Um novo processo de fabricação de dispositivos de emissão de campo (FE) em silício (Si) é apresentado nesta tese, baseado na potencialidade de utilização da técnica de microusinagem denominada HI-PS (Hydrogen Ion Porous Silicon), que trata da combinação entre processos de implantação de hidrogênio e silício poroso. Por meio do procedimento proposto, foram obtidos dispositivos com 2500 emissores (micropontas de Si) integrados e não integrados ao anodo e contidos em uma área de 2,8 x 2,8 mm² (3,2.10\'POT.4\' pontas/cm²). As micropontas de Si fabricadas apresentaram altura de 10 µm, com diâmetro do ápice em torno de 150 nm. A separação entre os emissores (50 µm), na configuração não integrada dos dispositivos, foi limitada pela resolução da máscara litográfica utilizada. Foram propostas etapas de otimização estrutural das micropontas após sua formação, e aplicadas tanto na configuração do sistema anodo-catodo integrado como não integrado. Como resultado destas etapas, constatou-se a redução do ápice das microestruturas para dimensões inferiores a 100 nm. Os dispositivos FE integrados foram obtidos com uma distância de separação entre o anodo e o catodo de aproximadamente 12 µm, distância definida pelas dimensões da máscara litográfica, porém não limitada pelo processo aplicado. Destacam-se, entre as vantagens da utilização da técnica HI-PS em relação às tecnologias usuais de manufatura dos dispositivos FE, a baixa complexidade do processo proposto e a utilização de apenas uma etapa litográfica para obtenção do sistema anodo-catodo integrado e auto alinhado. Para efetuar as caracterizações dos dispositivos, foram implementados uma câmara de vácuo específica, que permite alterar a distância entre as estruturas do anodo e do catodo não integradas, sem a necessidade de se retirar a amostra da câmara, e três sistemas para ensaios elétricos, sendo um destes sistemas desenvolvido especificamente para caracterização elétrica de dispositivos FE. As caracterizações elétricas foram efetuadas por meio de curvas I-V, I-t e V-d, sendo esta última utilizada para extrair o campo elétrico macroscópico E, que foi utilizado como parâmetro de comparação entre amostras submetidas a diferentes processos de otimização estrutural e de recobrimento superficial dos emissores por Al. Todas as amostras caracterizadas apresentaram variação de corrente exponencial com o potencial aplicado, de acordo com o esperado pela teoria proposta por Fowler-Nordheim (F-N). Dispositivos com otimização estrutural ou deposição de Al apresentaram melhores características de emissão (menor valor de E), de acordo com o aprimoramento do modelo de F-N sugerido na literatura para superfícies otimizadas. Constatou-se, pelos gráficos de F-N, o comportamento diferenciado dos emissores de Si tipo p em comparação com outros materiais, estabelecendo uma relação entre as variações da inclinação da curva traçada às distintas fontes de elétrons do Si. Frente aos resultados obtidos, conclui-se que a técnica Hi-PS é altamente promissora para fabricação de emissores microusinados em Si para aplicações em dispositivos FE. / This thesis presents a new silicon (Si) field emission devices (FE) fabrication process based on the potential of the HI-PS (Hydrogen Ion Porous Silicon) micromachining technique, which is a combination of hydrogen implantation and porous silicon. Devices with 2500 emitters (Si microtips), integrated and non-integrated to the anode, enclosed in an area of 2.8 x 2.8 mm² (3.2 x 10\'POT.4\' tips/cm²), were obtained from the proposed technique. The fabricated Si microtips show 10 µm in height, with apex diameter of about 150 nm. The separation distance between emitters (50 µm), considering the non-integrated devices design, was limited by the resolution of the lithographic mask applied. Microtips structural improvement process steps were proposed and applied in both anode-cathode design (integrated and non-integrated). As a result, a reduction in tip apex diameter to dimensions lower than 100 nm was verified. The integrated FE devices were obtained with an anode-cathode separation of about 12 µm, which distance was defined by lithographic mask dimensions, but not limited by the process applied. The outstanding advantages of the HI-PS technique in comparison with usual technologies for FE devices fabrication are the low complexity of the process proposed and the use of a single lithographic step to obtain a selfaligned and integrated anode-cathode system. A dedicated vacuum chamber, which allows the changing of the separation distance between non-integrated anodecathode structures without the need of removing the sample out the chamber, and three systems for electrical test, being one of them developed specifically for FE devices electrical characterization, were implemented. The electrical characterizations were performed by means of I-V, I-t and V-d curves, being the last one used to extract the macroscopic electrical field E, which was applied as comparison parameter between samples obtained from distinct structural improvement process and samples with emitters surface coated with Al. All samples characterized showed exponential-like behavior of current with the potential applied, as expected from theory proposed by Fowler-Nordheim (F-N). Devices with structural improvement or Al coating showed better emission characteristics (lower E value), according with the modified F-N model suggested in the literature for optimized surfaces. From the F-N plots, the distinct behavior of p type Si emitters was verified in comparison with different materials, establishing a relationship between the slope variations of the curve obtained and the electrons source of the Si. Based on the results obtained, the HI-PS technique is very promising to fabricate Si micromachined emitters for use in FE devices.

Neste trabalho foram fabricados e caracterizados capacitores MOS com camada dielétrica de oxinitreto de silício de diferentes composição química, depositada pela técnica de PECVD a baixa temperatura, com o intuito de estudar suas propriedades dielétricas e de interface visando à aplicação deste material em dispositivos MOS e de filme fino. Os capacitores foram fabricados sobre lâminas de silício do tipo p que passaram pelo processo de limpeza química inicial, seguida da deposição da camada dielétrica, fotogravação, metalização e sinterização. Os filmes de SiOxNy, utilizados como camada dielétrica, foram depositados pela técnica de PECVD à temperatura de 320ºC variando os fluxos dos gases precursores de forma a obter filmes com diferentes composições químicas. Os capacitores MOS foram caracterizados por medidas de capacitância e corrente em função da tensão, de onde foram extraídas a densidade de estados de interface, a densidade de carga efetiva, constante dielétrica e campo elétrico de ruptura dos filmes. Os resultados mostraram uma variação linear da constante dielétrica do filme em função da concentração de nitrogênio, indo do valor de 3,9, correspondente ao dióxido de silício estequiométrico (SiO2) à 7,2 correspondente ao nitreto de silício estequiométrico (Si3N4). Também observamos que o nitrogênio é uma barreira eficiente à difusão de impurezas através do dielétrico. Porém, notamos uma grande dispersão de duas ordens de grandeza nos valores da carga efetiva (Nss) e de densidade de estados de interface (Dit). Por outro lado, controlando algumas variáveis de forma a manter constante o valor de Nss ( ~1012 cm-2), observamos uma variação de Dit em função da concentração de nitrogênio no filme, esta variação porém é pequena comparada com a dispersão de duas ordens de grandeza observada, que atribuímos assim a fatores externos. O menor valor obtido de Dit foi de 4,55.1010 eV-1.cm-2, que é ótimo para um filme obtido por PECVD, sem nenhum tratamento térmico e melhor que os reportados na literatura para dielétricos obtidos por técnicas que utilizam altas temperaturas (LPCVD-800ºC e oxinitretação térmica – 1100ºC). Assim, podemos concluir que a técnica de PECVD é promissora para a obtenção de dielétricos a baixas temperaturas. / In this work, MOS capacitors with different chemical composition silicon oxynitride insulating layer, deposited by PECVD technique at low temperature were fabricated and characterized, in order to study its dielectric and interface properties, seeking its aplication as insulating layer in MOS and thin films devices. The MOS capacitors were fabricated onto p-silicion wafers previously cleaned by a standard process, followed by the insulating layer deposition, photolitography, metalization and sinterization. The SiOxNy insulating layer was deposited by the PECVD technique at 320ºC changing the precursor gases flows to obtain films with different chemical compositions. The MOS capacitors were characterized by capacitance and current vs. voltage measurements, from where the interface state density (Dit), the effective charge density (Nss), the dielectric constant (k) and the film electrical breakdown field (Ebd) were extracted. The results showed a dielectric constant varying linearly as a function of the films nitrogen concentration, going from a value of 3.9, corresponding to stoichiometric silicon dioxide (SiO2) to a value of 7.2, corresponding to stoichiometric silicon nitride film (Si3N4). We also observed that nitrogen is an efficient diffusion barrier against contaminants. However, a large dispersion, about two orders of magnitude, in the effective charge and in the interface state density was observed. On the other hand, controlling some variables so as to keep the Nss value constant (~1012 cm-2) we observed a Dit variation as a function of the film nitrogen concentration, this variation is small when compared with the observed dispersion of two orders of magnitude, thus attributed to external factors. The smallest obtained Dit was 4.55.1010 eV-1.cm-2, which is unexpected for a PECVD film without any anealing process and is better than the values reported in the literature for dielectrics obtained at high temperatures techniques (as LPCVD – 800ºC and thermal oxynitridation – 1100ºC). Therefore, we can conclude that the PECVD technique is promising for obtaining low temperature dielectrics.

Nanopartículas luminescentes de silício poroso (NPSi) foram projetadas e preparadas por métodos de corrosão eletroquímica seguidas de ultrasonicação, em substratos de silício tipo-p, dopados com boro e com resistividades que variam de 10-20 e 1-10 ômega cm em soluções eletrolíticas compostas por ácido fluorídrico (HF) em etanol absoluto (C^2H^5OH). As condições de processamento envolvem a variação da densidade de corrente \"J\" tempo de anodização \"t\" e o controle da concentração do HF. Técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de absorção UV-Vis, espectroscopia de fluorescência, difração de raios-X e medidas de potencial zeta e tamanho de partícula foram usados para investigar as propriedades morfológicas e ópticas do material resultante. Nanopartículas com diâmetros de até 150 nm foram obtidas após filtragem através de filtros de membrana. A oxidação química em soluções de peróxido de hidrogénio e ácido sulfúrico permitiu a obtenção de Nanoparticulas com emissão de fluorescência na região verde (532 nm), vermelho (630 e 650 nm) e infravermelho próximo (862 e 980 nm) do espectro eletromagnético. A associação de NPSi com RGDfV foi estudada por espectroscopia de ressonância magnética nuclear de próton (H-RMN). Um aumento na distribuição do tamanho e a intensidade de fluorescência foi observado após a funcionalização com RGDfV. Os efeitos citotóxicos do RGDfV e NPSi foram confirmados por ensaios de viabilidade celular pelo método MTT usando células de melanoma murino B16-F10 como modelo biológico. Estudos iniciais de internalização de PcCIAI por eletroporação foram realizados para futuros estudos de transfecção de moléculas de interferência (siRNA). / Luminescent porous silicon nanoparticles (NPSi) were synthesized by electrochemical etching followed by ultra-sonication of 1-10 and 10-20 ohm.cm resistive p-type silicon wafers in electrolytic solutions composed by hydrofluoric acid (HF) in absolute ethanol (C2H5OH), by changing current density (J), etching time (t) and HF concentration. Scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction, dynamic ligth scattering (DLS), zetasize measurement, UV-Vis absorption spectroscopy and fluorescence spectroscopy were used to investigate the morphological and optical properties of the resulting material. Nanoparticles with diameter up to 150 nm were obtained after filtered through filtration membrane. The chemical oxidation in oxidizing solutions composed by hydrogen peroxide in sulfuric acid allowed the isolation of nanoparticles with fluorescence properties as expected, with emission in green (532 nm), red (630 and 650 nm) and near infrared (862 and 980 nm) region of the electromagnetic spectrum. The association of NPSi with RGDfV was studied by nuclear magnetic resonance spectroscopy (H-NMR). The increase on size distribution and fluorescence intensity was observed after functionalization with RGDfV. The citotoxicity effects of RGDfV and NPSi was confirmed by MTT assays using B16-F10 melanoma murine cells, as a biological model. Initial studies of internalization PcClAl by electroporation were performed for future studies of transfection of interfering molecules (siRNA).

A síntese, caracterização e propriedades de um novo compósito xerogel formado por óxido de vanádio e óxido de silício, com alta concentração de vanádio foi o objetivo deste trabalho. O compósito xerogel foi obtido mediante a formação de uma rede complexa envolvendo a condensação de polioxovanadato em meio aquoso com concomitante hidrólise e condensação de um alcóxido de silício. Conseqüentemente, este método possibilitou a obtenção de um material multicomponente homogêneo, no qual a rede Si O Si está interpenetrada com as cadeias poliméricas V-O- V e V-OH-V, promovendo uma solubilidade mútua, devido a formação de ligações cruzadas. Além disso, resultados experimentais apontam que, mesmo após a imobilização em matriz de sílica, a estrutura bi-dimensional, bem como as propriedades eletroquímicas do xerogel de pentóxido de vanádio são preservadas. A atividade catalítica do material obtido também foi avaliada na oxidação do cicloocteno e do estireno na fase líquida. O compósito xerogel V2O5/SiO2 obtido com tetraetiltrietóxisilano (TEOS), mediante catálise básica, o qual apresentou área superficial elevada (324 m2/g), e apresentou atividade catalítica em reações de oxidação do estireno e do cicloocteno na presença de PhIO como doador de oxigênio. Contudo, estes materiais apresentaram propriedades eletroquímicas inferiores as do xerogel de pentóxido de vanádio. Por outro lado, o comportamento eletroquímico óxido misto obtido com metiltrietóxisilano (MTES) é muito similar ao xerogel de V2O5; apresentando picos reversíveis ( par redox VV/IV: xe- + xLi+ + V2O5.nH2O ? LixV2O5.nH2O, em solução de LiClO4 0,1 mol.L -1 em acetonitrila). Além disso, a resposta eletroquímica á estável mesmo após sucessivos ciclos de oxidação e redução. Um aspecto interessante é que este compósito é formado por partículas esféricas de sílicas recobertas por xerogel de pentóxido de vanádio Neste contexto, pode-se afirmar que, o método empregado mostrou-se extremamente atrativo devido a sua simplicidade de realização, além de possibilitar um novo método de obtenção de materiais com potencial aplicação como dispositivos eletroquímicos, baterias, catalisadores e sensores químicos. / The synthesis, characterization and properties of new vanadium oxide silicon oxide composite xerogels with high vanadium content through formation of a complex network involving the condensation of polyoxovanadates in aqueous solution with concomitant hydrolysis and condensation of the silica alkoxide precursor have been the goal of this work. As a consequence, this procedure generated a homogeneous multicomponent material, in which Si-O-Si network is interpenetrated with V-V and V-OH-V polymeric chains, where a mutual \"solubility\" due to cross-links and entanglements was observed. In addition, the experimental data evidence that the vanadium pentoxide xerogel embedded in silica retains its bi-dimensional structure as well as its electrochemical properties. Besides, the catalytic activity of this material was evaluated in the oxidation of the cyclooctene and styrene in liquid phase. V2O5-SiO2 composite xerogels obtained from tetraethoxysilane under basic catalysis, present high surface area (324 m2/g) and have catalytic activities in alkene oxidation in the presence of PhIO as oxygen transfer agent and cyclooctene and styrene as substrates. However, these materials do not present a remarkable electrochemical property as evidenced by cyclic voltammetry. In contrast, the voltammetric behavior of the composites xerogel prepared with methyltriethoxysilane is quite similar to that found for V2O5 xerogel; showing reversible peaks (VV/IV redox pair: xe- + xLi+ + V2O5.nH2O LixV2O5.nH2O, in acetonitrile solutions containing 0.1 M LiClO4). Besides, the electrochemical response is stable under several successive redox cycles (over 50). An interesting feature is that is formed by silica spherical particles (4 to 8 micra) covered with V2O5 continuous polymeric network. Therefore, the synthetic approach applied in this study is extremely attractive due to its simplicity and can provide new strategies for tailoring new materials for electrochromic devices, batteries, catalysis and chemical sensing.

O comportamento dos materiais cerâmicos quanto à resistência ao choque térmico é um tema de grande interesse, devido às aplicações em que a confiabilidade frente a variações bruscas de temperatura é necessária. Neste trabalho foi estudado como a variação na proporção dos aditivos Y2O3:Al2O3 e diferentes parâmetros no processamento do carbeto de silício sinterizado via fase líquida como, tipo e temperatura de sinterização, podem influenciar na resistência ao choque térmico deste material. As misturas foram preparadas com 90%SiC+10%Y2O3:Al2O3 em mol, variando as proporções molares dos óxidos entre 2:1 e 1:4, com e sem prévia reação dos aditivos. As misturas foram compactadas e sinterizadas em forno resistivo de grafite nas temperaturas de 1750°C, 1850°C e 1950°C e, por prensagem a quente, a 1750°C e 1850°C, sendo avaliadas quanto à densificação. Após análise dos resultados preliminares, a sinterização sem pressão e as misturas com proporções 1:3 e 1:4 de Y2O3:Al2O3 previamente reagidos foram selecionadas para o estudo da resistência ao choque térmico. Os ciclos térmicos foram realizados com aquecimento em temperaturas de 600°C, 750°C e 900°C e resfriamento brusco em água em temperatura ambiente. A avaliação das amostras quanto à resistência ao choque térmico, feita por meio da determinação de módulo de elasticidade, porosidade, resistência à flexão e por análise microestrutural de trincas. As amostras sinterizadas na temperatura de 1950°C são as que apresentam o melhor desempenho em relação à resistência ao choque térmico, enquanto a variação na proporção Y2O3:Al2O3 de 1:3 para 1:4 não altera significativamente esta propriedade. Nas condições utilizadas, a temperatura máxima de aplicação do SiC sinterizado via fase líquida deve ser limitada a 750°C, permitindo seu uso como trocadores de calor, rolamentos, mancais de bombas submersas, turbinas a gás e sensor de motores automotivos e aeronáuticos. / The behavior of ceramic materials towards thermal shock resistance is a topic of great interest, due to applications in which the reliability against sudden temperature variations is required. In this thesis, it was studied how the variation in the proportion of Y2O3:Al2O3 additives and different parameters on the processing of liquid phase sintered silicon carbide may influence thermal shock resistance of this material. Samples were prepared with molar composition 90%SiC+10%Y2O3:Al2O3, by varying oxides molar proportion between 2:1 and 1:4, with and without previous reaction of the additives. Mixtures were compacted and sintered in a resistive graphite furnace at 1750, 1850 and 1950°C, and by hot pressing at 1750 and 1850°C, and evaluated for densification. After analysis of the first results, pressureless sintering and the mixtures with proportions of 1:3 and 1:4 of previously reacted Y2O3:Al2O3 were selected for the study of thermal shock resistance. Thermal cycles were performed by heating at temperatures of 600, 750 and 900°C and sudden cooling in water at room temperature. The evaluation of samples regarding thermal shock resistance was conducted by determination of elasticity modulus, porosity, flexural strength and microstructural analysis of the cracks. The samples sintered at 1950°C temperature are those that exhibit the best performance in relation to thermal shock resistance, while the variation in the proportions Y2O3:Al2O3 from 1:3 to 1:4 do not significantly change this property. Under the conditions used, the maximum temperature for liquid phase sintered SiC application must be limited to 750°C, which allows its use as a component of heat exchanges, bearings, pump bearings, gas turbines and sensors of automotive and aeronautical engines.

Este trabalho trata do estudo teórico atomístico das conformações da molécula de estireno sobre a superfície de Si(100)(2xl):H. Estudamos a molécula fisissorvida e quimissorvida sobre esta superfície. Os cálculos foram realizados através de Dinâmica Molecular Clássica. Nós reparametrizamos o Universal Force Field (UFF) com base em cálculos ab initio para sistemas modelo, e comparação a dados experimentais. Nossos resultados indicam que no processo de fississorção a região de vale da superfície é preferencial, e ocorre formação de agregados de moléculas antes do contato com a superfície. Quando passamos à análise da quimissorção de uma molécula, a região de vale permanece sendo o sítio preferencial para a posição do grupo vinil. Para as conformações de linhas de estireno, a estrutura mais estável tem todas as moléculas dispostas sobre a região de vale (ordenamento tipo \"pilha-1r\"); identificamos também outra estrutura, quase degenerada em energia, na qual o grupo vinileno se dispõe em conformação tipo \"espinha de peixe\", alternando entre a região de vale e sobre o dímero. / In this work we present a theoretical study of ,the conformation of styrene molecules on the Si(100)(2xl):H surface. We studied the conformations for styrene molecules physisorbed and chemisorbed on this surface. The study was conducted by Classical Molecular Dynamics. We performed a re-parametrization of the Universal Force Field (UFF), based on ab initio calculations for model structures, and comparison to experimental data. Our results show that for the physisorbed situations, the styrene molecules preferentially interact with the surface valley. We also identified that the molecules aggregate in clusters before reaching the surface. The valley is again the region of lowest energy for the vinylene position, for chemisorption of a single styrene molecule on the monohydride surface. For systems where we have a styrene layer chemisorbed on the dimer row, the most stable structure has ali the molecules arranged on the valley region o f the surface ( 1r -stack); we find another structure, almost degenerate in energy, in which molecules arrange in a herringbone- like configuration, with the vinylene group alternating between the valley and dimer regions.

Visando compreender os fluxos na fase líquida do crescimento de silício pelo método Czochralski, é feita a Simulação Numérica do silício fundido, resolvendo-se as equações que governam o fenômeno da convecção forçada no fluido: Balanço de Quantidade de Movimento e Balanço de Massa. A técnica numérica escolhida é a de Elementos Finitos, onde é utilizada a formulação de Galerkin, com aproximações quadráticas nas componentes da velocidade e linear na pressão. A partir de várias combinações de rotações cadinho-cristal, os perfis de velocidade obtidos são analisados com relação aos efeitos de incorporação de impurezas e/ou dopantes no cristal em crescimento. / In order to visualise the flow conditions during crystal growth of Silicon by the Czochralski technique, a numerical simulation is done. It is used the Finite Element Method with the Galerkin Formulation , and with quadratic approximations on the components of the velocity and linear approximations on the pressure. Many combinations of crystal and crucible rotations are analised and discussed considering optimal growth conditions.

Hoje em dia na indústria automobilística há uma grande necessidade em diminuição de custos e de peso no carro e isso pode ser o diferencial na concorrência da indústria automobilística. A substituição de materiais pesados por materiais mais leves é uma tendência mundial na indústria automobilística, além disso, existe também a necessidade de diminuir as etapas de processo. O tratamento térmico é uma etapa que tem um gasto muito grande de energia consequentemente é uma etapa muito cara do processo e ligas não tratáveis termicamente pode acarretar em economia de processo. O cabeçote de motor é uma parte importante do carro e o uso é em altas temperaturas em tempos elevados, esta peça é uma peça fundida sobre pressão para motores movido a álcool ou/e gasolina e geralmente feita de liga de alumínio com tratamento térmico, este trabalho estudou uma liga de alumínio com alto teor de cobre, para isso foi necessário a caracterização da liga com envelhecimento a temperaturas de trabalho do motor e verificou-se o que acontece com as propriedades mecânicas da peça. / Nowadays, there is a huge need in reduce the costs and the weight of cars, which could be a differential in the competition of the automotive industry. The substitution of heavy materials for lighter materials is a world tendency in the automotive industry, besides that, there is a need in reduce the stages of the process. The thermal treatment is a stage that has a high cost of energy, consequently, it is the more expensive stage of the process and alloys, that cannot be treated thermally, can result in economy of process. The cylinder head is an important part of the car and it is used in high temperatures for a long period. This piece is fused on pressure for engines that use ethanol or/and gasoline, generally, it is made by aluminum alloys with thermal treatment, this project was made by the study of an aluminum alloy with high content of copper, to make it happen, was necessary the characterization of the alloy with aging to temperatures of engine\'s work, it was found what happens to the mechanics properties of the piece.

A demanda por energia fotovoltaica vem aumentando a razão de mais de 20% ao ano no mercado internacional nos últimos dez anos. O silício com pureza entre 99,999% e 99,99999% é utilizado na fabricação de células fotovoltaicas. O silício metalúrgico tem pureza entre 98,5% e 99%. Este estudo visa investigar o refino a vácuo como um processo alternativo de menor custo para se obter o silício para células fotovoltaicas. Este processo pode remover o fósforo do silício, que é um dos elementos prejudiciais à célula fotovoltaica. Isso permitiria agregar valor à produção brasileira de silício metalúrgico, que alcança um preço de aproximadamente US$2,5 por quilo, enquanto o silício para células fotovoltaicas varia entre US$20 e 60 por quilo. Foram realizados experimentos de fusão em forno de indução a vácuo, variando parâmetros como temperatura, tempo e pressão. O teor de fósforo caiu de 33 ppm para cerca de 0,1 ppm e os resultados foram comparados com um modelo matemático da literatura. Conclui-se que o refino por este processo é tecnicamente viável. / The demand for photovoltaics is increasing at a ratio over 20 % per year in the international market in the last ten years. Silicon with purity of 99.999 % and 99.99999 % is used in the manufacture of photovoltaic cells. The purity of metallurgical silicon is between 98.5% and 99%. This study aims to investigate the vacuum refining process as a lower cost alternative to obtain silicon for photovoltaic cells. This process can remove phosphorus from silicon, which is a harmful element to the photovoltaic cell. This would add value to Brazilian production of metallurgical silicon, that reaches a price of approximately U.S.$ 2.5 per kilogram, while the silicon for photovoltaic cells varies between U.S.$ 20 and 60 per kilo . Melting experiments were performed in a vacuum induction furnace by varying such parameters as temperature, time and pressure. The phosphorus content dropped from 33 ppm to about 0.1 ppm and the results were compared with a mathematical model from literature. It is concluded that refining of this process is technically feasible.

A busca por materiais catalíticos fora dos metais de transição foi o objetivo dessa tese. Principalmente se considerarmos a escassez dos metais nobres como matéria prima para a catálise de moléculas diatômicas, em especial o oxigênio e o óxido de nitrogênio. A primeira molécula está diretamente relacionada com à obtenção de energia em células a combustível, especificamente, o ânodo das células a combustível. A segunda molécula está relacionada diretamente a eletroredução de íons nitrato, ou seja, na formação de uma molécula diatômica muito estável quimicamente e muito tóxica. Por isso foi utilizada a DFT (Teoria do Funcional da Densidade) para a realização de diversas simulações a 298,15K e 1 atm, com moléculas no estado gasoso de porfirinatos de silício (IV) reagindo com O2 e NO para a confirmação catalítica dos porfirinatos. Para isso foram utilizados os conjuntos de base 3-21G, 6-31G, 6-31G* e 6-31G(d), que mostraram tendências catalíticas dos porfirinatos estudados. Assim, por exemplo, pode-se evidenciar a tendência de hidrólise do porfirinato de silício (IV) através dos cálculos, já observado e demonstrado através de medidas experimentais. Porfirinatos de silício (IV) e octaetilporfirinatos de silício (IV) mostram a mesma tendência de formação de ligação química com O2 , forma de \"ponte\", diferenciando nos valores absolutos de DG e DH, e na ligação do O2 com o anel porfirínico. Com porfirinato, o oxigênio ligou-se com o silício e com o carbono meso; já com o octaetilporfirinato, o O2 ligou-se com o silício e com o nitrogênio do anel, promovendo uma ruptura de ligação entre o silício (presente no centro das porfirinas) e o nitrogênio do anel. A mesma tendência foi observada quando foram adicionadas hidroxilas nos carbonos meso do anel porfirínico, demonstrando que a presença de grupos doadores de elétrons nos carbonos meso não fortalece as ligações silício e nitrogênio presentes no sistema, e um átomo de cloro como contra-íon também não influencia no resultado final da reação. Quando reagimos o sistema com hidrogênio, observa-se a formação de duas moléculas de água fracamente ligadas ao sistema. Octaetilporfirinato de silício (IV) reagiu apenas com duas moléculas de NO, sendo observado a formação de uma estrutura pentagonal sobre o silício, rompendo-se duas ligações entre silício e nitrogênio do anel porfirínico. Quando colocado hidroxilas e cloro no sistema octaetilporfirinato de silício (IV), observou-se a reação apenas com uma molécula de NO, ligada ao nitrogênio do anel, sem a formação de NO+, comum em sistemas porfirínicos cujo átomo central é ferro, por exemplo. Também observou-se a tendência de formação do íon amônio e água, quando é colocado no sistema moléculas de hidrogênio para reagir com o NO preso ao anel porfirínico. Na prática, tanto os porfirinatos de silício (IV) quanto os octaetilporfirinatos de silício (IV) possuem contra-ions, sendo o mais comum o cloreto. Por isso, o estudo da labilidade do íon cloreto com as moléculas estudadas foi de fundamental importância na determinação da tendência desses sistemas. Assim pode-se inferir, por exemplo, que o cloreto é substituído pela molécula de oxigênio numa reação entre esses dois reagentes. Para finalizar, CO e H2 não reagiram com os porfirinatos de silício (IV), mostrando uma forte tendência à repulsão, devido à diferença de fase nos orbitais atômicos. / The search for catalytic materials out of the transition metals was the objective of this thesis. Mainly if we consider the scarcity of noble metals as raw materials for the catalysis of diatomic molecules, especially oxygen and nitrogen oxides. The first molecule is directly related to the getting of energy in fuel cells, specifically, the anode of the fuel cells. The second molecule is related directly to the electroreduction of nitrate ions, in other words, in the formation of a very stable diatomic molecule and also very poisonous. Therefore, DFT was used (Density Functional Theory) for the accomplishment of several simulations, at 298,15K and 1 atm, with molecules in the gaseous state of silicon porphyrinatos (IV) reacting with O2 and NO for their catalytic confirmation. For that, the bases 3-21G, 6-31G, 6-31G * and 6-31G(d) were used to study the catalytic tendencies of the porphyrinatos here studied. For instance, the tendency of hydrolysis of silicon porphyrinato (IV) can be evidenced through theoretical calculations, as already observed and demonstrated through experimental works. Silicon porphyrinatos (IV) and silicon octaethilporphyirinatos (IV) showed the same tendency of forming a chemical bond with O2. They form a \"bridge\" changing the absolute values for DG and DH, and form a O2 bond with the porphyrinic ring. With porphyrinatos, the oxygen binds to silicon and to meso carbon; but with octaethilporphyirinato, the O2 binds to silicon and to the nitrogen of the ring, promoting a rupture between the silicon (present in the center of the porphyrins) and the nitrogen of the ring. The same tendency was observed when hydroxyls were added in the meso carbons of the porphyrinic ring showing that the presence of donor groups of electrons in the meso carbons does not strengthen the silicon and nitrogen bonds presented in the system, and a chlorine counter-ion does not influence the final result of the reaction as well. When we reacted the system with hydrogen, the formation of two weak molecules of water bound to the system is observed. Silicon octaethilporphyrinato (IV) just reacted with two NO molecules, and was observed the formation of a pentagonal structure on silicon breaking two bonds between silicon and nitrogen of the porphyrinic ring. When one puts hydroxyls and chlorine in the system silicon octaethilporphyrinato (IV), the reaction was only observed with a molecule of NO bound to the nitrogen of the ring without the formation of NO+ common in porphyrinic systems where the central atom is iron, for example. Also, it was observed the tendency of formation of the ammonium ion and water when we put in the system molecules of hydrogen to react with the NO linked to the porphyrin ring. In practice, as the silicon porphyrinatos (IV) as the silicon octaethilporphyrinatos (IV) possess counter-ions, where the most common is with chloride. Therefore, the study of the lability of the ion chloride with the studied molecules was of fundamental importance in the determination of the tendency of these molecular systems. From there, for instance, we could observe that the chloride is substituted by the oxygen molecule in a reaction between the two reactants. To conclude, CO and H2 did not react with the silicon porphyrinatos (IV) showing a strong tendency to repulsion due to the phase difference in the atomic orbitals.