[pt] As premências da sociedade contemporânea têm dependido gradativamente mais do uso de dispositivos optoeletrônicos como solução para o aperfeiçoamento de inúmeras aplicações diárias. Notadamente na última década, áreas como a de geração de energia elétrica com células solares inorgânicas ou a de computação com o advento de computadores quânticos baseados em fótons únicos têm acumulado muitos investimentos em pesquisa. Este trabalho visa estudar e definir os parâmetros necessários para a produção de pontos quânticos (QD, do inglês Quantum Dot) de semicondutores III-V com o objetivo de aplicá-los como material ativo para células solares de banda intermediária (IBSC, do inglês Intermediate Band Solar Cell) e para emissores de fótons únicos quando inseridos em nanofios (QD-in-NW, do inglês QD in Nanowire). Para a aplicação em IBSC, os pontos quânticos são produzidos auto organizadamente pelo modo Stranski-Krastanow. A estrutura de banda do IBSC requer um poço de potencial fundo o suficiente para gerar 3 absorções em paralelo de fótons com energias distintas (um proveniente da energia de gap do material da barreira, um da absorção banda-banda do poço de potencial e o terceiro da absorção intra-banda do poço na banda de condução). Os materiais escolhidos foram barreiras de AlxGa1-xAs e poço de InAs crescidos sobre um substrato de GaAs(100). Os resultados do crescimento dessa estrutura foram analisados por microscopia de força atômica (AFM, do inglês atomic force microscopy), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e fotoluminescência (PL, do inglês photoluminescence). Para a aplicação em emissores de fótons únicos, os QDs (de InxGa1-xAs) são crescidos axialmente sobre nanofios de GaAs em substrato de GaAs(111)B. A técnica de crescimento escolhida neste caso foi o crescimento seletivo (SAG, do inglês selective area growth) que traz muitas vantagens com relação à qualidade cristalina e futuras litografias para fabricação do dispositivo. Tal técnica consiste na aplicação de uma máscara sobre o substrato com buracos nanométricos dentro dos quais a epitaxia ocorre exclusivamente. Os resultados de crescimento da estrutura foram analisados por MEV, MET, PL e espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDX, do inglês Energy-dispersive X-ray Spectroscopy). Em ambos os casos, o crescimento das estruturas finais foi otimizado. Foi possível obter correlações da influência de cada parâmetro de crescimento na morfologia, cristalinidade e composição das estruturas. No caso dos QDs para IBSC, o método usado de recobrimento por In-flush foi determinante para a melhoria da qualidade cristalina das camadas e da homogeneização da altura dos QDs. No caso da estrutura de QD-in-NW, primeiro precisou-se encontrar os parâmetros de crescimento dos nanofios para atingir uma razão de aspecto alta, e só posteriormente estudou-se as condições para que o InAs crescesse axialmente sobre o nanofio. As caracterizações, principalmente a ótica, de ambos os trabalhos indicam que as estruturas propostas foram produzidas. / [en] In contemporary society the dependence on optoelectronic devices for countless daily applications has increased gradually. Particularly in the last decade fields such as energy generation through inorganic solar cells or quantum computation based in exchange of single photons has been heavily funded for their development. The aim of this thesis is defining the production parameters needed to fabricate quantum dots (QD) based on III-V semiconductors with planar geometry for intermediate band solar cell (IBSC) and with nanowire geometry (quantum dot in nanowire, QD-in-NW) for single photon emitter applications. For IBSC, the QDs are generated via self-assembly by Stranski-Krastanow mode. The IBSC s band structure requires a potential well deep enough to have 3 parallel photon absorption in different energy ranges (one is the barrier s energy gap, another is from the valence band to the intermediate band and the third one is from the intermediate band to the top of the barrier). The selected materials were AlxGa1-xAs as barriers, InAs as well, all grown on GaAs(100) substrate. The growth results were analysed by atomic force microscopy (AFM), scanning eléctron microscopy (SEM), transmission eléctron microscopy (TEM) and photoluminescence (PL). For the single photon emitters, the QDs (InxGa1-xAs) are grown axially over GaAs nanowires on a GaAs(111)B substrate. The chosen growth technique was the selective area growth (SAG) that brings many advantages in crystal quality and device lithography. This technique consists of applying a mask over the substrate with nanometric holes inside which the epitaxy occurs. The results were analysed by SEM, TEM, PL and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). In both cases, the growth of the structures were optimized for better quality. The growth parameters could be correlated with the structure’s morfology, cristalinity and composition. For the IBSC, a capping method named In-flush was used to increase the crystal quality from the layers and the homogeneity from the QD s heights. For the QD-in-NW, firstly the nanowire s growth was optimized for higher aspect ratio and only then the growth of the InAs QD was optimized for axial growth over the nanowire. In both cases the optical measurements show that the proposed structures were grown successfully.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5738.pdf: 3104025 bytes, checksum: 27f8126e91dc4b23ddd37a2e733a23fa (MD5) Previous issue date: 2014-01-29 / Universidade Federal de Sao Carlos / In the present thesis, we realize a computational modeling of semiconductor structures based on multiple quantum wells with filter barriers and on quantum wells with semiconductor diluted magnetic layers. We numerically solve the time-dependent Schrödinger s equation within the effective mass approximation, using the Split Operator method. Through the time evolved wave functions we access the dynamics quantities as the light assisted couplings of the states, in which the light is described by the inclusion of an oscillating electric field in the Hamiltonian. Then we determine the probabilities of absorption, oscillator strengths of the intersubband transitions induced by the light. Moreover we analyze the transmission probabilities and, in special, the system s photocurrent. The eigenstates and the eigenfunctions of the stationary states are also obtained within the method by simply making an imaginary time evolution. In the first work, the photocurrent of a multiple quantum well structure with filter barriers modulating the continuum above the wells was analyzed as a function of the applied bias. We find out an interesting dependence of the photocurrent with the applied field, as a differential negative photoconductance controlled by the field. We attribute this negative conductance to the interaction between the localized and extended states in the continuum, expressed by anticrossings between these states and the enhancement of the photocurrent at the crossings by the Landau-Zener-Stückelberg-Majorama like transitions. In the second work, it was evaluated the spin polarized photocurrent arising from quantum well s structures of GaMnAs, under light, electric and magnetic fields of few teslas. The study shows the existence of spectral domains in the THz ranges for which the proposed structure is strongly spin selective. For such photon frequencies, the photocurrent is spin polarized and the application of the external electric field reverts the polarization s signal. This behavior suggests the possibility of conveniently simple switching mechanisms. The physics underlying these results is studied and understood in terms of the spin-dependent coupling strengths emerging from the particular potential profiles of the heterostructures. We present two additional works related to the main ones. In the first additional one, we evaluated the dark current of the multiple quantum well structure with and without filter barriers. For doing this, we add totally the transmission probability through the structure in the Levine s model for the dark current. We observe that dark current is considerably reduced for the structure with the filter barriers when compared to the structure without these barriers. In the second additional work, we calculate the photocurrent in a ZnMnSe structure. We observe the generation of a spin polarized photocurrent controlled by the external electric field, as in the case of the GaMnAs structures. / Na presente tese, realizamos a modelagem computacional de estruturas semicondutoras baseadas em poços quânticos múltiplos com barreiras de filtro e em poços quânticos com camadas de material semicondutor magnético diluído. Para tanto, resolvemos numericamente a equação de Schrödinger dependente do tempo na aproximação de massa efetiva, por meio da evolução temporal das funções de onda do sistema, utilizando o chamado método do Split- Operator. Com as funções de onda evoluídas no tempo temos acesso às variáveis dinâmicas do sistema, como os acoplamentos entre os estados pela presença de luz, descrita na forma de um campo elétrico oscilante. Determinamos assim as probabilidades de absorção, forças de oscilador das transições intersubbandas geradas por essa excitação com luz, as probabilidades de transmissão através da estrutura e, em especial, o espectro de fotocorrente proveniente desses sistemas semicondutores. As autofunções e as autoenergias dos estados estacionários dos sistemas são obtidas pelo mesmo método realizando a evolução em tempo imaginário. No primeiro trabalho, a fotocorrente da estrutura de poços quânticos múltiplos com barreiras de filtro foi analisada em função do campo elétrico aplicado à estrutura. Foi encontrada uma dependência da fotocorrente com o campo elétrico bastante interessante, na forma de uma fotocondutância negativa controlada pelo campo elétrico aplicado à heteroestrutura. Atribuímos essa condutância negativa à interação entre estados localizados e estendidos no continuo se manifestando na forma de anticrossings e o aumento da fotocorrente para os valores de campo elétrico nos quais ocorrem esses crossings foi associado a transições de dois níveis do tipo Landau-Zener-Stückelberg-Majorama. No segundo trabalho, foi calculada a fotocorrente polarizada em spin de estruturas de poços quânticos de GaMnAs, na presença de um campo elétrico varável e um campo magnético de poucos teslas. O estudo mostrou a existência de domínios espectrais na região de THz do espectro eletromagnético, para os quais as estruturas propostas são altamente seletivas em spin. Para tais frequências, encontramos que a fotocorrente é polarizada em spin e a aplicação do campo elétrico é capaz de reverter forma muito eficiente o sinal da polarização. O comportamento observado sugere a possibilidade de mecanismos simples de controle sobre a fotocorrente e a Física por trás de tais efeitos foi entendida em termos dos acoplamentos dependentes de spin dos estados da estrutura, emergentes do perfil de potencial particular das heteroestruturas. Apresentamos dois trabalhos adicionais diretamente relacionados aos trabalhos principais. No primeiro trabalho, calculamos a corrente de escuro proveniente da estrutura de poços quânticos múltiplos com e sem barreiras de filtro, adicionando de forma integral a probabilidade de transmissão através da estrutura no modelo de Levine que determina essa corrente. Observamos que a presença das barreiras de filtro diminui significativamente a corrente de escuro dessa estrutura no regime de altos valores de campo elétrico. No segundo trabalho adicional, foi calculada a fotocorrente de uma estrutura de PQ com camada DMS, composta por ZnMnSe. Observamos a possibilidade de controle da polarização de spin com o campo elétrico, assim como no caso da estrutura composta de GaMnAs.

Recentemente, a dopagem de semicondutores (envolvendo compostos II-VI, IV-VI, III-V, e do grupo-IV) com espécies magnéticas tem sido extensivamente investigada em função do seu potencial em spintrônica. Neste contexto, semicondutores magnéticos baseados no Si e no Ge são atraentes devido à sua compatibilidade com a indústria de semicondutores existente. Entretanto, a solubilidade das espécies magnéticas nestes materiais em forma cristalina é muito baixa e, consequentemente, sua atividade magnética é limitada. Este não é o caso para o silício amorfo (a-Si) e o germânio amorfo (a-Ge), que podem conter elementos magnéticos além do limite de solubilidade de seus análogos cristalinos, e apresentar propriedades magnéticas notáveis. Motivado por estes fatos, este trabalho apresenta uma investigação abrangente de filmes finos de Si e Ge contendo diferentes quantidades de Mn e Co, trazendo informações úteis no entendimento das propriedades desta classe de materiais. As amostras foram preparadas por co-sputtering, e possuíram concentrações de Mn na faixa de ~ 0.1-24 at.%, e de Co na faixa de ~ 1-10 at.%. Após a deposição, os filmes foram submetidos a tratamentos térmicos cumulativos até 900 oC, e foram investigados por: espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDS); espalhamento Raman; difração de raios-x; transmissão óptica; microscopias eletrônica de varredura (SEM), de força atômica (AFM) e de força magnética (MFM); magnetometria SQUID; método de van der Pauw; etc. Para fins comparativos, amostras puras também foram preparadas, tratadas e caracterizadas de forma similar. Os presentes resultados indicam que os átomos de Mn e Co foram incorporados de forma efetiva e homogênea nas matrizes amorfas. Além disso, os filmes sem tratamento (puros ou contendo impurezas) são essencialmente amorfos. Ao contrário, tratamentos em altas temperaturas induzem a cristalização das amostras, e alterações em suas demais características, dependentes da introdução de dopantes. Desta forma: suas propriedades estruturais, ópticas, morfológicas, elétricas, e magnéticas, são notadamente afetadas pela inserção de Mn e Co, e pela temperatura de tratamento térmico. Estas observações foram sistematicamente investigadas e serão apresentadas e discutidas em detalhe. / Along the last few years, the doping of semiconductors (either II-VI, IV-VI, III-V, and group-IV compounds) with magnetic species have been extensively studied due to their potential applications in spintronics. Among them, Si- and Ge-based magnetic semiconductors are very attractive because of their total compatibility with the well-established current semiconductor technology. In the crystalline form, however, these materials exhibit a low solubility limit to magnetic species and, consequently, limited magnetic activity. This is not the case for amorphous (a-)Si and a-Ge, which can contain magnetic elements beyond the solubility limit of their crystalline counterparts, and present improved magnetic properties. Motivated by these facts, this work contains a comprehensive investigation of Si and Ge thin films containing different amounts of Mn and Co, providing useful information concerning the properties of this class of materials. The samples were prepared by co-sputtering, rendering Mn concentrations in the ~ 0.1-24 at.% range, and Co contents in the ~ 1-10 at.% range. After deposition, the films were submitted to isochronal thermal annealing treatments up to 900 oC and investigated by: energy dispersive x-ray spectrometry (EDS); Raman scattering spectroscopy; x-ray diffraction; optical transmission measurements; scanning electron (SEM), atomic force (AFM) and magnetic force (MFM) microscopy techniques; SQUID magnetometry; van der Pauw technique; etc. For comparison purposes, pure samples were also prepared, annealed and characterized in a similar way. The present experimental results indicate that the Mn and Co atoms were effectively and homogenously incorporated into the amorphous hosts. Moreover, the as-deposited films (either pure or doped) are essentially amorphous. On the contrary, thermal annealing at increasing temperatures induces the crystallization of the samples, and changes in their further characteristics, that are dependent of the doping. In this way: their structural, optical, morphological, electrical, and magnetic properties, etc., are notably affected by the insertion of Mn and Co, and by the temperature of thermal annealing. These experimental observations were systematically studied and will be presented and discussed in detail.

Made available in DSpace on 2010-04-20T20:20:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 53465.pdf: 493980 bytes, checksum: b3f8887afbaef809a804ae58f5531cbf (MD5) Previous issue date: 2005-04-05T00:00:00Z / O mercado mundial de semicondutores cresce vigorosamente ao longo de décadas impulsionado pela evolução tecnológica, que permitiu semicondutores de melhor performance a um custo relativamente menor. Entretanto os gastos com fábricas e P&D aumentam junto com a evolução da tecnologia, obrigando as empresas a controlar as métricas financeiras em busca da lucratividade necessária para financiar o desenvolvimento das novas tecnologias. O crescimento do mercado motivou vários países a fornecerem incentivos para atrair investimentos de semicondutores. Este trabalho segmenta o mercado de semicondutores de acordo com as tecnologias de espessura da pastilha de silício e utiliza as principais teorias sobre vantagem competitiva e investimento internacional, para analisar os incentivos que uma empresa de semicondutores teria para estabelecer uma fábrica de difusão de wafers e uma operação de design house no Brasil. A indústria de semicondutores brasileira está em seu estágio inicial, e existem algumas ações do governo juntamente com a iniciativa privada que apresentaram resultados positivos, entretanto é necessário reavaliar a efetividade dos incentivos oferecidos atualmente. Existe a possibilidade do Brasil atrair empreendedores para explorar oportunidades em nichos de mercado e assim iniciar a construção de uma cadeia completa de desenho, fabricação e utilização de semicondutores no Brasil. E o papel do governo será fundamental para dar o impulso inicial.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Currently there are many studies involving Nanocrystals (NC) incorporated into different types of matrices, including, matrices with porous surface. However, little information is known about the incorporation of NC in Diatomite matrix, and there is a lack of studies on the use of this material. In this context, zinc oxide (ZnO) semiconductor nanoparticles were prepared using two sol-gel methods, microwave and autoclave, at 100 ºC and 180 ºC, respectively. The nanocrystals of ZnO obtained by microwaves were incorporated into a matrix of diatomite (DE) in natura and modified. The modifiers used were APTES (3- aminopropyltriethoxysilane) and MPTS (3-Mercaptopropyltrimetoxysilane) for the study. The material DE/ ZnO, in which ZnO was synthesized with mercaptoethanol (ZnO: ME), was applied for the degradation of Methylene Blue (AM) dye, while ZnO, synthesized with diethyleneglycol (ZnO: DEG), was used for degradation of Rhodamine 6G dye (R6G) by photocatalysis. The results of UV-vis and FTIR spectra show that synthesis carried out by heating under adsorption method is more efficient for the incorporation of ZnO in Diatomite matrix. The FTIR spectra showed that the use of modifiers had no significant influence on the structure. According to the UV-Vis spectra, the DE / ZnO material was successful for application to AM photocatalysis and follows a pseudo-first order kinetics. The ZnO:DEG material used for degradation of R6G obtained higher efficiency due to the wide absorption in the UV-Vis of the photocatalyst material. / Atualmente existem diversos estudos envolvendo Nanocristais (NC) incorporados em matrizes de diferentes tipos, incluindo matrizes com uma superfície porosa. Entretanto, pouco se conhece sobre a incorporação de NC em matriz de Diatomita, além de ser limitado a presença de estudos sobre aplicação desse material. Neste contexto, foram preparadas nanopartículas semicondutoras de óxido de Zinco (ZnO) utilizando dois métodos sol-gel, por micro-ondas e autoclave, numa temperatura de 100 ºC e 180 ºC, respectivamente. Os nanocristais de ZnO obtidos por micro-ondas foram incorporados em matriz de Diatomita (DE) in natura e modificada. Foram utilizados os modificadores APTES (3-Aminopropiltrietoxissilano) e MPTS (3- Mercaptopropiltrimetoxissilano) para o estudo. O material de DE/ZnO, no qual o ZnO foi sintetizado com mercaptoetanol (ZnO:ME), foi aplicado para a degradação do corante Azul de Metileno (AM), enquanto o ZnO, sintetizado com dietilenoglicol (ZnO:DEG), não incorporado foi utilizado para degradação do corante Rodamina 6G (R6G) por fotocatálise. Os resultados de UV-Vis e FTIR mostram que a síntese realizada pelo método de adsorção sob aquecimento é mais eficiente para a incorporação de ZnO na matriz de Diatomita. Os espectros de FTIR mostraram que a utilização de modificadores não exerceu influência significativa na estrutura da DE. Segundo os espectros de UV-Vis, o material de DE/ZnO foi bem-sucedido para aplicação em fotocatálise de AM e segue uma cinética de pseudo-primeira ordem. O material de ZnO:DEG utilizado para degradação de R6G obteve maior eficiência devido a ampla absorção no UV-Vis do material fotocatalisador.

This work reports the study of semiconductor nanocrystals, also known as quantum dots, focusing specifically on zinc sulfide (ZnS). Two different capping agents were used (glutathione and N-acetyl-L-cysteine) for the preparation of ZnS nanocrystals via aqueous route. The study aimed specifically at evaluating the efficacy of the capping agents in the stabilization of semiconductor nanocrystal suspensions towards coalescence as well as in controlling nanocrystal size and optical properties. In addition the effect of doping the ZnS nanocrystals with transition metal ions (Cu2+ and Co2+) on the photoluminescence properties has also been studied. Finally the possibility of energy transfer between the semiconductor nanocrystals and the safranine dye was also evaluated. Spherical-shaped glutathione and N-acetyl-L-cysteine-capped ZnS nanocrystal were obtained with diameters below 5 nm free from coalescence, showing that both iv capping agents were efficient as stabilizers. Both capping agents lead to the formation of ZnS nancrystals with blue fluorescence, typical of the involvement of surface defect states of ZnS. However, samples prepared with glutathione exhibited higher fluorescence intensities than those obtained with N-acetyl-L-cysteine. Upon doping glutathione-capped ZnS nanocrystals with both copper and cobalt the fluorescence intensities decreased gradually following the increase in nominal concentration of dopants, suggesting that cobalt ions played a similar role as copper. Considering both the effect on the intensities and the absence of d-d metal transitions this study suggests that doping reduced the concentration of cation vacancies as well as the involvement of at least one cobalt state in the transition processes. Changes in emission wavelength with different dopant concentrations were not observed probably owing to lack of influence on the nanocrystal size. Finally the preliminary study of fluorescence quenching of semiconductor nanocrystals by safranine dye indicated that significantly low concentrations were able to quench the emissions. Different components of the emission band were distinctly affected. Data analysis by Stern-Volmer plots suggested the occurrence of more than one transfer processes (energy and/or electron transfer). This study will be refined in future works. / No presente trabalho foram estudados nanocristais semicondutores, tambem conhecidos como pontos quanticos ou quantum dots, selecionando-se especificamente o sulfeto de zinco (ZnS). Foram utilizados ois diferentes agentes estabilizantes (glutationa e N-acetil-L-cisteina) na obtencao de nanocristais de ZnS por via aquosa. Buscou-se avaliar, especificamente, a eficiencia dos agentes tiois na estabilizacao das suspensoes de nanocristais frente a agregacao, no controle e distribuicao de tamanhos das particulas, bem como nas propriedades opticas. Estudou-se, alem disto, o efeito da dopagem com ions de metais de transicao (Cu2+ e Co2+) nas propriedades de fluorescencia. Por fim, foi avaliada a possibilidade de transferencia de energia entre os nanocristais semicondutores dopados e o corante safranina. Os nanocristais semicondutores de ZnS estabilizados por glutationa e por N-acetil-L-cisteina foram obtidos com tamanhos abaixo de 5 nm, formas aproximadamente esfericas e livres de agregacao, evidenciando que ambos agentes ii estabilizantes foram eficientes. Ambos agentes estabilizantes levaram a formacao de nanocristais com emissoes na regiao do azul, caracteristicas do envolvimento de estados de defeito de superficie do ZnS. No entanto, as amostras preparadas com glutationa apresentaram maiores intensidades de fluorescencia, quando comparadas com aquelas preparadas com N-acetil-L-cisteina. A dopagem dos nanocristais semicondutores ZnS/Glu com ions cobre e cobalto teve um efeito de diminuir as intensidades de fluorescencia dependente da concentracao nominal dos dopantes em ambos os casos, sugerindo que o cobalto atua de modo analogo ao cobre. Considerando-se tanto o efeito sobre as intensidades de emissao do ZnS quanto a ausencia de transicoes d-d do metal, o estudo sugeriu que a dopagem reduz a concentracao de vacancias de cations, bem como o envolvimento de pelo menos um dos estados eletronicos do cobalto nos processos de transicao. Nao se observou variacoes nos comprimentos de onda para diferentes concentracoes dos dopantes, provavelmente pela ausencia de interferencia no tamanho dos nanocristais semicondutores formados. Por fim, o estudo preliminar da supressao de fluorescencia dos nanocristais semicondutores pelo efeito de diferentes concentracoes do corante safranina mostrou que concentracoes significativamente baixas do corante foram suficientes para diminuir a intensidade de fluorescencia. Diferentes componentes das bandas de emissao dos nanocristais semicondutores foram influenciados de modo distinto. A analise dos dados pelos graficos de Stern-Volmer sugeriu a ocorrencia de mais de um processo de transferencia (energia e/ou eletrons). Este estudo sera aprofundado nos trabalhos futuros.

Orientador: Carlos Alberto dos Reis Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T00:43:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coimbra_RicardoPureza_M.pdf: 4991793 bytes, checksum: 2b5fb9293ae9abe4c248964485ff74e3 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Fontes de referência de tensão e sensores de temperatura são blocos extensivamente utilizados em sistemas microeletrônicos. Como alternativa à aplicação de estruturas consolidadas, mas protegidas por acordos de propriedade intelectual, é permanente a demanda pelo desenvolvimento de novas técnicas e estruturas originais destes circuitos. Também se destaca o crescente interesse por soluções de baixa tensão, baixo consumo e compatíveis com processos convencionais de fabricação. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um circuito que atende a estas exigências, fornecendo uma tensão de referência e um sinal de sensoriamento térmico, obtidos a partir de um arranjo adequado de transistores MOS, que operam em regime de forte inversão. O princípio de operação do circuito desenvolvido foi inspirado no conceito de que é possível empilhar n transistores MOS, polarizados com corrente adequada, de tal forma que a queda de tensão sobre a pilha de transistores, com amplitude nVGS, apresente a mesma taxa de variação térmica que a tensão VGS produzida por um único transistor. Nesta condição, a diferença entre as duas tensões é constante em temperatura, constituindo-se em uma referência de tensão. No entanto, o empilhamento de dois ou mais transistores impossibilita a operação do circuito sob baixa tensão. Isto motivou a adaptação da técnica, obtendo a tensão nVGS com o auxílio de um arranjo de resistores, sem o empilhamento de transistores. Desta forma, o potencial limitante da tensão mínima de alimentação tornou-se a própria tensão de referência, cuja amplitude é próxima de um único VGS. A estrutura desenvolvida fornece também um sinal de tensão com dependência aproximadamente linear com a temperatura absoluta, que pode ser aplicado para sensoriamento térmico. Foram fabricados protótipos correspondentes a diversas versões de dimensionamento do circuito para comprovação experimental de seu princípio de operação. O melhor desempenho verificado corresponde à geração de uma tensão de referência com coeficiente térmico de 8,7ppm/ºC, no intervalo de -40ºC a 120ºC, operando com tensão de 1V. Embora o estado da arte seja representado por índices tão baixos quanto 1ppm/ºC, para a mesma faixa de temperatura, a característica compacta do circuito e seu potencial de aplicação sob as condições de baixa tensão e baixo consumo lhe conferem valor como contribuição para este campo de pesquisa e desenvolvimento. / Abstract: Voltage references and temperature sensors are blocks extensively used in microelectronic systems. As an alternative to the use of consolidated structures that are protected by intellectual property agreements, there is a permanent demand for the development of new techniques and structures for these circuits. It can be also highlighted the growing interest for low-voltage and low-power solutions, implemented in conventional IC technologies. This work describes the development of a circuit that meets these requirements by providing a voltage reference and temperature sensing signal obtained from a suitable arrangement of MOS transistors biased in strong inversion. The operation principle of the circuit developed is based on the concept that it is possible for a stack of n MOS transistors, biased by an appropriate current, to show a voltage drop, equal to nVGS, with the same thermal variation rate as a VGS voltage produced by a single transistor. Hence, the difference between the two voltage signals is temperature independent, characterizing a voltage reference. However, the stacking of two or more transistors prevents the operation of the circuit under low voltage. This fact motivated to adapt the technique by obtaining the voltage nVGS with the aid of an array of resistors and no stacked transistors. The minimum supply voltage becomes limited only by the reference voltage itself, whose amplitude is close to a single VGS. The circuit developed also provides a voltage signal almost linearly dependent with the absolute temperature, which can be applied for thermal sensing. Prototypes corresponding to various dimensional versions of the circuit were produced to experimentally verify the principle of operation. The best performance corresponds to the generation of a voltage reference signal with 8.7ppm/ºC thermal coefficient, from -40ºC to 120ºC, under a 1V supply voltage. Although the state of the art is represented by values as low as 1ppm/ºC, at the same temperature range, the circuit's compact aspect together with the possibility to attend low-voltage and low-power requirements grants it value as contribution to this field of research and development / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Peter Jurgen Tatsch / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T23:27:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Manera_LeandroTiago_D.pdf: 3739799 bytes, checksum: 12a6fc4ebbea20e529e4e7e2c7c5a761 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho teve como objetivo a montagem de um sistema de caracterização de ruído de alta e de baixa freqüência, utilizando equipamentos disponíveis no Centro de Componentes Semicondutores da Unicamp. Foi montado um sistema para a caracterização do ruído de baixa freqüência em dispositivos semicondutores e desenvolveu-se um método para a análise da qualidade de interfaces e cálculo de cargas, utilizando o ruído 1/f. Na descrição do ruído em baixa freqüência é apresentado em detalhes todo o arranjo utilizado para a medição, além dos resultados da medida em transistores nMOS e CMOS do tipo p e do tipo n fabricados no Centro. Detalhes importantes sobre o cuidado com a medição, tais como a utilização de baterias para a alimentação dos dispositivos e o correto aterramento, também são esclarecidos. A faixa de freqüência utilizada vai de 1 Hz até 100 KHz. Como aplicação, a medida de ruído é utilizada como ferramenta de diagnóstico de dispositivos semicondutores. Resultados destas medidas também são apresentados. Foi desenvolvido também um sistema para a medição do ruído em alta freqüência. A caracterização teve como objetivo determinar o parâmetro conhecido como Figura de Ruído. Apresenta-se além da descrição do arranjo utilizado na medição, os equipamentos e a metodologia empregada. Em conjunto com as medidas de ruído também são apresentados os resultados das medidas de parâmetros de espalhamento. Para a validação do método de obtenção desse conjunto de medidas, um modelo de pequenos sinais de um transistor HBT, incluindo as fontes de ruído é proposto, e é apresentado o resultado entre a medição e a simulação. A faixa disponível para medida vai de 45 MHz até 30 GHz para os parâmetros de espalhamento e de 10 MHz até 1.6 GHz para medida de figura de ruído / Abstract: The main goal of this work is the development of a noise characterization system for high and low frequency measurements using equipments available at the Center for Semiconductor Components at Unicamp. A low noise characterization system for semiconductors was built and by means of 1/f noise measurement it was possible to investigate semiconductor interface condition and oxide traps density. Detailed information about the test set-up is presented along with noise measurement data for nMOS, p and n type CMOS transistors. There is also valuable information to careful conduct noise measurements, as using battery powered devices and accurate grounding procedures. The low noise set-up frequency range is from 1 Hz up to 100 KHz. Noise as a diagnostic tool for quality and reliability of semiconductor devices is also presented. Measurement data is also shown. A measurement set-up for high frequency noise characterization was developed. Measurements were carried out in order to determine the noise figure parameter (NF) of the HBT devices. Comprehensive information about the test set-up and equipments are provided. Noise data measurements and s-parameters are also presented. In order to validate the measurement procedure, a small signal model for HBT transistor including noise sources is presented. Comparisons between simulation and measured data are performed. The s-parameters frequency range is from 45 MHz to 30 GHz, and noise set-up frequency range is from 10 MHz up to 1.6 GHz / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Recentemente, a dopagem de semicondutores (envolvendo compostos II-VI, IV-VI, III-V, e do grupo-IV) com espécies magnéticas tem sido extensivamente investigada em função do seu potencial em spintrônica. Neste contexto, semicondutores magnéticos baseados no Si e no Ge são atraentes devido à sua compatibilidade com a indústria de semicondutores existente. Entretanto, a solubilidade das espécies magnéticas nestes materiais em forma cristalina é muito baixa e, consequentemente, sua atividade magnética é limitada. Este não é o caso para o silício amorfo (a-Si) e o germânio amorfo (a-Ge), que podem conter elementos magnéticos além do limite de solubilidade de seus análogos cristalinos, e apresentar propriedades magnéticas notáveis. Motivado por estes fatos, este trabalho apresenta uma investigação abrangente de filmes finos de Si e Ge contendo diferentes quantidades de Mn e Co, trazendo informações úteis no entendimento das propriedades desta classe de materiais. As amostras foram preparadas por co-sputtering, e possuíram concentrações de Mn na faixa de ~ 0.1-24 at.%, e de Co na faixa de ~ 1-10 at.%. Após a deposição, os filmes foram submetidos a tratamentos térmicos cumulativos até 900 oC, e foram investigados por: espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDS); espalhamento Raman; difração de raios-x; transmissão óptica; microscopias eletrônica de varredura (SEM), de força atômica (AFM) e de força magnética (MFM); magnetometria SQUID; método de van der Pauw; etc. Para fins comparativos, amostras puras também foram preparadas, tratadas e caracterizadas de forma similar. Os presentes resultados indicam que os átomos de Mn e Co foram incorporados de forma efetiva e homogênea nas matrizes amorfas. Além disso, os filmes sem tratamento (puros ou contendo impurezas) são essencialmente amorfos. Ao contrário, tratamentos em altas temperaturas induzem a cristalização das amostras, e alterações em suas demais características, dependentes da introdução de dopantes. Desta forma: suas propriedades estruturais, ópticas, morfológicas, elétricas, e magnéticas, são notadamente afetadas pela inserção de Mn e Co, e pela temperatura de tratamento térmico. Estas observações foram sistematicamente investigadas e serão apresentadas e discutidas em detalhe. / Along the last few years, the doping of semiconductors (either II-VI, IV-VI, III-V, and group-IV compounds) with magnetic species have been extensively studied due to their potential applications in spintronics. Among them, Si- and Ge-based magnetic semiconductors are very attractive because of their total compatibility with the well-established current semiconductor technology. In the crystalline form, however, these materials exhibit a low solubility limit to magnetic species and, consequently, limited magnetic activity. This is not the case for amorphous (a-)Si and a-Ge, which can contain magnetic elements beyond the solubility limit of their crystalline counterparts, and present improved magnetic properties. Motivated by these facts, this work contains a comprehensive investigation of Si and Ge thin films containing different amounts of Mn and Co, providing useful information concerning the properties of this class of materials. The samples were prepared by co-sputtering, rendering Mn concentrations in the ~ 0.1-24 at.% range, and Co contents in the ~ 1-10 at.% range. After deposition, the films were submitted to isochronal thermal annealing treatments up to 900 oC and investigated by: energy dispersive x-ray spectrometry (EDS); Raman scattering spectroscopy; x-ray diffraction; optical transmission measurements; scanning electron (SEM), atomic force (AFM) and magnetic force (MFM) microscopy techniques; SQUID magnetometry; van der Pauw technique; etc. For comparison purposes, pure samples were also prepared, annealed and characterized in a similar way. The present experimental results indicate that the Mn and Co atoms were effectively and homogenously incorporated into the amorphous hosts. Moreover, the as-deposited films (either pure or doped) are essentially amorphous. On the contrary, thermal annealing at increasing temperatures induces the crystallization of the samples, and changes in their further characteristics, that are dependent of the doping. In this way: their structural, optical, morphological, electrical, and magnetic properties, etc., are notably affected by the insertion of Mn and Co, and by the temperature of thermal annealing. These experimental observations were systematically studied and will be presented and discussed in detail.

Orientador: José Antonio Siqueira Dias / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T13:53:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tercariol_WalterLuis_D.pdf: 1322557 bytes, checksum: 4f45518a1a62907cd9a61afa627408c3 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho visa compilar três contribuições na melhoria dos projetos de reguladores de tensão com unidades de bombeamento de carga embutidos (células elevadoras de tensão Dickson - BC). A primeira aborda uma técnica inovadora de arranque na partida deste módulo elevador quando habilitado. Este projeto se refere à aceleração da inicialização do modulo BC, tendo como objetivo a diminuição do intervalo de tempo da rampa ascendente da tensão de saída Vo até atingir o nível alvo de regulação. A técnica consiste em gerenciar o aumento da freqüência do relógio de bombeamento entregue as unidades de bombeamento durante a fase de subida, quando a regulação estiver estabelecida o sistema se regenera voltando ao estado original de freqüência de bombeamento natural. Uma segunda proposta inovadora de projeto é referente à homogeneização e redução da aleatoriedade da ondulação da tensão de saída Vo, referente ao regulador com o modulo BC embutido, baseado em comparadores com trava, com proposta de redução do erro de comparação devido ao efeito aleatório durante o estagio de comparação comumente encontrado neste tipo de abordagem, a técnica consiste em suprimir o acoplamento capacitivo nocivo durante a fase de isolamento elétrico no processo de comparação mantendo o espelho de corrente do comparador na região de saturação. Esta técnica visa proporcionar uma redução significativa da capacitância de desacoplamento utilizada para filtragem da tensão Vo. Uma terceira e última contribuição é referente a uma inovadora técnica de medição indireta da tensão de saída Vo do regulador com módulo BC baseada em uma medida simples e precisa dos pares tensão da porta e fonte (VPS) e corrente elétrica do dreno (Idreno) de um dispositivo NMOS de alta tensão adicionado de modo que duas tensões conhecidas (preestabelecidas) são aplicadas na porta do dispositivo e as respectivas correntes de dreno são mensuradas e uma terceira desconhecida (oriunda do regulador elevador BC) desconhecida pode ser extrapolada de forma simples. Esta técnica visa ser útil para medição de reguladores de baixa potencia pois o carregamento do regulador (Vo) é quase nulo.Todas as inovações e melhorias propostas foram analisadas em veículos de teste (silício) e com as provas de conceito, feitas em simulações elétricas / Abstract: This work aims to compile contributions in improving designs based on voltage regulators with voltage elevator with built-in charge pump CP. The first deals with an innovative technique rump-up this module when enabled. This project refers to the acceleration of startup the CP module, aiming at the reduction of the period of stabilization of the ramp output voltage Vo to the level of regulation target. The technique is to manage increasing the frequency of pumping clock during the phase of rump up and when the setting established the system regenerates back to the original state pumping frequency. A second innovative project proposal was made on the homogenization and reduction of the ripple of the output voltage Vo, referring to the regulator with the |CP module, based on latch comparators , alignment error reduction proposal because of the random effect during the stage comparison commonly found in this type of approach, the technique is to remove the harmful capacitive coupling during electrical isolation phase on the comparison keeping the comparator current mirror in saturation region. This technique aims to provide a significant reduction in the decoupling capacitance used for filtering the voltage Vo. A third and final contribution is related to an innovative technique of indirect measurement of the output voltage Vo of the regulator module CP, based on a simple and accurate measure of the gate voltage and couples the drain electric current of a high voltage NMOS device / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica