Orientadores: Peter Jurgen Tatsch, Stanislav A. Moshkalyov / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T01:24:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nobre_FranciscoDiegoMartins_M.pdf: 7000328 bytes, checksum: ea69e5992c8dcac9e0a9aeab6ccf2ca5 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de processos de corrosão de filmes de silício policristalino por plasmas contendo flúor e cloro, para aplicações em dispositivos MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) e MOS (Metal Óxido Semicondutor). A corrosão foi feita em um reator RIE (Reactive Ion Etching) marca Applied Materials, modelo PE8300A. Para aplicação em MEMS foram feitas corrosões de silício policristalino, com perfis anisotrópicos e seletividade maior que 20 para óxido de silício. As misturas gasosas utilizadas na corrosão foram: Ar/SF6 e Ar/SF6/Cl2. Para avaliar melhor a evolução do perfil de corrosão, foram utilizadas amostras com filmes espessos de silício policristalino (>2 µm). Para aplicação em eletrodo de transistores MOS foi feito o afinamento de linhas de 2,5 µm para 500 nm de largura, com perfil vertical (A~0,95). Foi feita uma análise da rugosidade da superfície antes e depois dos processos de corrosão com plasma de Ar/SF6 e Ar/SF6/Cl2. Como máscara utilizaram-se linhas sub-micrométricas de platina, 300 nm de largura, depositas em equipamento FIB, sistema de feixe de íons focalizados. Foram ainda realizados processos de corrosão de dióxido de silício com plasma de misturas de Ar/SF6, objetivando altas taxas de corrosão, e de remoção de máscaras de fotorresiste com plasma de oxigênio. Os processos foram caracterizados com vários equipamentos. Um Perfilômetro foi utilizado para medir as profundidades das corrosões, para a determinação das taxas de corrosão. Um elipsômetro e um interferômetro foram utilizados nas medidas das espessuras e dos índices de refração dos filmes utilizados. Imagens SEM (Scanning Electron Microscopy) dos filmes corroídos foram feitas para analisar o perfil e determinar o mecanismo de corrosão para cada mistura, e imagens Focused Ion Beam (FIB) para analisar as estruturas sub-micrométricas. / Abstract: This work presents the results and the discussion about mechanisms of plasma etching of polysilicon and silicon films for applications in MEMS and MOS devices. The etching was performed in a conventional reactor of plasma etching, Applied Materials PE8300A model, in a RIE mode (Reactive Ion Etching). For application in MEMS, polysilicon etching with anisotropic profile and high selectivity (>20) for silicon oxide was obtained. The mixtures used in etching were SF6/Ar/Cl2 and SF6/Ar/Cl2. The evolution of the etching profile is better evaluated using polysilicon thick films (>2 µm). For application in MOS transistors electrode, 2,5 µm to 500 nm thinning was obtained with anisotropic profile (At~0,95). For surface routh analisys, before and after the etching processes in Ar/SF6 and Ar/SF6/Cl2 plasmas, sub-micrometric polysilicon lines, with platinum mask deposited by FIB, were etched. Next, silicon dioxide etching processes were executed using Ar/SF6 mixtures in order to obtain high etching rates. Finally, photoresist masks were removed without compromising the adjacent material by the use of oxygen. The films were characterized with the use of a variety of equipment. The Profiler was used to measure the etching depth, and therefore the etching rate was evaluated. / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Newton Cesário Frateschi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-15T03:39:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilvaFilho_Adenirda_D.pdf: 7071967 bytes, checksum: 323c5d4f6939473d571146b5d6531fda (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho apresenta o uso de cavidades ressonantes baseadas em geometrias de bilhares caóticos construídas em meios semicondutores opticamente ativos, visando seu aproveitamento ao sensoriamento. Apesar do comportamento clássico caótico do estádio, a descrição quântica, no limite semiclássico, mostra inesperados acúmulos de densidade de probabilidade sobre muitas trajetórias periódicas fechadas, chamadas cicatrizes. A literatura mostra que o espaço físico das trajetórias relacionadas a cada cicatriz pode ser obtido pela soma da densidade de probabilidade de auto-estados na vizinhança de cada cicatriz. Classicamente, as trajetórias ligadas a cada auto-estado possuem órbitas muito próximas devido a sua instabilidade, e quando misturadas, definem uma órbita de largura não nula. No domínio óptico, isomórfico ao problema quântico descrito acima, as trajetórias vêm de um tratamento de traçado de raios e os auto-estados são os modos eletromagnéticos estacionários. Particularmente, no caso da cavidade dielétrica, o sistema é aberto, uma vez que a luz pode ser transmitida para fora do ressonador. Desta forma, há grande mistura dos modos e uma seleção maior daqueles que podem sobreviver por terem trajetórias com ângulos internos de incidência maiores que o ângulo crítico para reflexão total interna. Em uma trajetória fechada e curta, modos estacionários são definidos e essas trajetórias têm maior probabilidade de serem observadas, em relação a outras possíveis. Quando o ressonador é constituído por um meio ativo opticamente, este confinamento realiza a realimentação óptica do sistema, cujo ganho óptico permite o estabelecimento estável e coerente de tais trajetórias. Estes resultados inspiraram a realização deste trabalho, cuja grande motivação foi investigar o processo de seleção modal e aplicá-lo em dispositivos práticos para sensoriamento em pequenos volumes. Experimentalmente foi desenvolvida uma técnica híbrida de fabricação utilizando um sistema de íons focalizados (FIB) juntamente com técnicas de microfabricação convencionais para a produção de cavidades estádio com meio ativo de poços quânticos de InGaAsP. Finalmente, foram obtidos resultados da emissão espectral com grande concordância com a previsão teórica baseada numa abordagem matemática simples de soma incoerente de cicatrizes. A seleção modal foi demonstrada com a alteração da excentricidade e com a inserção de furos sobre as trajetórias. A aplicação ao sensoriamento foi explorada tanto pela observação do espectro de emissão quanto pela detecção de fotocorrente por estádios emissor e detector integrados. Variações de até 80% de fotocorrente e alterações significativas do espectro foram observadas para detecção de isopropanol e água. Estes resultados mostram possibilidades de sensoriamento prático utilizando os estádios / Abstract: This work presents the development of resonant cavities based on chaotic billiard geometries built with semiconductor active optical medium for sensing applications. In spite of the classically chaotic behavior of the stadium, the quantum description of the problem in the semi-classical limit shows unexpected accumulations of the density of probability on closed periodic paths called scars. The literature shows that the physical space of the paths related to a given scar can be obtained by adding several eigen-states neighboring each scar. Classically, the paths connected to each eigen-state have very close orbits due to their instability which, when mixed, define a non-zero width orbit. In the optical domain, isomorphic to the quantum problem described above, the paths are a result of the ray treatment and the eigen-modes are the stationary electromagnetic modes. Particularly, in the case of a dielectric cavity, the system is open for light can escape the resonator. Therefore, there is a great mixture of modes and a strong selection of modes with paths with incidence angle below the critical angle. In a closed and short path, stationary modes are defined and those paths have larger probability of observation. When the resonator has an optically active medium, the confinement provides optical feedback to the system which with optical gain allows the establishment of coherent and stable scars. These results inspired this work where the process of modal selection was investigated and applied for sensing in small volumes. Experimentally, a hybrid fabrication approach based on Focused Ion Beam (FIB) and conventional micro-fabrication techniques was used to produce stadium optical cavities with InGaAsP quantum well active region. Finally, we obtained the spectral emission of the devices with good agreement with our simulation based on a simple mathematical approach employing the incoherent summation of the scars. The modal selection with the modification of the eccentricity of the cavity and with the insertion of holes along the scars was demonstrated. The application to sensing was explored by the observation of the emission spectrum as well as by measured photo-current on detection between stadia emitter and detector integrated. Photo-current variations of up to 80% and significant changes of the emission spectrum were observed for isopropanol and water detection. These results show possibilities of practical sensing by stadiums / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-16T13:09:25Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luan da Silva Feitoza - 2015.pdf: 1459165 bytes, checksum: 409bfe95fcdee1a99f5ff4761e12acfb (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-16T13:12:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luan da Silva Feitoza - 2015.pdf: 1459165 bytes, checksum: 409bfe95fcdee1a99f5ff4761e12acfb (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-16T13:12:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luan da Silva Feitoza - 2015.pdf: 1459165 bytes, checksum: 409bfe95fcdee1a99f5ff4761e12acfb (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-03-25 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / This work presents the vibrational contributions for the static and dynamic second hyperpolarizabilities of the clusters Al2P2, Al3P3, Al4P4, Al6P6 and Al9P9. The optimized geometries and the calculations of harmonic vibrational frequencies, dipole moments ( ), polarizabilities ( ) and first hyperpolarizabilities ( ) were performed at the MP2 level along with the basis set aug-cc-pVDZ using the GAUSSIAN 09 program. The calculations of vibrational corrections were performed using the perturbation theoretical method of Bishop and Kirtman (PT) and a variational methodology (VAR) developed in our research group. The outcomes show that the vibrational corrections have the same magnitude order of electronic contributions, therefore cannot be neglected. The results also showed that PT method is sufficient to obtain the most relevant terms, [ 2] and [ ], but there are limitations to compute the term [ 2 ], which is related to the system anharmonicities. The vibrational corrections by atom have a similar convergence trend to that exhibited by the related electronic contribution by atom as the number of atoms increases. The nonlinear optical processes IDRI, dc-SHG and dc-K were studied for the dynamic vibrational corrections. Dynamic results reflect static vibrational results. In particular, the frequencies of the modes that contribute most in the static limit are associated with the peaks of the second dynamic hyperpolarizability. / Apresentamos neste trabalho as contribuições vibracionais para as segundas hiperpolarizabilidades estáticas e dinâmicas dos clusters Al2P2, Al3P3, Al4P4, Al6P6 e Al9P9. As geometrias otimizadas e os cálculos das frequências vibracionais harmônicas, momentos de dipolo ( ), polarizabilidades ( ) e primeiras hiperpolarizabilidades ( ) foram realizados no nível MP2 com o conjunto de funções base aug-cc-pVDZ, através do programa GAUSSIAN 09. Os cálculos das correções vibracionais foram feitos por meio de um método perturbativo desenvolvido por Bishop e Kirtman (PT) e por uma metodologia variacional (VAR) desenvolvida no nosso grupo de pesquisa. Os resultados obtidos mostram que as correções vibracionais possuem a mesma ordem de grandeza das contribuições eletrônicas, portanto não podem ser desprezadas. Os resultados também mostraram que o método PT é adequado para obtermos os termos mais relevantes, [ 2] e [ ], mas possui limitações para computar o termo [ 2 ], que está relacionado com as anarmonicidades dos sistemas. As correções vibracionais por átomo apresentam uma tendência de convergência semelhante à exibida pela respectiva contribuição eletrônica por átomo à medida que o número de átomos aumenta. Para as correções vibracionais dinâmicas foram estudados os processos óticos não lineares IDRI, dc-SHG e dc-K. Os resultados dinâmicos refletem os resultados vibracionais estáticos. Em especial, as frequências dos modos que mais contribuem no limite estático estão associadas aos picos da segunda hiperpolarizabilidade dinâmica.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / O presente trabalho consiste no estudo de revestimentos funcionais com aplicaÃÃo industrial nos setores metal-mecÃnico e energia. Para isto, foram estudados revestimentos de ZnAl, como camada protetora contra a corrosÃo, e realizado o desenvolvimento e a caracterizaÃÃo do revestimento (filme) semicondutor ZnTe para o aproveitamento da energia solar. Adicionalmente, foi desenvolvido um revestimento (filme fino) transparente condutor SnO2:F, depositado sobre vidro comum, para ser usado como substrato na eletrodeposiÃÃo do filme ZnTe. O estudo de corrosÃo do revestimento Zn-55Al (galvalume), depositado sobre substrato de aÃo carbono, foi feito como parte da caracterizaÃÃo de materiais tecnolÃgicos que estÃo sendo produzidos no Brasil. O filme semicondutor policristalino de ZnTe foi produzido por tÃcnica eletroquÃmica, bem como a sua caracterizaÃÃo bÃsica por voltametria cÃclica e cronoamperometria. O substrato transparente condutor foi produzido por spray pyrolysis a partir de parÃmetros operacionais definidos no prÃprio laboratÃrio. A produÃÃo do substrato transparente condutor foi feita por ser uma tÃcnica ainda inexistente em processos industriais e comerciais no Brasil, tendo que ser importado. Foram usadas tÃcnicas eletroquÃmicas para o estudo de corrosÃo do revestimento industrial Zn55Al, obtenÃÃo e caracterizaÃÃo do ZnTe e estabilidade quÃmica do SnO2:F. A caracterizaÃÃo morfolÃgica foi feita por Microscopia EletrÃnica de Varredura (MEV). Associada ao MEV pode-se citar a tÃcnica de Energia Dispersiva de raios-X (EDX) como uma tÃcnica semi-quantitativa e semi-qualitativa na complementaÃÃo do estudo morfolÃgico. A tÃcnica de difraÃÃo de raios-X (DRX) foi utilizada como tÃcnica qualitativa e estrutural que esclareÃam as informaÃÃes obtidas por MEV e EDX. A xii caracterizaÃÃo Ãtica dos filmes SnO2:F e ZnTe foi feita por transmitÃncia na faixa do visÃvel, que à a faixa de operaÃÃo para sistemas fotovoltaicos. Foi observado que o revestimento Zn55Al, mesmo com um potencial de corrosÃo menor que o zinco puro, apresentou maior resistÃncia à corrosÃo devido à formaÃÃo de camada passivante e que o processo de corrosÃo inicia-se nas regiÃes interdendrÃticas, ricas em zinco com formaÃÃo microrrachaduras. Este comportamento foi comparativo entre os testes acelerados em meio aquoso, em atmosfera marinha e avaliaÃÃo por perda de massa. Na obtenÃÃo dos filmes ZnTe, foi observado que no pH = 4,5 ocorre a formaÃÃo do filme de estequiometria 1:1 a um potencial â0,60V (versus Ag/AgCl), e temperatura de 60oC, ao abrigo da luz visÃvel (escuro). Adicionalmente, por medidas de transmitÃncia, foi determinado o gap de energia (Eg) de 2,44 eV, com lmÃx = 702,3nm, condiÃÃo satisfatÃria para o uso em janelas de conversÃo fotovoltaica. Os filmes de SnO2:F apresentaram transmitÃncia mÃxima de 92,27% em l = 682nm e resistÃncia mÃdia de superfÃcie de 30Â10 W/ . Por outro lado, foi observado por volttametria cÃclica, uma boa estabilidade eletroquÃmica em meio Ãcido (pH = 1) por voltametria cÃclica. / The present work consists of the functional coatings study with industrial application in the sectors metal-mechanic and energy. For this, coatings of ZnAl had been studied, as protective layer against the corrosion and carried through the development and the characterization of the coatings (film) ZnTe semiconductor for use to advantage of the solar energy. Additionally, an coatings was developed (fine film) transparent SnO2:F conductor, deposited on common glass, to be used as substratum in the electroplating of the ZnTe film. The study of corrosion of the Zn5Al coatings (galvalume), deposited on steel, it was made as part of the characterization of technological materials that are being produced in Brazil. The film polycrystalline semiconductor of ZnTe was produced by electrochemical technique as well as its basic characterization by cyclic voltammetry and chronoamperometry. The conducting transparent substratum was produced by spray pyrolysis from defined operational parameters in our laboratory. The production of the conducting transparent substratum was made by being one still inexistent technique in industrial and commercial processes in Brazil, having that to be mattered. They had been used electrochemical techniques for the study of corrosion of the industrial coatings Zn5Al, attainment and characterization of the ZnTe and chemical stability of the SnO2:F. The morphologic characterization was made by scanning electron microscopy (MEV), and the compositional measurements by EDX to complementation of the morphologic study. The technique of DRX, was used as qualitative and structural studies to complement the information gotten for MEV and EDX. The characterization optics of the films SnO2:F and ZnTe was made by transmittance in the band of the visible, that it is the band of operation for photovoltaic systems. It was observed that the Zn5Al coatings, with a less potential of corrosion then pure zinc, presented greater resistance to the corrosion due formation of passiveness xiv layer and the corrosion process initiated in the interdendritics regions, rich in zinc with cracks formation. This behaviour was comparative as well as immersion tests and sea atmospheric tests and evaluation for loss of mass. An stoichiometric ZnTe films, it was observed that in pH = 4.5 the formation of the film of stoichiometry 1:1 at -0,60V (vs. Ag/AgCl), and temperature of 60ÂC, on the absence of the visible light. Additionally, by measures of transmittance was determined the energy gap of 2.4 eV, with lmÃx = 702.3nm, satisfactory condition for the use in windows of photovoltaic conversion. The films of SnO2:F had presented maximum transmittance of 92.27% in l =682 nm and average resistance of surface of 30Â10 W/ . On the other hand, it was observed an electrochemical stability in acid medium (pH = 1) by cyclic voltammetry.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Com a finalidade do desenvolvimento de novos nanodispositivos, hà um grande interesse em conhecer as propriedades eletrÃnicas de materias nanoestruturados. Sobretudo, como modificar as propriedades eletrÃnicas de nanoestruturas jà bem conhecidas de forma controlada. Com este objetivo, muitas metodologias e experimentos tem sido desenvolvidos. Neste trabalho, estudamos de forma inteiramente atomÃstica atravÃs de simulaÃÃo computacional as propriedades eletrÃnicas, Ãpticas e vibracionais de (a) pontos quÃnticos esferÃricos maciÃos e ocos de silÃcio, (b) nanoflocos de grafeno e (c) cristais de Ãcido Ãrico anidro, mono e dihidratado utilizando mÃtodos de DinÃmia Molecular, SemiempÃrico, DFTB+ e DFT, para tanto utilizamos o programa AMPAC e os mÃdulos do Materials Studio (Accelrys), o Forcite, CASTEP, Gulp e o Dmol3 que sÃo estados de arte em simulaÃÃes atomÃsticas. Do ponto de vista clÃssico utilizamos campos de forÃa Brenner, que permite a formaÃÃo e rompimento de ligaÃÃes covalentes; do ponto de vista quÃntico, utilizamos o mÃtodo do funcional da densidade e DFTB+ . No estudo dos pontos quÃnticos silÃcio obteve-se uma diminuiÃÃo do gap de energia em funÃÃo do aumento do raio para os pontos maciÃos, e comportamento contrÃrio para os pontos ocos, quando fixamos um ponto e variamos tÃo somente o raio do buraco. Para os nanoflocos de grafeno obteve-se por meio de DinÃmica Molecular a estabilidade das estruturas, averiguando que atà 1000K elas conservam sua forma plana; acima de 3400K as estruturas comeÃam a ter suas ligaÃÃes rompidas. Os gaps de energia HOMO-LUMO sÃo sensÃveis Ãs bordas. A anÃlise dos estados de spins revelou que somente os nanoflocos triangulares com borda zigzag possuem excesso de elÃtrons com spin alfa, dependente no entanto da simetria. Os modos de vibraÃÃo para estruturas com nC ~ 50 foram obtidas e observou-se que nanofloco retangular exibe bandas de abosorÃÃo em comum com nanoflocos zigzag em dois intervalos do espectro infravermelho. Finalmente para os cristais de Ãcido Ãrico, observou-se que os parÃmetros de rede para o cristal dihidratado sÃo menos coerentes com valores experiemntais. O gap do cristal de Ãcido Ãrico anidro e mono à direto (~ 3.18 eV e 3.16 eV, respectivamente) e do dihidratado à indireto (~ 2.89 eV). Os orbitais 2p sÃo os maiores contribuintes à densidade de estados. A Ãgua tem bastante influÃncia na banda de conduÃÃo do cristal dihidratado. Hà um comportamento anisotrÃpico quando do estudo das propriedades Ãpticas destes cristais ao longo de quatro direÃÃes de incidÃncia do campo elÃtrico, sendo a anisotropia mais acentuada para o dihidratado. As pesquisas realizadas enquadram-se na temÃtica de atuaÃÃo do Instituto de NanoBioEstruturas & SimulaÃÃoao NanoBioMolecular [NANO(BIO)SIMES], um dos Institutos Nacionais de CiÃncia e Tecnologia financiados pelo CNPq a partir do inÃcio de 2009, que visa desenvolver atividades de pesquisa e formaÃÃo de recursos humanos de alto nÃvel em nanobioestruturas e simulaÃÃo nanobiomolecular / There is a great interest in understanding the electronic properties of nano-structured materials aiming the development of new nano devices, especially how to modify the electronic properties of nano structures already known in a controlled manner. This work shows our studies, which were made in a pure atomistic way by computational simulation, on the electronic, optical and vibrational properties of (a) spherical quantum dots, silicon solid and hollow ones, (b) graphene nanoflakes and (c) crystals of uric acid, anhydrous, mono and dihydrate ones, using methods of Molecular Dynamics, Semiempirical, DFTB+ and DFT. We used the software called AMPAC and the modules of Materials Studio (Accelrys), the Forcite, CASTEP, Gulp and Dmol3 that are states of art in atomistic simulations. From the classical point of view we used Brenner force fields, which allow the formation and breaking of covalent bonds; and from the quantum dots of view, we used the method of density functional and DFTB+. In the study of silicon quantum dots, it was obtained a decrease of the energy gap due to the increase of the radius for massive dots, and contrary behavior to the hollow dots, when we fixed one point and varied only the radius of the hole. In relation to the graphene nanoflakes, it was obtained the stability of structures by the Dynamics Molecular, verifying that they keep their flattened form up to 1000 K; over 3400 K structures begin to have their links broken. The HOMO-LUMO energy gaps are sensitive to edges. Analysis of spin states revealed that only the triangular nanoflakes with zigzag edge have excess of electrons with alpha spin, however symmetry dependent. The modes of vibration for structures with nC ~ 50 were obtained and it was observed that rectangular nanoflake displays absorption bands in common with zigzag nanoflakes in two ranges of the infrared spectrum. Finally for the uric acid crystals, we observed that the lattice parameters for the dihydrate crystal are less consistent with experimental values. The gap of the crystal of uric acid, anhydrous and mono ones, is direct (~ 3.18 eV and 3.16 eV, respectively) and of the dihydrate is indirect (~ 2.89 eV). The 2p orbitals are the largest contributors to the density of states. Water has great influence in the conduction band of the dihydrate crystal. There is an anisotropic behavior in relation to the study of the optical properties of these crystals along four directions of incidence of the electric field, where the anisotropy is more accentuated to the dihydrate. The studies fit in the theme of the role of Instituto de NanoBioEstruturas & SimulaÃÃo NanoBioMolecular [NANO(BIO)SIMES], one of the National Institutes of Science and Technology funded by CNPq from the beginning of 2009, which aims to develop research activities and high-quality human resource training in nanobiostructures and nanobiomolecular simulation

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2016-10-10T11:01:59Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Espedito Rodrigues - 2016.pdf: 1928037 bytes, checksum: 06e92f16c877907e7df6e23c7c504b6c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-10-10T15:53:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Espedito Rodrigues - 2016.pdf: 1928037 bytes, checksum: 06e92f16c877907e7df6e23c7c504b6c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-10T15:53:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Espedito Rodrigues - 2016.pdf: 1928037 bytes, checksum: 06e92f16c877907e7df6e23c7c504b6c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This paper presents a proposal of methodology about semiconductor´s teaching in high school, using electronic scrap, which objective is allowing the students to have a better understanding about the current technologies. Instead of this issue isn´t explicitly inserted in the school curriculum, the National Curriculum Parameters (NCP) of the Ministry of Education (MEC) treat it as a goal to be attained by high school students, when their definition of skills and competencies. Although there is little or no laboratories in public schools infrastructure, this project could be realized in a classroom, with the participation of students in groups. A didactic planning of eight meetings of two classes each, which highlights clearly the activities and its objectives, guiding teachers for this task was designed with accuracy necessary for your success. The project was conducted with four students of the 3rd year of the high school in a public school in the city of Uberlândia, MG, whose objective was the assembly of a source of DC voltage as from components removed out obsolete electronic equipment. / Este trabalho apresenta uma proposta metodológica de ensino de semicondutores no ensino médio, utilizando sucata eletrônica, com o intuito de possibilitar ao aluno uma melhor compreensão das atuais tecnologias. Apesar deste assunto não constar explicitamente nos currículos escolares, os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) do Ministério da Educação (MEC) o tratam como uma meta a ser atingida pelos alunos do ensino médio, quando de sua definição das habilidades e competências. Ainda que exista pouca ou quase nada de infraestrutura de laboratórios nas escolas públicas, este trabalho pode ser realizado dentro de uma sala de aula, com a participação dos alunos em grupos. Um planejamento didático de oito encontros de duas aulas cada, que destaca de forma clara as atividades e seus objetivos, orientando os professores para esta tarefa foi elaborado com acuidade necessária para seu sucesso. O trabalho foi realizado com quatro alunos do 3° Ano do ensino médio de uma escola pública da cidade de Uberlândia, MG, cujo objetivo foi a montagem de uma fonte de tensão contínua a partir de componentes retirados de equipamentos eletrônicos fora de uso.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Nos Ãltimos anos, numerosos avanÃos alcanÃados nas tÃcnicas de crescimento de materiais deram origem à formaÃÃo de vÃrias heteroestruturas de semicondutores, onde se podem confinar elÃtrons e buracos em uma ou mais direÃÃes, atravÃs de barreiras de potencial. Muitos pesquisadores recentemente tÃm estudado estruturas de baixas dimensionalidades, tais como pontos e fios quÃnticos, devido à sua importÃncia em inÃmeras aplicaÃÃes tecnolÃgicas em dispositivos opto-eletrÃnicos como, por exemplo, LASERS, sensores biolÃgicos, diodos e transistores. Um exemplo interessante que à alvo de estudo nesse trabalho à a estrutura chamada anel quÃntico, uma estrutura de confinamento tridimensional obtida apÃs um processo de annealing no crescimento de pontos quÃnticos. No estudo das propriedades opto-eletrÃnicos de anÃis quÃnticos, à de grande importÃncia calcular os nÃveis de energia dos portadores de carga e as funÃÃes de onda a fim de analisar os autoestados do sistema. Desse modo, resolvemos a equaÃÃo de SchrÃdinger independente do tempo para elÃtrons confinados em um anel quÃntico semicondutor na presenÃa de um campo magnÃtico, perpendicular ao plano do anel, utilizando a aproximaÃÃo da massa efetiva. Sob algumas aproximaÃÃes, consideramos que o confinamento dentro da regiÃo do anel à muito forte, tal que o problema à reduzido à variÃvel angular, onde a largura e altura contribuem somente com termos constantes para a energia total. Avaliamos numÃrica e analiticamente o problema do anel na ausÃncia de qualquer forÃa externa, obtendo o Efeito Aharonov-Bohm, no qual o espectro de energia oscila periodicamente com a variaÃÃo do campo magnÃtico. Estudamos tambÃm os efeitos de potenciais perturbativos no espectro de energia de anÃis quÃnticos. Primeiramente, consideramos o caso de um potencial gerado pela aplicaÃÃo de um campo elÃtrico no plano do anel. Encontramos soluÃÃes analÃticas e numÃricas para o problema do anel com e sem um campo magnÃtico axial. Mostramos que a presenÃa de campo elÃtrico ergue a degenerescÃncia angular dos estados de energia do elÃtron, suprimindo as oscilaÃÃes Aharonov-Bohm para os nÃveis mais baixos de energia. Investigamos tambÃm as influÃncias no espectro de energia devido à presenÃa de uma ou mais impurezas positivas localizadas de maneira simÃtrica e assimetricamente ao longo do anel. Para N impurezas igualmente espaÃadas, observamos as oscilaÃÃes Aharonov-Bohm para os estados de menor energia e a formaÃÃo de sub-bandas de energia compostas por N estados, enquanto para sistemas assimÃtricos o efeito nÃo foi visto e os estados que formam as sub-bandas nÃo mais se cruzam. De maneira anÃloga ao caso das impurezas, vimos que a presenÃa de superredes de poÃos de potenciais quadrados acopla os estados de energia em sub-bandas, devido à simetria rotacional do anel quÃntico. Analisamos tambÃm o comportamento das 'minibandas', formadas pelos estados ligados da superrede, com relaÃÃo ao confinamento do potencial e comparamos o espectro de energia com a variaÃÃo do campo magnÃtico para um e mais poÃos quadrados. Por fim, discutimos os efeitos no espectro de energia do exciton no anel quÃntico devido à presenÃa de um campo elÃtrico e de uma impureza negativa. Mostramos que os estados de mais baixa energia do exciton nÃo oscilam quando consideramos o potencial coulombiano de interaÃÃo elÃtron-buraco, mas a presenÃa de uma impureza em certas localizaÃÃes ergue as oscilaÃÃes Aharonov-Bohm, que podem ser suprimidas pela adiÃÃo do campo elÃtrico no plano do anel. Expomos assim o comportamento instÃvel das oscilaÃÃes nas energias excitÃnicas na presenÃa de perturbaÃÃes.

Os nitretos do grupo III (AlN, GaN, InN) sao semicondutores extremamente importantes na atualidade principalmente por suas aplicacoes em dispositivos emissores de luz de alta eficiência no visível e no ultravioleta. Neste trabalho foram estudados filmes finos de nitreto de gálio cubico (c-GaN, zincblende) crescidos sobre substratos de carbeto de silício cubico (3C-SiC) por epitaxia de feixe molecular assistida por plasma (PA-MBE). Inicialmente analisou-se o processo de implantação iônica através de técnicas de simulação computacional. Tendo em vista os resultados obtidos pelas simulações, as amostras foram submetidas a processo de implantação iônica com energia de feixe de 200 keV e diferentes íons implantados (Fe, Mn e Cu) nas doses de 1.2 e 2.4 × 1016 cm2. Com a implantação de íons magnéticos buscou-se a criação de um semicondutor com resposta ferromagnética acima da temperatura ambiente, enquanto que com a implantação do íons não magnéticos buscou-se, principalmente, um maior entendimento sobre a influencia de defeitos da rede cristalina sobre o magnetismo do material. Posteriormente as implantações e com o intuito de recuperar a rede cristalina das amostras danificada pelo processo, as amostras foram submetidas a tratamento térmico. Apos cada um destes processos as amostras foram caracterizadas estruturalmente, através de medidas de difração de raios x, espectroscopia de fotoluminescência e espectroscopia Raman e também magneticamente utilizando-se um SQUID. Conseguiu-se a caracterizacao quantitativa das transformações da rede cristalina pre e pós tratamento térmico com as diferentes técnicas. Foi observado comportamento ferromagnético a temperatura ambiente em amostras dopadas com os diversos íons e notou-se uma grande influencia da dose implantada, tanto nas propriedades estruturais quanto magnéticas das amostras. / Group-III nitrides (AlN, GaN, InN) are presently very important semiconductors mainly because of applications in high-efficiency, visible and ultraviolet, light-emitting devices. In this work, thin films of cubic gallium nitride (c-GaN, zincblende), grown over cubic silicon carbide (3C-SiC) by plasmaassisted molecular beam epitaxy (PA-MBE) were studied. Initially the process of ion implantation was investigated with the aid of computer simulation software. Following the simulations results, the samples were implanted with a 200 keV ion-beam of three different ions (Fe, Mn and Cu) with doses of 1.2 and 2.4 × 1016 cm2. With the implantation of magnetic ions the formation of a semiconductor with room-temperature ferromagnetic response was expected, whereas the implantation of non-magnetic ions (Cu) was performed seeking a better understanding on the influence of lattice defects on the subsequent magnetism. After the implantation the samples were annealed to recover some of the crystallinity lost due to the implantation process. After each process the samples were structurally characterized through x-ray diffraction, photoluminescence and Raman spectroscopies, and magnetically characterized through SQUID magnetometry. A quantitative measure of the transformations of the crystal lattices was obtained before and after annealing with the different techniques. Room-temperature ferromagnetic behavior was observed in the samples doped with different ions and a large influence of implanted dose was noted, in the structural properties and also in the magnetic properties.

Existe um grande interesse nos nitretos de Ga e In, assim como as suas ligas, por seu potencial na fabricação de dispositivos optoeletrônicos que operam na região do espectro eletromagnético de amarelo-verde até perto da região UV. Destes materiais, a estrutura cúbica (zíncblende) apresenta a vantagem sobre a sua contraparte hexagonal principalmente por estar livre do efeito piezoelétrico que separa os elétrons e buracos diminuindo a eficiência de recombinação. Este trabalho descreve o crescimento e caracterização de GaN cúbico dopado com carbono e de ligas, também cúbicas, de InGaN crescidas sobre diferentes substratos. As amostras foram crescidas por Epitaxia de Feixe Molecular (Molecular Beam Epitaxy ou MBE) assistido por plasma. Várias técnicas experimentais foram utilizadas para caracterizar as amostras assim crescidas. A aplicação destas técnicas nos permitiu obter informação detalhada sobre diversos aspectos importantes destes materiais. Estas técnicas vão desde várias formas de difração de raios-X até diversas formas de espalhamento de luz. O uso combinado de todas estas técnicas foi crucial para determinar as propriedades fundamentais destes materiais, tais como a qualidade cristalina, o estado de tensão das camadas ativas e, para as ligas, o grau e tipo de separação de fase (resultando em regiões de diferente conteúdo de In, com conseqüente diferença nas energias dos gaps). Dentre os resultados principais destacamos o de determinar o mecanismo de incorporação de carbono nos filmes de GaN, atingindo altas concentrações de portadores e boa qualidade cristalina. Nas ligas de InGaN depositadas sobre SiC (filmes tensionados), o único que indica que haveria uma separação de fase é o Stokes-like shift gigante e constante e o fato de que em medidas de PL, com energia de excitação abaixo da borda de absorção da liga, ainda pode ser visto o pico de recombinação. Já, em amostras parcialmente relaxadas como os filmes de InGaN depositados sobre substratos de GaAs, teríamos também esta separação de fase com uma fase minoritária (rica em In) e outras duas fases correspondente à liga bulk com fração molar de In próximas entre si. Em particular, as técnicas de fotoluminescência e fotoluminescência de excitação são insubstituíveis na detecção de fases segregadas. / There has been a great interest in nitrides of Ga and In, as well as their alloys, due to their great potential for the fabrication of optoelectronic devices operating from the yellow-green region to the near UV regions of the electromagnetic spectrum. Of these, the cubic (zincblende structure) varieties present the advantage over their more common hexagonal counterparts, of being free from piezoelectric fields (induced by the biaxial strain inherent in most growth techniques) which separate electrons and holes leading to the detriment of recombination efficiency. In the present work we report the growth and characterization of thin films of cubic GaN doped with carbon and undoped InGaN films. The samples were grown by plasma-assisted MBE (Molecular Beam Epitaxy) on different crystalline substrates. Characterization techniques varied from different forms of X-ray diffraction, electrical (Hall Effect) measurements to distinct forms of light scattering. The combination of these techniques was decisive in accessing physical properties of the materials, such as crystalline quality, state of tension and, for the alloys, phase separation (resulting in regions of different composition and energy gap). No single technique could have given us the answer to all these materials properties. Rather, the combination of all these experimental tools allowed us to obtain details about the composition and quality of The grown material. In particular, techniques related to the photoluminescence and photoluminescence excitation techniques were irreplaceable in detecting the presence of segregated phases that appear in such small quantities as to remain undetected by other techniques.

No presente trabalho, investigamos propriedades eletr^onicas, estruturais e de transporte de nanoestruturas do tipo IV e tipo III-V usando c´alculos de primeiros princ´?pios. (I) Como ponto de partida, verificamos sistematicamente a estabilidade do Mn substitucional nas camadas de Ge em uma heteroestrutura de Si/Ge. Estudamos a intera¸c~ao magn´etica Mn-Mn relativa a varia¸c~ao do par^ametro de rede do substrato, indicando uma mudan¸ca na diferen¸ca de energia entre as configura¸c~oes de alto e baixo spin. Para um substrato com par^ametro de rede igual ao do Si, esta diferen¸ca de energia favorece a configura¸c~ao de baixo spin, entretanto com o aumento do par^ametro de rede a configura¸c~ao com alto spin passa a ser a mais est´avel. (II) No estudo de nanofios de Ge, crescidos nas dire¸c~oes [110] e [111], verificamos a depend^encia do gap de energia em rela¸c~ao ao di^ametro do mesmo. Estudamos a reconstru ¸c~ao da superf´?cie (001) para alguns di^ametros de nanofios crescidos na dire¸c~ao [110]. Fizemos um estudo sistem´atico da dopagem de Mn em nanofios de Ge para verificar quais os s´?tios mais est´aveis para a impureza. Investigamos, tamb´em, o acoplamento magn´etico Mn-Mn ao longo da dire¸c~ao de crescimento do fio e radialmente ao mesmo, para diferentes dist^ancias entre os dopantes. (III) A observa¸c~ao de part´?culas de ouro na superf´?cie dos nanofios, vindas da gota de Au utilizada como catalizador no processo de crescimento dos fios, serviu como motiva¸c~ao para o estudo da energia de forma¸c~ao do mesmo em diferentes posi¸c~oes e concentra¸c~oes nos nanofios. Esses resultados possibilitaram-nos o entendimento de como o Au se difunde nos nanofios, se atrav´es da superf´?cie ou pelo interior do fio em situa¸c~oes com maiores e menores concentra¸c~oes do metal. (IV) Verificamos o comportamento da dopagem tipo-n e tipo-p nas propriedades de transporte eletr^onico para as impurezas na regi~ao central e na superf´?cie (001) de nanofios de Ge. Devido a import^ancia da superf´?cie em nanoestruturas, calculamos a varia¸c~ao da transmit^ancia eletr^onica na presen¸ca de liga¸c~oes incompletas conjuntamente com a adsor¸c~ao de uma mol´ecula de OH. (V) Investigamos como o confinamento qu^antico altera o comportamento de defeitos nativos tipo vac^ancias em nanofios de Si. Atrav´es da energia de forma¸c~ao para diferentes s´?tios n~ao equivalentes, verificamos um poss´?vel caminho de migra¸c~ao da vac^ancia para a superf´?cie (001). Calculamos o valor da barreira de migra¸c~ao das regi~oes centrais para a super´?cie (001) do nanofio assim como o valor do U-efetivo que no bulk ´e negativo. (VI) Finalmente, realizamos um estudo sistem´atico de nanofios de materiais III-V (InP e GaAs) e nanopart´?culas de InAs dopadas com Mn. Verificamos as posi¸c~oes de equil´?brio e a possibilidade de uma ordem magn´etica para as impurezas na nanoestrutura. Para as nanopart´?culas, `a medida que o sistema ´e confinado, ocorre uma maior localiza¸c~ao dos estados de buraco e consequentemente uma diminui¸c~ao na diferen¸ca de energia entre as configura¸c~oes com alto e baixo spin, favor´avel ao alto spin. Atrav´es da inser¸c~ao de \"buracos\"podemos aumentar essa diferen¸ca de energia. / In the present work, we investigate electronic, structural and transport properties of semiconductor nanostructures of type IV and III-V using first principles calculations. (I) As a starting point, we verify systematically the stability of substitutional Mn in Ge layers in Si/Ge heterostructures. We study the Mn-Mn magnetic interaction as a function of the lattice parameter of the substrate, and we find that the energy difference between the high and low spin configurations changes as the lattice parameter is modified. Using Si as a substrate, that energy difference favors the low spin configuration, whereas increasing the substrate lattice parameter the high spin configuration becomes more stable. (II) In the study of Ge nanowires, grown along the [110] and [111] directions, we investigate the variation of the energy gap as a function of the nanowire diameter. We study the (001) surface reconstruction for some nanowire diameters grown along the [110] direction. We did a systematic study of Mn doping in the Ge nanowires in order to verify which are the most stable substitutional sites. We also study the Mn-Mn magnetic coupling for their separation parallel to the growth direction as well as perpendicular to it. This study was performed for different distances between the impurities. (III) The gold particles observed in the top surface of the nanowires, a result of the Au droplet used as catalyst in the growth process, was the motivation of the study of the formation energy of Au isolated impurities in different positions and concentrations in the nanowires. These results make it possible to know if the Au atoms will move either along the surface or towards the bulk of the wire. (IV) We verify the behavior of the type-n and type-p doping in the electronic transmission properties for impurities positioned either in the central or in the (001) surface of Ge nanowires. Because of the importance of the surface in nanostructures, we calculate the changes in the electronic transmittance in the presence of a dangling bond and an OH molecule adsorbed in the surface. (V) We investigate how the quantum confinement modifies the behavior of the vacancy native defect in Si nanowires. From the formation energy difference for nonequivalent sites, we verify one possible pathway for the vacancy migration towards the (001) surface, and we calculate the migration barrier from the central region to the nanowire surface. We also calculate the effective-U, and find it to be negative in the bulk region. (VI) Finally, we also made a systematic study of nanowires of type III-V (InP and GaAs) as well as InAs nanoparticles doped with Mn. We study the equilibrium positions and the possibility of a magnetic order for the impurity in these nanostructures. For the nanoparticles, when the system is more confined the hole becomes more localized and, consequently, the energy difference between the high and low spin configuration still favors the high spin but becomes smaller. When we insert holes we can increase this energy difference.