O carbeto de silício (SiC) é um material que apresenta baixa expansão térmica, altas resistências mecânica e ao choque térmico e alta condutividade térmica. Em razão disto é empregado na confecção de mobília de fornos de sinterização. O SiC no entanto sofre degradação a altas temperaturas quando submetido a atmosferas agressivas. A utilização de recobrimentos protetores evita a exposição direta da superfície do material à atmosfera dos fornos; a mulita pode ser um recobrimento protetor apropriado em razão de sua alta estabilidade em temperaturas elevadas e seu coeficiente de expansão térmica compatível com o do SiC (4x10-6/°C e 5,3x10-6/°C, respectivamente). No presente trabalho foi estudada a obtenção de recobrimento de mulita, para refratário de SiC, a partir da utilização de polímero precursor cerâmico e alumínio particulado. Foram preparadas composições com 10, 20, 30 e 50% (vol.) de alumínio adicionado ao polímero, sendo utilizados pós de alumínio de diferentes distribuições de tamanhos de partículas. As composições foram submetidas a diversos ciclos térmicos para determinação da condição mais adequada à obtenção de alto teor de mulita. A composição que apresentou melhor resultado foi a contendo 20% do pó de Al de menor tamanho de partículas. A partir desta, foi preparada e aplicada suspensão para ser aplicada sobre o refratário de SiC. A suspensão aplicada, após seca, reticulada e tratada termicamente a 1580°C, originou um recobrimento de mulita. Foram realizados ciclos de choque térmico em amostras com e sem recobrimento para comparação, num total de 26 ciclos. As condições foram 600°C/30 min. seguida de resfriamento ao ar até a temperatura ambiente. Após cada choque térmico, as amostras foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica e determinado o módulo de elasticidade. Os recobrimentos apresentaram boa adesão e não foram detectados danos significativos após os choques térmicos. / Silicon carbide (SiC) presents low thermal expansion, high strength and thermal conductivity. For this reason it is used as kiln furniture for materials sintering. On the other hand, SiC degrades at high temperature under aggressive atmosphere. The use of protective coatings can avoid the right exposition of SiC surface to the furnace atmosphere. Mullite can be a suitable material as protective coating because of its high corrosion resistance and thermal expansion coefficient matching that of SiC (4,7 x10-6/°C e 5,3 x10-6/°C, respectively). In the present work a mullite coating obtained from ceramic precursor polymer and aluminium powder was studied to be applied over SiC refractories. Compositions were prepared with 10, 20, 30 and 50% (vol.) of aluminium powder added to the polymer. They were used aluminium powders with different distributions sizes These compositions were heat treated at different thermal cycles to determine a suitable condition to obtain a high mullite content. The composition with 20% of the smaller particle size Al powder was selected and used to be applied as a suspension over SiC refractory. The applied suspension, after dried, crosslinked and heat treated, formed a mullite coating over SiC refractory. Cycles of thermal shock were performed in coated and uncoated SiC samples to compare each other. They were carried out 26 cycles of thermal shock, in the following conditions: 600°C/30 min. and air cooling to room temperature. After each thermal shock, samples were analised by mean of optical and electron microscopy, elastic modulus was also determined. After thermal shock cycles the coating presented good adhesion and no significant damage were observed.

Este trabalho foi realizado tendo como objetivo o estudo do ponto invariante com a temperatura (ZTC - Zero Temperature Coefficient) para transistores com estrutura SOI FinFET em relação aos efeitos de tensionamento e radiação, através da utilização de dados experimentais e de um modelo analítico. Foram analisados primeiramente os parâmetros básicos de tensão de limiar e transcondutância, nos quais está baseado todo o modelo e verificado a influência dos efeitos do tensionamento e da radiação nos mesmos, para analisar o comportamento da tensão de porta no ponto ZTC em dispositivos do tipo n. Foram utilizados dispositivos com três dimensões de largura de aleta (fin) diferentes, 20nm, 120nm e 370nm e comprimento de canal de 150nm e de forma comparativa em dispositivos de 900nm, em quatro lâminas diferentes, sem/com tensionamento e/ou sem/com radiação. A tensão de limiar sofre grande influência do tensionamento, enquanto a radiação tem menor efeito na tensão de limiar na faixa estudada, passando a ter maiores significâncias nos dispositivos tensionados com maior largura de aleta. A transcondutância também sofre maior influência do efeito de tensionamento, sendo neste parâmetro a alteração pelo efeito da radiação muito menor. Contudo estes dois parâmetros geram outros dois parâmetros essenciais para análise do ZTC, que são obtidos através das suas variações em relação a temperatura. A variação da tensão de limiar em relação à temperatura e a degradação da transcondutância também pela temperatura (ou fator c: degradação da mobilidade pela temperatura), influenciam diretamente na eventual variação do ponto de ZTC com a temperatura. Quando estas influências são pequenas ou atuam de forma a compensarem-se mutuamente, resultam em valores de ZTC mais constantes com a temperatura. A tensão de limiar influência direta e proporcionalmente no valor da tensão de ZTC em amplitude, enquanto a degradação da mobilidade (transcondutância) atua mais na constância do ZTC com a temperatura. Com base nestes mesmos parâmetros e com ajustes necessários no modelo foram estudados dispositivos com as mesmas características físicas, porém, do tipo p, onde os resultados encontrados tiveram relação a característica de funcionamento deste outro tipo, ficando claro a inversão da significância dos efeitos quanto a variação da temperatura. O modelo simples e analítico utilizado para o estudo do ZTC foi validado para esta tecnologia, já que foi encontrado valores de erro entre valores experimentais e calculados com um máximo de 13% incluindo toda a faixa de temperatura e a utilização dos efeitos de radiação e tensionamento, tendo mostrado valores discrepantes somente para alguns casos de largura da aleta maiores, que mostraram ter uma pequena condução pela interface canal/óxido enterrado antes da condução na primeira interface, não prevista no modelo. / This work was performed with the aim of the study of the invariant point with temperature (called ZTC - Zero temperature Coefficient) for transistors made with SOI FinFET structure in relation to the mechanical stress and irradiation effects, through of the use of experimental data and an analytical model. Were first analyzed the basics parameters as threshold voltage and transconductance, in which all the model is based and was verified the influence of the mechanical stress and irradiation effects on these parameters, for analyze the gate voltage\'s behavior on ZTC point in n type devices. Were used devices with three different width fin dimensions, 20nm 120nm and 370nm and channel length of 150nm and in a comparative way with 900nm length devices, in four different waffles, with/without mechanical stress and/or with/without irradiation. The threshold voltage suffers big influence from stress, while the irradiation has less effect on the threshold voltage in the studied band, becoming to have more significance on the stressed devices with larger fin width. The transconductance also suffers more influence of the stress effect, being on this parameter the variation caused by irradiation effect smaller. However, these two parameters generate others two essentials parameters for the ZTC analysis, they are obtained through of the previous parameters variation by the temperature. The threshold voltage variation by the temperature and the tranconductance degradation by the temperature (or c factor: mobility degradation by the temperature), influence directly on the eventual variation of the ZTC point by the temperature. When these influences are small or act by the way to compensate mutually, result at ZTC values more constant with the temperature. The threshold voltage influence direct proportionality on the ZTC voltage\'s value at amplitude, while the mobility (transconductance) degradation act more on ZTC stability with the temperature. Based in these same parameters and with necessaries adjusts on the model, were studied devices with the same physic characteristics, but of the p type, where the founded results had relation with the work characteristics of this other type, becoming clear the inversion of significance of the effects by the temperature variation. The simple and analytical model used for the ZTC study was validated for this technology, since it was found error values between experimental data and calculated data with a maximum of 13%, shown discrepant values only for some cases of larger fin widths, that shown to have a small conduction by the channel/buried oxide interface before of the first interface\'s conduction, not previewed in the model.

Nesse trabalho de mestrado estudou-se o comportamento elétrico de transistores verticais de múltiplas portas (3D) sobre isolante (SOI FinFET) sob o efeito da radiação de prótons em baixa temperatura, por meio de métodos experimentais e simulações numéricas. Inicialmente, foram comparados os comportamentos dos transistores antes e depois de serem submetidos à radiação de prótons, em temperatura ambiente. Esta análise foi realizada tanto para dispositivos com canal do tipo p quanto do tipo n, estudando-se tanto como as características analógicas são alteradas após o dispositivo ser irradiado por prótons com uma energia de aproximadamente 60 MeV quanto as características digitais. Estudou-se os efeitos da dose total ionizante (TID) nos dispositivos SOI FinFETs. Estes efeitos se manifestam de formas diferentes, muitas vezes opostas, para transistores nMOS e pMOS. Os efeitos da radiação na inclinação de sublimiar (SS) dos pFinFETs, por exemplo, resultaram em uma melhoria da velocidade de chaveamento, enquanto que os nFinFET sofreram uma degradação. Já a variação negativa da tensão de limiar (VT), uma vez que a maior parte das cargas acumuladas no óxido são positivas, deixa os transistores pMOS mais imunes a corrente parasitária da segunda interface, e novamente degrada as características dos nMOS. Os transistores com aletas mais largas têm uma maior área de óxido enterrado abaixo do filme de silício, o que resulta em um maior acúmulo de cargas. Portanto, a degradação dos parâmetros foi mais acentuada do que em dispositivos com aletas mais estreitas. Transistores com canal curto estão sujeitos aos efeitos de canal curto e se mostraram mais suscetíveis à radiação de próton na região de sublimiar. Além da análise dos parâmetros básicos, realizou-se uma análise de compromisso entre três parâmetros analógicos: a eficiência do transistor (gm/ID), a frequência de ganho unitário (fT) e o ganho intrínseco de tensão (AV). Eles foram estudados em função do coeficiente de inversão (IC), sendo possível verificar o comportamento dos dispositivos em cada regime de inversão e, posteriormente, o melhor compromisso entre os parâmetros, para uma dada aplicação. Em baixas temperaturas foi também observado que enquanto para os parâmetros digitais, os transistores de canal p mostraram um melhor desempenho quando focando os parâmetros digitais (tensão de limiar e inclinação de sublimiar), nFinFETs mostraram-se mais imunes a radiação de prótons em baixa temperatura, quando analisados os parâmetros analógicos como o ganho intrínseco de tensão (resposta mais estável à radiação em baixas temperaturas). / This master degree\'s dissertation aims to study the low temperature electrical behavior of tridimensional transistors on insulator (SOI FinFET) under the effects of proton radiation, through experimental methods and numeric simulations. Initially, it was compared the transistors\' behavior before and after they have been subjected to proton radiation, at room temperature. This analysis was performed for both p- and n-channel devices, studying how the analog parameters change after the devices are irradiated by protons with approximately 60 MeV energy. The effects of total ionization dose on SOI FinFET devices were studied. These effects are manifested in different, very often opposing ways for nMOS and pMOS transistors. The radiation effects on the subthreshold slope (SS) in pFinFETs, for example, resulted in a switching speed improvement, while the nFinFETs were degraded. Also, the negative shift in the threshold voltage (VT), as most of the oxide trapped charges are positive, made the pMOS transistors more immune to the parasitic current at the second interface, and, again, the nMOS ones had their characteristics degraded. The wide-fin transistors have a bigger oxide area beneath the silicon film, which results in a greater charge buildup. Hence, the parameter degradation was more substantial than for narrow-fin devices. Short-channel transistors are subject to short-channel effects and showed themselves more susceptible to proton irradiation at the subthreshold region. In addition to the basic parameter analysis, it was done a tradeoff analysis between three analog parameters: the transistor efficiency (gm/ID), the unit gain frequency (fT) and the intrinsic voltage gain (AV). They have been studied as a function of the inversion coefficient (IC), where it was possible to observe the devices\' behavior for each inversion regime and, after, the best tradeoff between the parameters, for a given application. At low temperature, it was also observed that while pFinFETs have a better performance when looking at digital parameters VTH and SS after irradiation, nFinFETs showed more immunity to proton radiation when analyzed from their analog parameter with a more stable response to low temperatures.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver métodos para a determinação simultânea de Pb, Si e P em gasolinas por ICP OES em conformidade com a Agência Nacional de Petróleo (ANP). O mercado da gasolina no Brasil é regulado pela Agência Nacional do Petróleo (ANP) e pela Lei Federal 9.478/97 (Lei do Petróleo) e, conforme Resolução ANP n°40, de 25.10.2013, a determinação de chumbo é exigida quando houver suspeita de contaminação. O chumbo era adicionado, desde 1922 para elevar o índice antidetonante da gasolina, mas devido a sua toxicidade foi mundialmente substituído. A determinação do silício passou a ser exigida em 1 de Janeiro de 2014 nas gasolinas, porque frações leves contaminadas com silício, quando usadas como combustíveis, podem gerar problemas aos motores automotivos, uma vez que os aditivos antiespumantes, a base de oligômeros contendo silício, são adicionados durante o processo de refino. O fósforo é um aditivo estimulante da extração do petróleo, sua determinação também é exigida quando houver suspeita de contaminação, pois concentrações acima do limite máximo podem desativar os catalisadores dos carros. No preparo de amostras foram utilizadas duas estratégias, a primeira diluição da gasolina com solventes orgânicos 10% da gasolina e 90% de Premisolv-Constan, com a vantagem da int rodução direta, porém necessita câmara refrigerada e fluxo de O2. E preparo da amostra por emulsão tipo óleo/água (O/W), preparada utilizando 1 mL de gasolina com 3 mL de surfactante Tergitol TMN-6® (20% m v-1), o qual foi escolhido entre 4 surfactantes (TritonTM X-100,TritonTM X-114, TergitolTMTMN-6 e TergitolTM 15-S-9) por ter apresentado melhor desempenho na formação da emulsão e menor branco analítico. Essa segunda estratégia apresentou vantagens em relação a primeira, pois reduz a introdução da matéria orgânica para 10% e dispensa o uso de câmara especial e fluxo de O2. As amostras foram analisadas com a construção de curvas de adição padrão a fim de eliminar os efeitos de matriz. Também foram analisadas amostras dopadas com padrão orgânico nas concentrações dos limites estabelecidos pela Resolução ANP. As recuperações foram de 86% a 98% para Pb, 90% a 106% para Si e 86% a 110% para P. Portanto o método desenvolvido demonstrou a possibilidade da determinação simultânea de Si, Pb e P nos limites estabelecidos pela legislação (Pb = 5 mg LTM-1, P = 1,3 mg L-1 e Si limite máximo ainda não estabelecido) e está de acordo com a Química Verde e Gestão de Saúde Meio Ambiente e Segurança. / The objective of this work was to develop methods for the simultaneous determination of Pb, Si and P in gasoline by ICP-OES in accordance with the National Petroleum Agency (ANP). The Brazilian gasoline market is regulated by the National Petroleum Agency (ANP) and Federal Law 9.478 / 97 (Petroleum Law) and according to ANP Resolution No. 40, dated 10.25.2013, the determination of lead is required when there is suspected contamination. Lead was added since 1922 to raise the antiknock index of gasoline, but because of its toxicity it has been worldwide replaced. The determination of silicon was required on 1 January 2014 in gasoline. Light fractions contaminated with silicon, when used as fuel, can cause problems for automotive engines, since antifoaming additives, based on silicon-containing oligomers, are added during the refining process. Phosphorus is a stimulating additive to petroleum extraction; its determination is also required when contamination is suspected, as concentrations above the upper limit can deactivate the catalysts of the cars. In the preparation of samples, two strategies were used, the first dilution of gasoline with organic solvents 10% of the gasoline and 90% of Premisolv-Constan, with the advantage of direct introduction, however, requires refrigerated chamber and O2 flow. Preparation of the sample by oil / water (O / W) emulsion, using 1 ml of gasoline with 3 ml of Tergitol TMN-6 surf surfactant (20% m v-1), which was chosen among 4 surfactants (TritonTM X-100, TritonTM X-114, TergitolTM TMN-6 e TergitolTM 15-S-9), because it showed better performance in the formation of the emulsion and lower analytical blank. This second strategy presents advantages over the first one because it reduces the introduction of the organic matter to 10% and dispenses with the use of special chamber and O2 flow. Samples were analyzed by constructing standard addition curves to eliminate matrix effects. We also analyzed doped samples with organic standards in the concentrations of the limits established by ANP Resolution. The recoveries were 86% to 98% for Pb, 90% to 106% for Si and 86% to 110% for P. Therefore, the method developed demonstrated the possibility of simultaneous determination of Si, Pb and P within the limits established by the legislation (Pb = 5 mg L-1, P = 1,3 mg L-1 and Si maximum limit not yet established) and is in accordance with the Green Chemistry and Health Management Environment and Safety.

Neste trabalho foram avaliadas as principais características dosimétricas de diodos crescidos pelos métodos de Fusão Zonal (FZ) e Czochralski magnético (MCz), resistentes a danos de radiação, quando aplicados em dosimetria de processos de irradiação industrial com elétrons (1,5 MeV) e raios gama (60Co). O sistema dosimétrico proposto baseia-se no registro de valores de correntes elétricas geradas nos diodos devido à passagem da radiação ionizante. A uniformidade de resposta de um lote de dispositivos foi analisada para os diodos FZ do tipo n irradiados com raios gama. Para uma dose de até 5 kGy obteve-se um coeficiente de variação de 1,25% dos valores de corrente elétrica registrados. A queda da sensibilidade dos diodos com o acúmulo de dose (Total Ionizing Dose TID) foi observada, de acordo com o esperado, para ambos os diodos FZ e MCz, sendo mais acentuada para dispositivos do tipo n ou com resistividade menor, quando irradiados com raios gama. Nos procedimentos de irradiação com elétrons foram utilizados dois protótipos de sonda dosimétrica, sendo que um deles foi projetado para evitar a deterioração dos contatos elétricos e da metalização dos diodos, fenômeno observado durante o desenvolvimento do projeto. A queda da sensibilidade dos diodos FZ e MCz pré-irradiados foi de aproximadamente 10% e 40%, respectivamente, durante os procedimentos de irradiação com elétrons para uma dose acumulada total de 1,25 MGy. A influência dos danos causados por esse tipo de radiação nas propriedades elétricas dos diodos FZ e MCz foi avaliada por meio das medições de corrente de fuga e da capacitância em função da tensão de polarização. A corrente de fuga, que aumenta com a dose de radiação acumulada, não contribui significativamente para a formação do sinal de corrente durante a irradiação, uma vez que os diodos são operados no modo fotovoltaico, ou seja, sem tensão de polarização. Para o diodo MCz não foram observadas alterações significativas dos valores de tensão de depleção total, evidenciando sua maior tolerância aos danos induzidos pela radiação, como esperado. Como durante os procedimentos de irradiação com elétrons há uma variação acentuada dos valores de temperatura, a influência deste parâmetro para as medições de corrente elétrica foi avaliada por meio da extrapolação dos valores de corrente de fuga até 35°C. A contribuição da corrente de fuga para a corrente induzida pela radiação, devido ao aumento da temperatura, não ultrapassa 0,1% para os diodos FZ e MCz. A influência do tipo de radiação, elétrons ou raios gama, na pré-dose dos diodos foi avaliada para o dispositivo FZ do tipo n e observou-se que a pré-irradiação com elétrons é mais eficiente no tocante à queda da sensibilidade dos dispositivos. Os resultados apresentados neste trabalho indicam a potencialidade da aplicação dos diodos FZ e MCz como dosímetros em processos de irradiação de rotina com raios gama e elétrons. Vale ressaltar que a vantagem do sistema proposto reside na possibilidade de acompanhamento em tempo real dos processos envolvidos, sobretudo para elétrons, permitindo a monitoração dos parâmetros dos aceleradores, tais como velocidade de esteira e corrente elétrica de feixe. / In this work the main dosimetric characteristics of rad-hard Float Zone (FZ) and magnetic Czochralski (MCz) diodes to electrons (1.5 MeV) and gamma (60Co) radiation are evaluated. The dosimetric system proposed is based on electrical current measurements due to radiation interactions on the devices. The batch response uniformity was studied for the n-type FZ diodes irradiated with gamma rays. The coefficient of variation of the current measurement was about 1.25% at 5 kGy of accumulated dose. A sensitivity decrease with the increase of the accumulated dose (Total Ionizing Dose TID) was observed for both FZ and MCz diodes. For gamma irradiation, these effect is more pronounced for n-type or smaller resistivity diodes. Two types of dosimetric probe were used on the electron irradiation procedures, one of them specially designed to avoid the deterioration of the electrical contacts and the diodes metallization. The sensitivity of the preirradiated FZ and MCz diodes fell about 10% and 40%, respectively, during electron irradiation at 1.25 MGy of accumulated dose. The effect of electron radiation damage on the electrical properties of the diodes was studied by the means of leakage current and capacitance measurements as a function of bias voltage. The leakage current increases with the accumulated dose but does not contributes significantly to the current signal, since the diodes are operated in photovoltaic mode, without bias voltage. For the MCz diode no change in the full depletion voltage was observed, which indicates its higher tolerance to radiation-induced damage, as expected. During electron irradiation the temperature increases and in order to determine its influence for the current signals, the leakage current values were extrapolated up to 35 °C. The contribution does not exceed 0.1% for FZ and MCz diodes. The effect of the radiation type, electrons or gamma rays, on the predose procedures was analyzed for the FZ n-type device and was observed that the electron pre-irradiation is more efficient regarding the sensitivity decrease. The present work indicates the potential application of FZ and MCz diodes as dosimeters in gamma rays and in electron routine irradiation processes. It is worth noting that the proposed system advantage relies on the possibility of real-time monitoring of electron accelerator parameters.

As atividades do setor industrial e minerário são essenciais para o desenvolvimento da sociedade, porém causam diversos impactos ambientais, tais como contaminação de efluentes por corantes e metais tóxicos. A fim de mitigar esses tipos de impactos, o presente trabalho teve como objetivo a síntese dos materiais TiO2, ZnO e SiO2, e seu estudo de viabilidade de aplicação na degradação de corantes por fotocatálise e na remoção de metais por adsorção. Os óxidos foram sintetizados por dois métodos: precursores poliméricos (PP) e sol-gel (SG). Os pós obtidos foram caracterizados por difração de raios X (DRX), análise de área específica por fisissorção de N2 (BET), microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-FEG), espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e potencial zeta. O método de síntese não influenciou nas fases cristalinas dos materiais obtidos, visto que ZnO apresentou fase wurtzita, TiO2 anatase e SiO2 apresentou característica amorfa. Os materiais apresentaram baixa área específica, entre 4 e 11 m2/g, exceto SiO2 PP, que se destacou por apresentar área específica, de 226 m²/g. Por MEV-FEG, verificou-se que, para TiO2 e SiO2, maiores tamanhos médio de partícula foram exibidos pela metodologia SG, enquanto que com ZnO, maiores tamanhos de partículas foram obtidos por PP. Por FTIR, constatou-se que todos os óxidos apresentaram seus respectivos grupos químicos referente às ligações M-O, porém apresentaram resíduos orgânicos de síntese. As variações de área específica e tamanho de partículas não se mostraram significantes diante da resposta fotocatalítica desses materiais. Por outro lado, os resíduos de síntese na superfície das partículas justificam os resultados de fotocatálise. Isto porque a degradação de corante Rodamina B foi a mesma para ZnO SG e ZnO PP (88%), e superior para TiO2 SG (90%) em relação ao TiO2 PP (80%). No que diz respeito às características adsortivas dos materiais, as análises de área específica e potencial zeta merecem destaque. Por meio do potencial zeta, verificou-se que o ZnO SG apresentou estabilidade em pH acima de 10 e ZnO PP acima de 9,5; TiO2 SG apresentou estabilidade em pH acima de 6 e TiO2 PP acima de 3; e SiO2 SG apresentou estabilidade acima de 3,5 e SiO2 PP acima de 6. Ensaios de adsorção de íons metálicos de Mn2+ indicaram que ZnO, SiO2 e TiO2 apresentaram potencial adsorvente. Os melhores resultados de adsorção para os óxidos ocorreram em pH 8 e 8,5. SiO2 PP se destacou nos estudos adsorção, o qual apresentou maior adsorção de Mn2+ (Qm de 1,49 mg/g) em 90 min de tempo de contato, pH 8,5 e 5 mg/L de adsorvente. Este material apresentou maior área específica e suspensão estável no referido pH, o que justifica a maior adsorção apresentada em relação aos outros óxidos avaliados neste estudo. / The activities of the industrial and mineral sector are essential for the development of society, but they cause several environmental impacts, such as contamination of effluents by dyes and toxic metals. In order to mitigate these types of impacts, this study aimed to synthesize the materials TiO2, ZnO and SiO2, and its feasibility study of the application on the degradation of dyes by photocatalysis and removal of metals by adsorption. The oxides were synthesized by two methods: polymer precursors (PP) and sol-gel (SG). The materials obtained as powder were characterized by X-ray diffraction (XRD), specific surface area analysis by N2 physisorption (BET), field emission scanning electron microscopy (FEG-SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and zeta potential. The synthesis method did not influence the crystalline phases of the obtained materials since ZnO presented wurtzite phase, TiO2 anatase and SiO2 presented amorphous characteristic. The materials showed low specific surface area, between 4 and 11 m2/g, except for SiO2 PP, which stood out with a specific surface area of 226 m²/g. By MEV-FEG, it was verified that for TiO2 and SiO2 higher average particle sizes were shown by SG methodology, whereas for ZnO, higher average particle size was obtained by PP. By FTIR, it was found that all the oxides presented their respective chemical groups related to the M-O bonds, but also presented organic residues of synthesis. Specific surface area and particle size variations were not significant in the photocatalytic response of the materials. On the other hand, the residues of synthesis on the surface of the particles justify the results of photocatalysis. This is because the degradation of Rhodamine B dye was the same for ZnO SG and ZnO PP (88%), and higher for TiO2 SG (90%) than TiO2 PP (80%). Regarding the adsorptive characteristics of the materials, the specific surface area and zeta potential analyzes deserve to be highlighted. By zeta potential, ZnO SG showed stability at pH above 10, and ZnO PP above 9.5; TiO2 SG presented stability at pH above 6, and TiO2 PP above 3; and SiO2 SG presented stability above 3.5, and SiO2 PP above 6. Adsorption tests of Mn2+ metal ions indicated that ZnO, SiO2, and TiO2 presented adsorbent potential. The best adsorption results were for the oxides at pH 8 and 8.5. SiO2 PP stood out in the adsorption tests, which presented higher adsorption of Mn2+ (Qm equal 1,49 mg/g) in 90 minutes of contact, pH 8.5, and 5 mg/L of adsorbent. This material presented higher specific surface area and stability in suspension in the pH 8.5, which justifies the higher adsorption presented in relation to the other oxides evaluated in this study. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Superfícies de silício (100) foram inicialmente pré-ativadas em uma solução diluída de ácido fluorídrico contendo PdCl2. Após essa etapa, filmes finos de Cu-Ni-P foram quimicamente depositados utilizando-se um banho químico contendo 15g/l NiSO4.6H2O; 0.2 g/l CuSO4.5H2O; 15 g/l Na2HPO2.H2O e 60 g/l Na3C6H5O7.2H2O na temperatura de 80ºC onde foi adicionado NH4OH até que o pH da solução atingisse 8,0. Foi observado que as porcentagens estequiométricas de Ni e Cu variaram substancialmente no intervalo de 1 a 3min, e se tornaram praticamente estáveis em 50% e 35%, respectivamente, quando o tempo de deposição foi superior a 3min. Além disso, a porcentagem de P permaneceu quase constante em torno de 17-18% para todos os tempos de deposição. A distribuição de alturas nas imagens FE-SEM resultou bimodal para tempos na faixa de 1 e 3min onde a predominância do modo de maior altura aumentou substancialmente para o tempo de 3min. Tal fato serviu para corroborar a evolução da morfologia superficial de grãos menores com diâmetros na faixa de 0,02 a 0,1µm, predominantemente compostos de Ni, para grãos maiores, na faixa de 0,1 a 0,3µm e predominantemente compostos de Cu. Após um recozimento a 100oC durante 10min em ambiente 20%O2+80%N2, observou-se uma mudança na morfologia superficial em que os aglomerados de fósforo (Po) desapareceram enquanto que os grãos que compunham a imagem não mudaram substancialmente de tamanho após o recozimento. Apesar do desaparecimento dos aglomerados, a concentração de fósforo ainda apresentou valor semelhante ao valor de antes do recozimento (~17-18%). As análises de difração de raios X (XRD) indicaram o aparecimento de um pico de difração alargado ao redor de 22,6º característico de óxido de fósforo (P2O5) com estrutura vítrea amorfa significando que o fósforo em estado puro foi transformado na sua forma oxidada. Por outro lado, picos substancialmente menos intensos de NiO, Ni3P e Si5P6O25 foram observados. Verificou-se também para os filmes recozidos em N2+O2 que a resistividade aumentou para todos os tempos de deposição e o poder termoelétrico medido resultou quase independente do tempo de deposição e, portanto, foi quase independente da espessura do filme para as diferentes temperaturas medidas na faixa de 40 a 120ºC. / Silicon surfaces (100) were initially pre-activated in a diluted hydrofluoric acid solution containing PdCl2. After this step, Cu-Ni-P thin films were chemically deposited using a chemical bath containing 15g/l NiSO4.6H2O; 0.2 g/l CuSO4.5H2O; 15 g/l Na2HPO2.H2O e 60 g/l Na3C6H5O7.2H2O at the temperature of 80°C where NH4OH was added until the pH of the solution reached 8.0. It was observed that the stoichiometric percentages of Ni and Cu varied substantially for deposition time in the range of 1 to 3min, and became practically invariant at 50% and 35%, respectively, when the deposition time was greater than 3min. In addition, the percentage of P remained almost constant at around 17-18% for all the deposition times. The distribution of heights in the FE-SEM images resulted bimodal for times in the range of 1 and 3min where the predominance of the higher average height mode increased substantially for the time of 3min. This fact allowed one to corroborate the superficial morphology passing from smaller grains with diameters in the range of 0.02 to 0.1µm, predominantly composed of Ni to larger grains in the range of 0.1 to 0.3µm with Cu predominant composition. After an annealing at 100°C for 10min in a 20%O2+80%N2 environment, the phosphorus (Po) agglomerates disappeared while the size of the grains did not change substantially after the annealing. Despite the disappearance of the agglomerates, the phosphorus concentration still remained unchanged (~ 17-18%). X-ray diffraction (XRD) analysis showed a broad diffraction peak around 22.6º, which is characteristic of an amorphous vitreous structure (P2O5). In addition, substantially less intense peaks showing small amounts of NiO, Ni3P and Si5P6O25 were observed. It was also verified for the N2+O2 annealed films that the resistivity increased for practically all the deposition times and the measured thermoelectric power was almost independent of the deposition time and, therefore, was also independent of the film thickness for the various temperatures in the range from 40 to 120ºC.

A fotônica em silício é um campo de pesquisas emergente com grande potencial para contribuir com a resolução de alguns dos problemas tecnológicos da atualidade. O gargalo imposto por interconexões metálicas na expansão da taxa de transmissão de dados em sistemas de comunicação como os de computadores de alto desempenho talvez seja um dos maiores desafios a serem superados. A propagação de luz em baixas velocidades de grupo e com controle de dispersão é uma das linhas de pesquisa atuais nas quais se busca explorar de forma mais eficiente as propriedades ópticas do silício, e assim, aumentar a compatibilidade entre componentes fotônicos e a tecnologia CMOS (Complementary Metal- Oxide-Semiconductor) por meio da diminuição das dimensões e do consumo de energia de componentes ópticos ativos. Dessa forma, espera-se diminuir os custos de fabricação e viabilizar a produção em larga escala de dispositivos integrados optoeletrônicos, que poderiam ser utilizados em sistemas de comunicação de curtas distâncias e assim ampliar a largura de banda disponível. Investigações recentes têm demonstrado que a fabricação de dispositivos baseados em cristais fotônicos planares possui grande potencial para controlar simultaneamente a velocidade de grupo e a dispersão, além de permitir a redução do tamanho de elementos como curvas, divisores de potência e cavidades ressonantes devido ao efeito do confinamento dos campos através do bandgap fotônico. Dessa forma, esse trabalho aborda um estudo sobre a integração monolítica entre guias de onda, curvas de 60º e junções em Y que operam em baixas velocidades de grupo e com reduzida dispersão, construídos em cristais fotônicos planares formados por uma matriz periódica de furos em uma membrana de silício suspensa em ar. Essa investigação englobou atividades bastante intensivas, tanto de simulações por métodos numéricos, como de processos de fabricação dedicados à nanofotônica, assim como de caracterizações ópticas. Ao longo das discussões são identificados e analisados os mecanismos que afetaram de forma mais crítica a eficiência dos dispositivos propostos. Também foram avaliados os maiores problemas enfrentados nos processos de fabricação, e suas possíveis soluções foram apontadas. Os resultados demonstraram a possibilidade teórica de realizar tal integração de forma eficiente. O melhor entendimento sobre a relação entre a dispersão e os parâmetros geométricos dos guias de onda permitiram modelar curvas e divisores de potência que exibiram, respectivamente, larguras de banda em torno de 56 e 40 nm, cobrindo regiões do espectro com elevados índices de grupo. Foi possível fabricar cristais fotônicos com uma qualidade próxima das já reportadas na literatura sobre o tema e assim foram estabelecidas bases bastante sólidas para a fabricação de tais dispositivos localmente, sem a necessidade expressa de acessar centros de fabricação no exterior. / Silicon photonics is an emerging research field that has great potential to contribute to solving some of the technological problems nowadays. Maybe, one of the greatest challenges to be overcome is the bottleneck imposed by electrical interconnections in the expansion of the bandwidth of communication systems such as those of high performance computers. Slow light propagation in dispersionless media is a hot topic in the current research fields that seek to more efficiently explore the silicon optical properties, and thus, increase the compatibility between photonic components and CMOS technology by decreasing the footprint and power consumption of active optical components. This way, the manufacturing costs it is expected to be reduced by making the large-scale production of integrated optoelectronic devices feasible, and so, they could be used in short distance communication systems to expand the available bandwidth. Recent researches has also shown that photonic crystal slab waveguides are very promising to simultaneously control group velocity and devices dispersion, as well as in the reduction of the size of elements such as bends, power splitters and nanocavities due to the fields confinement through the photonic bandgap effect. Thus, this work addresses a study of the monolithic integration of slow light and dispersionless waveguides, 60º bends, and Y-junctions fabricated in air-bridge photonic crystal slabs formed by the drilling of a periodic array of air holes in a silicon membrane. The research was accomplished with intensive activities in numerical simulations, as well as in nanophotonic manufacturing processes, and optical characterizations. Throughout the discussions were identified and analyzed the mechanisms that more critically affected the devices efficiency. The major problems faced in the manufacturing processes were also evaluated, and their possible solutions were pointed out. The results demonstrated a theoretical possibility of performing such integration more efficiently. Having a better understandment about the relation between the photonic crystal waveguides geometrical parameters and their dispersion allowed the modeling of bends and power splitters which exhibited 3 dB bandwidths that covered, respectively, ranges around 56 and 40 nm, along spectral regions with very high group indices. It was possible to fabricate photonic crystals with a quality close to those already reported in the literature on this subject and thus, very solid bases were established for the manufacture of such devices locally, without the necessity of accessing manufacturing centers abroad.

A tecnologia dos semicondutores tem exigido materiais alternativos para substituir a silício em aplicações a altas temperaturas, altas potências e altas frequências. O carbeto de silício (SiC) emergiu como um dos sérios candidatos que poderiam operar sob extremas condições. O carbeto de silício é um semicondutor que apresenta uma grande faixa proibida de energia e possui mais de 200 politipos. Dentre esses politipos, a maioria das pesquisas tem sido focada nos politipos hexagonais (4H e 6H) e cúbico (3C). Com o objetivo de desenvolver novos dispositivos baseados em SiC, é importante obter um controle bastante rígido sobre os defeitos nativos e as impurezas no material. Os metais de transição tais como titânio, vanádio e cromo são impurezas residuais comuns que são incorporadas durante o crescimento e podem afetar as propriedades eletrônicas do material. Vanádio e cromo são conhecidos como geradores de centros eletricamente ativos em todos os politipos até agora investigados. Por outro lado , a atividade elétrica das impurezas de titânio dependem do politipo de SiC. Apesar do grande interesse que as impurezas de metais de transição despertam devido a suas aplicações tecnológicas associadas a produção de dispositivos eletrônicos, estudos teóricos, utilizando métodos de energia total, têm sido limitados devido a complexidade destes sistemas. Neste trabalho, realizamos uma investigação teórica das principais propriedades eletrônicas e estruturais das impurezas de Ti, V e Cr nos politipos 3C e 2H de SiC em vários estados de carga. O método utilizado é o FP-LAPW (Full Potential Linearized Augmented Plane Wave), que é baseado na teoria do funcional da densidade, dentro da aproximação da supercélula. As geometrias e estruturas atômicas de Ti, V e Cr assim como suas estabilidades são investigadas. Para cada configuração, os átomos ao redor do sítio da impureza são relaxados de acordo com o esquema de Newton. ) Este é o primeiro estudo de propriedades eletrônicas e estruturais de impurezas de metais de transição em um material semicondutor, dentro de um formalismo de primeiros princípios, onde distorções da rede cristalina são consideradas. Nossos resultados são comparados com os dados experimentais disponíveis na literatura. / Current semiconductor techonology has required alternative materials to silicone, for applications at high temperatures, high powers, and high frequencies. Silicon carbide (SiC) has emerged as one of the leading candidates which could be operated under such extreme conditions. Silicon carbide is a wide band gap semiconductor which has more than 200 know polytypes. From all those polytypes, research has been focused on hexagonal (4H and 6H) and cubic (3C) SiC. In order to develop SiC-based new devices, it is important to achieve a strict control over native defects and impurities in the material. Transitions metals, such as titanium, vanadium, and chromium, are commum residual impurities which are incorporated during growth, and they may affect the electronic properties of the material. Vanadium and chromium are known to generated electrically active centers in all so far investigated SiC polytypes. On the other hand, the electrical activity of titanium impurities depends on the host SiC polytype. Although transition metal impurities in semiconductors have attracted a great deal of interest due to their technological applications in device production, the theoretical studies using total-energy methods have been limited because of the complexity of the systems. In this work we carried a theoretical investigation of the main electronic and structural properties of Ti, V and Cr impurities in 3C and 2H SiC in the neutral and charged states of the impurities. As a method we have used the FPLAPW (Full Potential Linearized Augmented Plane Wave Method) in the supercell approach. The geometries and atomic structures, transitions and formation energies of isolated impurities of Ti, V and Cr were investigated as well their stabilities. For each configuration, the atoms around the impurity site are allowed to relax without any constrains, following the damped Newton scheme. Our results are compared to available experimental data on literature.

Neste trabalho são apresentados os resultados da caracterização dosimétrica de dois diodos especiais de silício, resistentes a danos de radiação, crescidos pelo método epitaxial com vistas a sua aplicação na monitoração em tempo real de feixes de fótons de qualidades de radiodiagnóstico convencional, mamografia e tomografia computadorizada, no intervalo de tensão de 28 kV a 150 kV. Os dispositivos utilizados, um submetido à pré-dose de 200 kGy de raios gama do 60Co no Centro de Tecnologia das Radiações (CTR) do IPENCNEN/ SP, e outro sem qualquer irradiação prévia, foram processados na Universidade de Hamburgo a partir de uma camada epitaxial com 50 μm de espessura. Apenas para comparação, um diodo de Si crescido por fusão zonal padrão foi também estudado. As irradiações foram realizadas no Laboratório de Calibração de Instrumentos (LCI) do IPEN/CNEN-SP, onde está instalado um gerador de radiação X, Pantak-Seifert, Isovolt 160 HS, cujas qualidades de radiação foram verificadas por câmaras de ionização padronizadas. Os diodos foram ligados a um eletrômetro Keithley 6517B em modo fotovoltaico, com a distância do ponto focal do gerador aos diodos mantida em 1 m. Os principais parâmetros dosimétricos das amostras foram avaliados de acordo com a norma IEC61674. Os coeficientes de calibração dos diodos em termos do kerma no ar também foram determinados. Os diodos apresentaram excelente estabilidade de resposta em curto prazo para as qualidades estudadas, com coeficientes de variação em corrente equivalentes e não superiores a 0,3%. O comportamento das fotocorrentes em função da taxa de dose foi linear para os três dispositivos no intervalo de 0,8 a 77,2 mGy/min. As curvas carga-dose obtidas pela integração dos sinais de corrente tornaram evidente a ausência de dependência energética para feixes de mamografia e de radiodiagnóstico até 70 kV. O diodo epitaxial sem pré-dose apresentou maior sensibilidade em corrente e em carga em relação aos demais, com queda neste parâmetro de 8% após receber dose acumulada de 49 Gy. Até este limite de dose, as correntes de fuga dos dispositivos mantiveram-se estáveis em cerca de 0,4 pA ao longo das irradiações, sendo menores por um fator até 104 em relação às correntes em condição de irradiação. A variação da resposta direcional de ambos diodos para o intervalo de ± 5° foi inferior a 0,1 % e seus coeficientes de calibração para os feixes estudados foram determinados a partir dos padrões de referência do LCI. As alterações das características elétricas das amostras em função de danos de radiação foram também estudadas e não revelaram alteração significativa para tensão de polarização nula. Com base nos resultados obtidos até o presente e considerando as recomendações da norma IEC 61674, pode-se afirmar que diodos epitaxiais sem pré-dose e com pré-dose podem ser empregados de forma confiável na dosimetria de feixes de radiação eletromagnética para imagens médicas até o limite de dose acumulada de 10 Gy e acima de 206 kGy, respectivamente. / In this work we report on results obtained with two rad-hard epitaxial (EPI) silicon diodes as on-line dosimeter for diagnostic radiology, mammography and computed tomography, in the 28 kV to 150 kV range. The epitaxial diodes used were processed at University of Hamburg on 50 μm thick epitaxial silicon layer. One sample was not irradiated before using as a dosimeter, while the other received a gamma pre-dose of 200 kGy from 60Co. For comparison, a standard float zone silicon diode was also studied. The samples irradiation was performed using X-ray beams from a Pantak/Seifert generator, model Isovolt 160 HS, previously calibrated with standardized ionization chambers, located at Laboratório de Calibração de Instrumentos of IPEN-CNEN/SP. The diode was connected to an electrometer Keithley 6517B in the photovoltaic mode. Irradiations were carried out with the diodes positioned at 1m from the X-ray tube (focal spot). The main dosimetric parameters of the EPI samples were evaluated in according to IEC 61674 norm. The calibration coefficients of the diode, in terms of air kerma, were also determined. The repeatability was measured with photon beams of all qualities. The current signals induced showed the diodes are stable, characterized by coefficients of variation less than 0.3%. The current response of the unirradiated EPI diode has been shown to be very linear with dose-rate in the range of 0.8 up to 77.2 mGy/min. A linear relation between charge and dose in the whole energy range was observed for the three samples. It is important to notice that for EPI diodes non energy dependence was observed for mammography beams and until 70kV for radiodiagnostic qualities. The unirradiated diode presented sensitivity higher than the others, showing a decrease of 8% in this parameter after accumulated dose of 49.15 Gy. The dark currents were stable about 0.4 pA during the irradiations, value 104 higher than the lowest photocurrents measured. The directional response of both diodes was 0.1% within an angle range of ± 5°. Based on these results, one can conclude that the unirradiated and pre-irradiated EPI diodes can be used as a reliable alternative choice to relative medical imaging photon dosimetry within 10 Gy and 206 kGy of accumulated dose, respectively.