different temperatures: 400ºC and 430ºC. The sample has annealed at 700ºC for 30 min. As this alloy is tensioned, the focus of this research is to find a consistent model of critical thickness for photoluminescence experimental data. It will be done an analysis of the dynamic carriers, activation energy and structural quality of the samples with the analysis of photoluminescence with diverse conditions. With these studies and the knowledge of the parameters mentioned above, it was intended contribute to determine the applicability and estimate the yield of optoeletronic devices based on this material / Mestre

Orientador: José Humberto Dias da Silva / Banca: Mario Antonio Bica de Moraes / Banca: Jose Roberto Ribeiro Bortoleto / Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem carater institucional e integra as atividades de pequisa em materiais de diversos campi / Resumo: Semicondutores de gap largo são materiais de grande interesse devido às suas amplas aplicações tecnológicas. Entre os semicondutores de gap largo se destaca o GaN que apresenta características desejáveis para tais aplicações, como valor de energia de bandgap de 3,4 eV, alta condutividade térmica e alta dureza. As técnicas convencionais para a produção de filmes finos de GaN são a epitaxia por feixe molecular (MBE) e deposição de vapor químico de precursores metalorgânicos (MOVPE), porém tais técnicas possuem um elevado custo. Este trabalho discorre sobre a preparação e caracterização de filmes policristalinos de GaN pela técnica alternativa de RF magnetron sputtering reativo com diferentes temperaturas e tipos de substratos. Analisou-se o efeito da variação destes dois parâmetros sobre estrutura e propriedades ópticas destes filmes. Utilizou-se medidas de difração de raios-X, microscopia de força atômica, transmitância no ultravioleta/visível/infravermelho e espectroscopia de espalhamento Rutherford (RBS). As medidas realizadas reportaram que tanto a temperatura quanto o tipo de substrato influenciaram na textura de orientação, morfologia e propriedades ópticas dos filmes. Medidas de transmitância no infravermelho indicaram a presença de bandas relacionadas à contaminação com higrogênio e oxigênio em filmes depositados em temperaturas de substratos menores que 500ºC. As referidas contaminações são compatíveis com a análise residual da água detectada no sistema de deposições, e não foram observadas em temperaturas maiores de substrato. Os diafratogramas de raios-X revelaram que somente em temperaturas altas (Ts>500ºC) a textura de orientação dos filmes é influenciada pelo substrato utilizado, podendo apresentar indícios de crescimento epitaxial. As medidas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Wide bandgap semiconductor materials are of great interest due to the broad range of their technological applications. Among the wide bandgap semiconductor GaN stands out due to its desirable characteristics for such aplications as the value of energy bandgap of 3.4 eV, high thermal conductivity and high hardness. Conventional techniques for producing GaN thin films are the molecular beam epitaxy (MBE) and chemical vapor deposition of metalorganinc precursors (MOVPE), nevertheless these are high techniques. This work brings into focus the preparation and characterization of polycrystalline GaN films by the alternative technique of reactive RF magnetron sputtering with different temperatures and substrates. The effects of varying theses two parameters on structured and optical properties of these films were analysed. Therefore, X-ray diffraction, atomic force microscopy, optical transmittance in the ultraviolet/visible/infrared, and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) were used to characterize the samples. The results show that temperature, substrate type, and substrate orientation influence the texture, morphology and optical properties of the films. The X-ray diffraction patterns revealed that the orientation texture of films is influenced by the substrate used only at high substrate temperature (Ts>500ºC). This evidences a tendency of epitaxial growth. Besides, the atomic force microscopy at temperature above 500ºC showed that the surface morphology is different for amorphous and crystalline substrates. It also became evident that the decrease of deposition rate and bandgap of the films with increasing deposition temperature is possibly due to nitrogen deficiency by the high rate of desorption at these temperatures. In addition, measurements of trasmisttanc in the infrared Fourier Transform indicated the presence... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Banca: Fenelon Martinho Lima Pontes / Banca: Jose Humberto Dias da Silva / Banca: Andrea Simone Stucchi de Camargo Alvarez Bernardez / Banca: Virgilio de Carvalho dos Anjos / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat , tem carater institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Dióxido de estanho (snO2) é um semicondutor óxido do tipo-n, que é transparente na região do ultravioleta/visível. Possui muitas aplicações como, por exemplo, eletrodos transparente, sensores de gás, coletores e dispositivos optoeletrônicos. Quando dopado com íons terras-raras, SnO2 pode ser utilizado na confecção de dispositivos para comunicação óptica, principalmente na forma de filmes finos. A modificação do pH da suspensão coliodal, a partir do pH neutro, mostrou-se um artifício eficaz no controle das propriedades ópticas, elétricas e estruturais das amostras obtidas sem a necessidade da utilização de compostos orgânicos para a estabilização do sistema coloidal e controle do tamanho da partícula. O pH ácido favorece a formação de ligações cruzadas (Sn-O-Sn) entre as partículas, com geração de aglomerados maiores observados nas medidas de MEV/FEG e maior concentração de defeitos superficiais identificados pelos modos de vibração S1 e S2 do espectro Raman. O pH ácido também reduz a resistividade, a energia de ativação e a energia de captura dos filmes obtidos. O espectro de emissão para uma pastilha dopada com 2% de érbio, obtida com pH4, apresentou leve alteração das componentes dos níveis Stark referente aos íons Er3+ localizados na superfície desorganizada do grão. O processamento de filmes por litrografia positiva (lift-off) beneficiou a estabilidade elétrica e a reprodutividade de dados em medidas elétricas, facilitando a interferência dos resultados. Para medidas decaimento da condutividade foto-excitada com um LED de InGan (450 nm), foi possível observar valores positivo e negativo para a quantidade (Ecap-), indicando regiões distintas de temperatura com domínio da captura de elétrons por defeitos ou da mobilidade eletrônica / Abstract: Tin dioxide (SnO2) is an n-type semiconductor, which is transparent in the ultraviolet/visible range. It has many applications, such as transparent electrodes, gas sensors, solar collectors and optoelectronic devices. When doped with rare-earth ions, SnO2 may be used for building optical communication devices, mainly in the form of thin films. Modification of pH of colloidad supension from neutral pH has shown an efficient tool on the control of optical, electrical and structural properties, which can be obtained without requirement of using organic compounds for stabilization of colloidal system and particle size control. Acid pH favors the formation of cross-linked bonds (Sn-O-Sn) between particles, with gernation of larger agglomerates, as observed in the SEM/FEG images and higher concentration of surface defects as identified by the vibration modes S1 and S2 of the Raman spectra. The acid pH also reduces the resitivity, the activation energy of the deeper energy level and the capture energy of obtained films. The emission spectra for a 2%Re3+- doped pellet, obtained with pH4, presents a slight variation of the Stark levels related to Er3+ ion located at the disorganized grain surface. Film processing by lift-off photolighography has led to electrical stability and data reproducibility in electrical measurements, helping the results interpretation. For measurements of decay of conductivity photo-induced by an InGaN LED (450nm), it was possible to observe positivo as well a negative values for the quantity (Ecap-), indicating distinct regions of temperature, either dominated by the electron capture by defects or by electronic mobility / Doutor

Orientador: Marcelo Ornaghi Orlandi / Banca: Maria Aparecida Z. Bertochi / Banca: Alexandre José de Castro Lanfredi / Banca: Alexandre Reily Rocha / Banca: Walter Katsumi Sakamoto / Resumo: Atualmente, grande atenção tem sido dedicada ao desenvolvimento de uma nova classe de estruturas potencialmente importantes, os chamados nanofios monocristalinos baseados em óxidos, que podem tornar-se partes dos dispositivos eletrônicos ou constituir-se como novos dispositivos completos, com propriedades mecânicas, eletrônicas e ópticas bem definidas e controláveis. Particularmente, estes nanofios podem apresentar características semicondutoras ou metálicas por construção tendo a dopagem como um parâmetro controlável durante o processo de crescimento. O presente trabalho teve como objetivo principal o estudo dos mecanismos de transporte elétrico elétrico em nanofios de óxido de índio dopado com estanho - ITO. Para isto, primeiramente o material foi sintetizado e caracterizado estrutural e morfologicamente. Posteriormente foram preparados os dispositivos para a caracterização individual dos nanofios por meio de litografia óptica e, por fim, devidamente caracterizado eletricamente. A síntese resultou em nanofios de óxido de índio dopados com estanho crescido pelo mecanismo vapor-líquido-sólido (VLS). A caracterização individual dos nanofios permitiu concluir que a maioria dos nanofios em uma grande faixa de temperatura possuem comportamento elétrico metálico, uma vez que a resistividade aumenta com o aumento da temperatura. As análises indicaram que alguns nanofios apresentam transição metal-isolante e que essa transição aumenta com a diminuição da largura dos nanofios. Com os resultados obtidos a partir dos ajustes realizados com os modelos de transporte pode-se concluir que vários mecanismos são responsáveis pela condução nos nanofios de ITO, dependendo dad largura e da concentração de portadores dos mesmos. Em relação aos modelos de transição metal isolante, alguns nanofios apresentam transição metal isolante de Mott e outros, transição metal isolante de Anderson. Os resultados com nanofios... / Abstract: Nowadays, considerable attention has been devoted to the development of a new class of potentially important structures, called monocrystalline nanowires based on oxides, which may become parts of electronic devices or form themselves into complete new devices with mechanical, electronic and optical properties well defined and controllable. Particularly, these nanowires may have a metal or semiconductor construction, with the doping characteristics as a controllable parameter during the growth process. In the present work, the main objective is study the mechanisms os electrical transport in tin doped indium oxide nanowires - ITO. For this, firstly the material was synthesized, and structurally and morphologically characterized. Subsequently devices for individual characterization by optical ithography were prepared and, finally, characterized suitably electrically. The synthesis resulted in nanowires of tin doped indium oxide that grow-up by the mechanism of vapor-liquid-solid growth (VLS). The characterization of individual nanowires showed that the majority of nanowires in a wide temperature range have a metallic electrical behavior, since the resistivity increases with increasing temperature. The analysis also indicated that some nanowires presented metal-insultor transition, and this transition increases with decreasing width of the nanowires. With the results obtained from the setting made with the transport models can conclude that several mechanisms are responsible for conducting the ITO nanowires, depending on the width and the carrier concentration of the same. Regarding the insulator transition models, some nanowires have Mott insulator transition metal and other metal insulator transition Anderson. The results with nanowires of different width showed that width between 155 nm and 126 nm there is a change in the dimensionality of driving from 3D to 1D / Doutor

Orientador: José Humberto Dias da Silva / Banca: Andre Santarosa Ferlauto / Banca: Luis Vicente de Andrade Scalvi / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Neste trabalho apresenta-se um método para cálculo de constantes ópticas de filmes semicondutores baseado em medidas de transmitância (T) e refletância (R) na faixa espectral entre 0,50 eV, com possível extensão par a região do infravermelho médio e distante e para o ultravioleta. O método consiste na utilização dos espectros de R para melhorar a estender a determinação dos valores do índice de refração (n) e do coeficiente de extinção (k). Como uma primeira aproximação, o método é baseado no espectro de T para calcular os valores de n na região espectral das franjas de interferência e de (k) em toda a faixa do espectro de T, como feito em outros métodos. A melhoria realizada está relacionada ao uso dos valores aproximados de n - da extrapolação dos valores obtidos na região das franjas de interferência, para calcular valores refinados de n usando o espectro de R na região de alta absorção. O método possibilita determinar os valores de k em toda faixa na qual os valores medidos de T tenham bom grau de exatidão. Outra vantagem é a possibilidade de refinamento dos valores das constantes ópticas utilizando os espectros de R e T alternadamente. O uso de R possibiita um ajuste melhor dos valores de n, principalmente na região de alta absorção (dispersão anômala) enquanto os espectros de T permitem cálculos refinados de K, principalmente para valores acima do bandgap, e a dispersão do índice de refração em baixa absorção. São utilizadas expressões completas para transmitância e refletância, derivadas diretamente das equações de Maxwell, as quais levam em conta as reflexões múltiplas coerentes nos filmes e as incoerências nos substratos. O trabalho experimental envolve a deposição de amostras de TiO2 pela técnica de sputering reativo e medidas de transmitância na faixa de energia de 0,38 eV a 6,20 eV e medidas de refletância usando esfera integradora entre 0,50 eV a 4,96 eV. Para testar... / Abstract: This work presents the end result of the developmet of a method for calculation of optical constants of semiconductor films based on measured transmitance (T) and reflectance (R), which allows the calculation of the spectral optical constants in the range of 0.5 eV to 5.0 eV, with possible extension to the middle and far infrared and the ultraviolet. The calculation method consists in the use of R spectra to improve and extend the determination of the values of the refractive index (n) and extinction coefficient (k). As a first approximation, the method is based on the T spectrum to calculate the n values in the spectral region of the interference fringes and the k values across the spectral range of T, as done in other methods. The improvement realized is related to the use of k values calculated initially from T spectrum, and aproximated n values - extrapolating the values obtained in the region of the interference fringes, to calculate refined n values using the R spectrum in the high absorption region. The method makes possible to determine the k values across the range in which the measured values T have good degree of accuracy. Another advantage observed in the present method is the possibility of refining the values of the optical constants using the R and T spectra alternately. The use of R enables a better fit to the n values, particularity the high absorption region (or anomalous dispersion region), while T spectra allow refined calculations of k, mainly above the bandgap, and the dispersion of the refractive index in low absorption. The calculations use the complete expressions for transmittance and reflectance, derived directly from Maxwell's equations. The expression used take into account the coherent multiple reflections in the films and incoherent in the substrate. The experimental work involved the transmittance measurements at a range of energy from 0.38 eV to 6.20 eV nm and reflectance measurement using integrating... / Mestre

Orientador: Lucas Fugikawa Santos / Banca: Giovani Fornereto Gozzi / Banca: Neri Alves / Resumo: Neste trabalho, foram desenvolvidos e caracterizados transistores de filme fino (TFTs) de óxidos metálicos processados por solução, tendo como camada ativa filmes de óxido de zinco (ZnO), de óxido de zinco dopado com alumínio (AZO) e de óxido de índio e zinco (IZO). Os dispositivos foram construídos sobre substratos de silício dopado tipo p revestido com uma camada isolante de óxido de silício (Si/SiO2), em estruturas do tipo bottom-gate/top-contact, utilizando dois métodos distintos para a deposição da camada ativa: spray-pirólise e spin coating. Os transistores apresentaram excelentes propriedades elétricas, em especial os dispositivos à base de ZnO depositados via spray-pirólise. Esses dispositivos apresentaram valores de mobilidade dos portadores de carga (elétrons), superiores a 5 cm2V-1s-1 e da razão entre a corrente na acumulação e na depleção (IOn/IOff) superiores a 106, o que representa um desempenho bastante competitivo quando comparados com a literatura atual. A influência da exposição dos dispositivos ao oxigênio atmosférico nas propriedades elétricas dos transistores foi estudada através do monitoramento (pelo período de vários dias) do desempenho dos transistores quando caracterizados em atmosfera inerte (N2) ou no ar. Adicionalmente, os dispositivos apresentaram um proeminente efeito de fotoresposta persistente após a exposição à radiação ultravioleta na região do UVA em níveis de intensidade relativamente baixos (abaixo de 10-3 W.m-2), o que sugere uma... / Abstract: In the present work, thin-film transistors (TFTs) based on solution-processed metal-oxides were developed and characterized, with the active layer comprising zinc oxide (ZnO), aluminum-doped zinc oxide (AZO) and indium zinc oxide (IZO). The devices were built on p-type doped silicon substrates with a thermally grown thin-layer of silicon dioxide (Si/SiO2), in a bottom-gate/top-contact structure, using two different active layer deposition methods: spray-pyrolysis and spin coating. The transistors presented excellent electrical properties, especially the ZnObased devices deposited by spray-pyrolysis, with charge carrier mobility superior to 5 cm2V-1s -1 and ratio between the accumulation current and the depletion current (Ion/Ioff) greater than 106, which represents a very competitive performance compared to values from the current literature. The influence of the exposure to atmospheric oxygen on the transistor electrical properties was studied by monitoring (for several days) the TFT performance when characterized in inert atmosphere (N2) or in air. Additionally, the devices presented a prominent persistent photoresponse effect after the exposure to ultraviolet radiation in the UVA range at relatively low intensities (below 10-3 Wm-2), suggesting a potential application as UV-radiation sensors or dosimeters / Mestre

Neste trabalho, apresentamos um estudo sistemático das propriedades estruturais e ópticas de nanopartículas FeSi2, sintetizadas em matriz SiO2/Si por implantação iônica, seguida de cristalização epitaxial induzida por feixe de íons (IBIEC) e tratamentos térmicos em atmosfera 95 % N2 - 5 % H2. A cada etapa do processo de síntese, a formação e crescimento de nanopartículas FeSi2, bem como a produção de defeitos, foi caracterizada estruturalmente e correlacionada com as propriedades de emissão de luz. Para fins de interpretação dos resultados, um conjunto de amostras contendo Ni foi sintetizado nas mesmas condições experimentais que as amostras de Fe e suas propriedades estruturais e ópticas também foram estudadas. Através do processo de recristalização IBIEC obtivemos importantes informações sobre as propriedades vibracionais da fase metálica γ-FeSi2 e sua metaestabilidade quando formada a baixa concentração de Fe. Em particular, a transição desta fase via temperatura de recozimento para a fase semicondutora β-FeSi2 foi investigada detalhadamente. A natureza do gap fundamental de energia do composto semicondutor também foi avaliada. Em experimentos em função da temperatura de tratamento térmico, observou-se que concomitantemente à formação e crescimento de nanopartículas semicondutoras, existe uma complexa evolução de defeitos opticamente ativos. De acordo com a temperatura de recozimento, bandas de fotoluminescência (PL) na região espectral do infravermelho próximo (0.7 eV - 0.9 eV) com diferentes intensidades e morfologias foram detectadas a 2 K. Baseado nos resultados das caracterizações estruturais e ópticas do sistema SiO2/Si + nanopartículas FeSi2, juntamente com resultados PL experimentais comparativos da formação do composto metálico NiSi2, as origens físicas das distintas luminescências observadas foram discriminadas em termos de emissões intrínsecas do semicondutor β-FeSi2 e de específicos tipos de defeitos na matriz de Silício que atuam como centros de recombinação radiativa. / In this work, we present a systematic study of the structural and optical properties of FeSi2 nanoparticles, synthesized in SiO2/Si matrix by ion implantation, followed by ion beam induced epitaxial crystallization (IBIEC) and several thermal treatments under 95 % N2 - 5 % H2 atmosphere. Each step of the syntheses process, the formation and growth of the FeSi2 nanoparticles, as well as the damage production, were structurally characterized and correlated with their light emission properties. For purposes of interpreting the results, a set of samples containing Ni was synthesized in the same experimental conditions that the Fe samples and their structural and optical properties were also studied. Through IBIEC recrystallization process, important informations were obtained about vibrational properties of the metallic γ-FeSi2 phase and its metastability when formed at low Fe concentration. In particular, the phase transition from γ-FeSi2 to semiconducting β-FeSi2 via annealing treatment was investigated in detail. Furthermore, the nature of the energy fundamental gap of the semiconductor compound was also evaluated. Thermal treatment experiments at different temperatures showed that concomitantly to the formation and growth of the semiconducting nanoparticles, there is a complex evolution of the optically active defects. According to the annealing temperature, photoluminescence (PL) bands in the near-infrared spectral region (0.7 eV - 0.9 eV) with different intensities and morphologies were detected at 2 K. Based on the structural and optical characterization results of the SiO2/Si + FeSi2 nanoparticles, combined with the comparative experimental PL results of the metallic NiSi2 compound formation, the physical origin of the distinct observed luminescence were discriminated in terms of intrinsic emissions of the semiconducting β-FeSi2 and specific types of defects in the Si matrix, that acts as radiative recombination centers.

Investigamos a passivação superficial do Germânio visando ao uso em Nanoeletrônica, que requer: (i) preparação de uma superfície plana e isenta de contaminantes e (ii) crescimento ou deposição de um dielétrico termodinamicamente estável em contato com o substrato nos ambientes e temperaturas usuais na fabricação de dispositivos. Na primeira etapa do estudo, testamos diferentes hidrácidos halogênicos associados com água deionizada (DI) e soluções oxidantes para remover o óxido de germânio nativo, invariavelmente formado quando da exposição do substrato ao ambiente. Utilizando espectroscopia de fotoelétrons, observamos que HF, HBr e HCl em alta concentração removem o óxido nativo, restando uma pequena quantidade de O e C sobre a superfície. Oxigênio foi removido com aquecimento em ultra-alto vácuo a 400°C durante 30 min, porém esse procedimento não eliminou completamente o C. Verificamos que H2O2 oxida a superfície, porém produz GeOx (x < 2), e DI remove GeO2, porém não remove GeOx. O procedimento: (i) imersão em HF 40% durante 5 min e (ii) jato de DI produz superfície livre de óxido e com rugosidade aceitável para uso em nanoeletrônica. Na segunda etapa do estudo, partimos para oxidação térmica do Ge e tratamentos térmicos pós-oxidação em ambientes reativos (O2 e NH3) com vistas à formação de filmes finos dielétricos. Utilizando espectrometria de retroespalhamento Rutherford e microscopia de força atômica, observamos que oxidar o Ge em 100 mbar de O2 seco e acima de 500°C provoca evidente sublimação do óxido. Análise com reações nucleares combinadas com tratamento térmico em 18O2 evidenciou a existência de defeitos na superfície do óxido e junto à interface com o substrato; a nitretação proposta (120 mbar de 15NH3 durante 120 min a 500°C) incorpora pequena quantidade de N ao longo de toda a espessura do óxido. Esses resultados, em particular no que se refere ao transporte atômico de O e N, contribuem para a compreensão dos processos potencialmente úteis do ponto de vista tecnológico, mas que na literatura existente são apresentados de modo bastante divergente. / We investigated the surface passivation of Germanium aiming at applications in nanoelectronics, which requires: (i) the preparation of a clean and smooth surface and (ii) the growth or deposition of a dielectric that is thermodinamically stable in contact with the substrate in the temperatures and environments found in device fabrication. In the first part of this study, we tested different hydrogen halides associated with deionized water (DI) and oxidizing solutions to remove native germanium oxide, invariably formed due to substrate exposure to the ambient. Using photoelectron spectroscopy, we observed that HF, HBr, and HCl in high concentration remove the native oxide, leaving a small amount of residual O and C on the surface. Oxygen was removed by heating to 400°C for 30 min in ultra high vacuum; this procedure, however, did not eliminate C completely. We verified that H2O2 oxidizes the substrate surface, producing GeO2 and GeOx (x < 2), and DI removes GeO2 but does not remove GeOx. The procedure: (i) immersion in HF 40% for 5 min and (ii) DI rinse produces a surface that is free of oxide and whose roughness is acceptable for nanoelectronics. In the second part of this study, we did thermal oxidation and reactive post-oxidation thermal annealing in O2 and NH3 aiming at thin dielectric films. Using Rutherford backscattering spectrometry and atomic force microscopy we observed that oxidizing Ge under 100 mbar of dry O2 above 500°C leads to sublimation of the oxide. Nuclear reaction analysis combined with thermal annealing in 18O2 evidenced defects in the oxide surface and at the oxide/semiconductor interface; the proposed nitridation (120 mbar of 15NH3 for 120 min at 500°C) introduces a small amount of N over the whole oxide thickness. These results, particularly with respect to the atomic transport of O and N, contribute to the mechanistic understanding of the processes that are potentially useful in technology but appear in a conflicting manner in the current scientific literature.