Orientador: Leonardo Theodoro Büll / Co-orientador: João Carlos Cury Saad / Banca: Dirceu Maximino Fernandes / Banca: Takashi Muraoka / Resumo: Efeitos benéficos da adubação com silício (Si) têm sido observados em várias espécies vegetais, especialmente quando submetidas a estresse biótico ou abiótico. A utilização agronômica de resíduos provenientes do processo siderúrgico (ricos em silício) é uma alternativa hoje em dia bastante viável - são aproveitadas as características do material que podem levar à correção da acidez, incremento nos níveis de cálcio e magnésio, aumento da disponibilidade de fósforo, ferro e manganês, redução da toxicidade de alumínio, além de contribuir para a diminuição do impacto desses resíduos no meio ambiente. Este trabalho objetivou avaliar os efeitos da aplicação de Si, proveniente de resíduos de siderurgia, na nutrição, tolerância ao déficit hídrico no ajustamento osmótico, crescimento de plantas e aporte de matéria seca de seis espécies de plantas forrageiras: aveia preta (Avena strigosa Schreb), feijão-guandu (Cajanus cajan), Brachiaria decumbens, Brachiaria ruziziensis, milheto (Pennisetum americanum), crotalária (Crotalaria juncea). As plantas foram cultivadas sob três regimes de umidade no solo - plantas sem estresse hídrico, estresse moderado e estresse intenso. O ensaio foi instalado em casa de vegetação em delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial duplo (5 × 3) considerando-se cinco doses de Si (0; 242; 484; 968 e 1452 kg.ha-1), três manejos hídricos correspondentes a irrigar quando a tensão de água no solo atingir -0,0232, -0,0484 e -1,5 Mpa, e seis espécies de forrageiras, acima descritas. Os parâmetros analisados foram: Análise do Resíduo Utilizado como Fonte de Si; Caracterização Química do Solo Utilizado; Massa de Matéria Seca; Teores Foliares de Macronutrientes e Silício e Teores de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Beneficial effects of silicon fertilization (Si) have been observed in grass plants (silicon "accumulator" plants) especially under biotic or abiotic stress. The agricultural use of metallurgy slag, that presents a high level of Si, represents a viable alternative for reducing waste impacts on environment and for Soil-Plant System - are taken advantage of the material characteristics, leading to soil acidity correction, uptake in levels of calcium and magnesium, increase in availability of phosphorus, iron and manganese, reduction of aluminum toxicity. The aim of this work was to evaluate the effect of Si application, from metallurgy slag, on nourishment, drought tolerance, development of plants and dry matter uptake, of six forage plants species: black oat (Avena strigosa Schreb), pigeon pea (Cajanus cajan), Brachiaria decumbens, Brachiaria ruziziensis, pear millet (Pennisetum americanum) and sun hemp (Crotalaria juncea). Plants were cultivated under three soil moisture conditions - plants without stress, moderate stress and intensive stress. The experiment was carried out in a greenhouse, in the Soil Science Department, São Paulo State University, Botucatu, Brazil, in a completely randomized factorial design, with five doses of Si (0, 242, 484, 968 and 1452 kg ha-1), three water management systems, corresponding to irrigate when soil water tension reached -0.0232, -0.0484 and -1.5 MPa and six forage plants species. Were evaluated the following parameters: analysis of the slag used as Si source; soil chemical characterization; dry matter production; macronutrients, micronutrients and Si contents in leaves and soil, besides the biochemical parameter related to activity of Superoxide Dismutase (SOD). The use of metallurgy slag as an... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Renato de Mello Prado / Coorientador: Aguinaldo José Freitas Leal / Banca: Jairo Osvaldo Cazetta / Banca: Fábio Olivieri Nobile / Resumo: A resposta das brássicas ao nitrogênio amoniacal na solução nutritiva pode ser potencializada com adição de silício na solução, dependendo da espécie cultivada. Objetivou-se avaliar a interação do amônio com silício sobre a nutrição, fisiologia e desenvolvimento de plantas de brócolis e repolho. Utilizou-se do delineamento inteiramente casualizado, com 4 repetições, em esquema fatorial 5 x 2, correspondendo a cinco concentrações de amônio (1,3; 2,7; 5,5; 8,3 e 11,1 mmol L-1) na ausência e na presença de silício (1,0 mmol L-1). Foram realizadas as seguintes avaliações: índice de cor verde, acúmulo de nitrogênio, potássio, cálcio, magnésio e silício, na raiz e na parte aérea, fotossíntese, condutância estomática, transpiração, diâmetro de caule, área foliar, massa de matéria fresca e seca da parte aérea e seca da raiz. O fornecimento de Si na solução nutritiva potencializa a resposta em crescimento das plantas de brócolis ao amônio, não havendo efeito em repolho. Para o cultivo do brócolis e do repolho, são indicadas as concentrações de amônio de 8,6 e 7,3 mmol L-1, respectivamente, associadas ao silício apenas para o brócolis / Abstract: The response of the brassica to ammonia nitrogen in the nutrient solution can be enhanced with the addition of silicon in the solution depending on the cultivated species. It aimed to evaluate the interaction of ammonium with silicon on nutrition, physiology and development of plants in two brassicas. A completely randomized design with four repetitions was used in a factorial 5 x 2, corresponding to five ammonium concentrations (1.3, 2.7, 5.5, 8.3 and 11.1mmol L-1) in absence and presence of silicon (1.0 mmol L-1). The following evaluations were performed: green index, accumulation of nitrogen, potassium, calcium, magnesium and silicon, in the root and shoot, photosynthesis, stomatal conductance, transpiration, stem diameter, height, leaf area, fresh and dry weight of shoot and root. Nutritive solution Si supply enhances broccoli plants growth response to ammonium, with no effect on cabbage. For broccoli and cabbage cultivation, ammonium concentrations of 8.6 and 7.3 mmol L-1 are indicated, respectively, with silicon association only for broccoli / Mestre

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.

Orientador: Maria Glória Caño de Andrade / Resumo: Este trabalho é baseado no estudo do comportamento de um diodo PIN de multicamadas utilizado como célula solar. Esse estudo é desenvolvido por meio de simulações em ambiente virtual, validada a partir de dados experimentais, e tem como foco principal o comportamento da geração de corrente pelo dispositivo, tanto na interação entre o dispositivo e uma determinada faixa do espectro luminoso, como na influência que as alterações nas dimensões dessa célula solar podem trazer na tensão gerada. O diodo PIN proposto encontra-se em uma lâmina SOI (Silicon On Insulator) com uma potencial aplicação destinada para a alimentação de circuitos que necessitam de ultrabaixa potência (ULP – Ultra Low Power), tais como sensores de campo para monitoramento e circuitos subcutâneos para monitoramento médico. É construído por uma camada dupla com diferentes semicondutores (silício e germânio) e, através de alterações em sua estrutura (mudança dos materiais e das dimensões), será verificado o comportamento dos principais parâmetros de uma célula solar, tais como fator de forma (FF), corrente fotogerada, tensão de circuito aberto, corrente de curto-circuito, tensão e corrente de trabalho e potência gerada pelo dispositivo. Adicionalmente, é também analisado o comportamento de penetração e absorção do espectro luminoso na célula solar e a existência de alterações nos parâmetros medidos quando há alteração na posição das camadas de semicondutores, com a finalidade de demonstrar que o incremento de uma... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work is based on the study of multilayer PIN diode used as a solar cell. This study was developed through simulations in a virtual environment with the main focus of the generation current by the device so much in the interaction between the device and a range of the light spectrum as well as in the influence the changes in the dimensions of the solar cell may bring in the voltage generated. It is composed of a double layer with different semiconductors (silicon and germanium), and though changes in its structure (materials and dimensions change), it will be verified the behavior of main parameters of a solar cell, such as Fill Factor (FF), photogenerated current, open-circuit voltage, short circuit current, work voltage and work current and the generated power will by the device. Additionally, it was also verified the behavior of the penetration and absorption of the light spectrum in the solar cell, and the existence of changes in the measured parameters when there is a change of position in the semiconductor layers, to demonstrate that the increase of a germanium layer may bring to the device concerning entirely silicon device. The results obtained indicate that there was an increase in the photogeneration when the germanium layer is positioned above the silicon layer. This way, this work demonstrates that small changes in the construction and the thickness of the lateral PIN diode used as a solar cell provide an increase in efficiency of more than 136% when comparing... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Neste trabalho filmes finos de silício amorfo hidrogenado (a-Si:H) foram depositados no reator magnetron sputtering do laboratório de sistemas integráveis (LSI), a temperaturas menores que 100 °C, pela introdução do gás hidrogênio junto com o de argônio para pulverização de um alvo de silício policristalino. As condições de deposição investigadas estão compreendidas em pressões totais de 5 e 10 mTorr para as quais a potência de RF variou de 150 a 300 W, para a menor pressão, e de 200 a 300 W, para a maior pressão, sendo que para cada condição de potência a concentração de hidrogênio nos gases de descarga variou de pelo menos 0 % a no máximo 60 %. Como os substratos utilizados foram carbono vítreo, lâminas oxidadas de silício e placas de vidro para microscópio óptico os filmes depositados sobre o carbono foram caracterizados por RBS, os depositados sobre as lâminas oxidadas de silício por FTIR e medidas IV e os depositados sobre o vidro por espectroscopia de absorção óptica na região do ultravioleta-visível. A caracterização RBS forneceu informações tanto sobre o tipo e quantidade de impurezas eventualmente incorporadas durante a deposição como sobre a densidade superficial do silício que permitiu a obtenção da densidade volumétrica pela utilização dos parâmetros de espessura obtidos pela técnica de perfilometria. Através da análise dos espectros FTIR o hidrogênio incorporado pode ser quantificado na forma de mono e polihidretos de silício. As medidas IV foram realizadas através de contatos de alumínio, evaporados sobre os filmes, para a obtenção tanto da condutividade de escuro como da fotocondutividade e a análise dos espectros de absorção óptica dos filmes permitiu a obtenção tanto dos valores de energia do gap óptico, pelo método Tauc, como do parâmetro B que é inversamente proporcional à largura da cauda das bandas de valência e de condução que por sua vez aumentam com o aumento da densidade de defeitos dos filmes. Desta forma os filmes que apresentaram as maiores fotosensibilidades (razão entre a fotocondutividade e a condutividade de escuro), consideradas para a escolha dos melhores resultados, foram os depositados a 10 mTorr uma vez que eles apresentam uma maior concentração tanto de ligações SiH 2 como de SiH 3 e menores concentrações totais de hidrogênio incorporado ao filme que os filmes depositados a 5 mTorr o que acabou contribuindo para a diminuição da densidades de estados localizados da banda de mobilidade, provavelmente devido a nucleação de cristais, o que ocorre tipicamente para filmes depositados por sistemas magnetron sputtering a grandes pressões totais e grandes pressões parciais de hidrogênio, estando, desta forma, tanto as ligações SiH 2 como SiH 3 situadas nos contornos de grão. Assim os filmes depositados a 10 mTorr apresentam concentrações quase nula de ligações SiH, mas as maiores fotosensibilidades. / In this work thin films of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) were deposited in the magnetron sputtering reactor of the Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI), at temperatures lower than 100 °C, by the introduction of hydrogen and argon gasses for the sputtering of a policrystalline silicon target. The deposition conditions investigated are total pressures of 5 and 10 mTorr for which the RF power varied from 150 to 300 W, for the lowest pressure, and from 200 to 300 W, for the highest pressure. For each power condition the hydrogen concentration in the discharge gases ranged from 0 % to maximum 60 %. The substrates used were glassy carbon, for RBS characterization, oxidized silicon wafers for FTIR and IV measurements and glass plate for optical microscope and visible-ultraviolet spectroscopy absorption. The RBS characterization provided information about both the type and quantity of impurity incorporated during the deposition and the amorphous silicon superficial density that allowed obtaining the volumetric density by the utilization of the thickness parameter obtained by the profilometry technique. Through the analyses of the FTIR spectra the hydrogen incorporated could be quantified in the form of mono and poli silicon hydrides. The IV measurements were performed, through aluminum contacts evaporated on the films, to obtain the dark and photoconductivity and the films ultraviolet-visible absorption spectra. Through ultraviolet-visible analysis was possible to obtain both the optical energy gap values, by the Tauc method, and the B parameter, which is inversely proportional to the valence and conduction tail width. The B parameter increases with the defect density of the films. Thus, the films that showed the biggest photosensitivity (relation between the photoconductivity and dark conductivity) were deposited at 10 mTorr. These films showed a higher concentration of both SiH 2 and SiH 3 bonds but a lower concentration of total hydrogen incorporated, which contributed to the decrease of the density of states in the mobility band, probably due to the nucleation of crystals typical of films deposited by the magnetron sputtering system at high pressure and high hydrogen concentration. In this way the SiH 2 and SiH 3 would be in the grain boundary. So the films deposited at 10 mTorr showed almost null concentration of SiH bonds, but the highest photosensitivities.

Neste trabalho filmes finos de silício amorfo hidrogenado (a-Si:H) foram depositados no reator magnetron sputtering do laboratório de sistemas integráveis (LSI), a temperaturas menores que 100 °C, pela introdução do gás hidrogênio junto com o de argônio para pulverização de um alvo de silício policristalino. As condições de deposição investigadas estão compreendidas em pressões totais de 5 e 10 mTorr para as quais a potência de RF variou de 150 a 300 W, para a menor pressão, e de 200 a 300 W, para a maior pressão, sendo que para cada condição de potência a concentração de hidrogênio nos gases de descarga variou de pelo menos 0 % a no máximo 60 %. Como os substratos utilizados foram carbono vítreo, lâminas oxidadas de silício e placas de vidro para microscópio óptico os filmes depositados sobre o carbono foram caracterizados por RBS, os depositados sobre as lâminas oxidadas de silício por FTIR e medidas IV e os depositados sobre o vidro por espectroscopia de absorção óptica na região do ultravioleta-visível. A caracterização RBS forneceu informações tanto sobre o tipo e quantidade de impurezas eventualmente incorporadas durante a deposição como sobre a densidade superficial do silício que permitiu a obtenção da densidade volumétrica pela utilização dos parâmetros de espessura obtidos pela técnica de perfilometria. Através da análise dos espectros FTIR o hidrogênio incorporado pode ser quantificado na forma de mono e polihidretos de silício. As medidas IV foram realizadas através de contatos de alumínio, evaporados sobre os filmes, para a obtenção tanto da condutividade de escuro como da fotocondutividade e a análise dos espectros de absorção óptica dos filmes permitiu a obtenção tanto dos valores de energia do gap óptico, pelo método Tauc, como do parâmetro B que é inversamente proporcional à largura da cauda das bandas de valência e de condução que por sua vez aumentam com o aumento da densidade de defeitos dos filmes. Desta forma os filmes que apresentaram as maiores fotosensibilidades (razão entre a fotocondutividade e a condutividade de escuro), consideradas para a escolha dos melhores resultados, foram os depositados a 10 mTorr uma vez que eles apresentam uma maior concentração tanto de ligações SiH 2 como de SiH 3 e menores concentrações totais de hidrogênio incorporado ao filme que os filmes depositados a 5 mTorr o que acabou contribuindo para a diminuição da densidades de estados localizados da banda de mobilidade, provavelmente devido a nucleação de cristais, o que ocorre tipicamente para filmes depositados por sistemas magnetron sputtering a grandes pressões totais e grandes pressões parciais de hidrogênio, estando, desta forma, tanto as ligações SiH 2 como SiH 3 situadas nos contornos de grão. Assim os filmes depositados a 10 mTorr apresentam concentrações quase nula de ligações SiH, mas as maiores fotosensibilidades. / In this work thin films of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) were deposited in the magnetron sputtering reactor of the Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI), at temperatures lower than 100 °C, by the introduction of hydrogen and argon gasses for the sputtering of a policrystalline silicon target. The deposition conditions investigated are total pressures of 5 and 10 mTorr for which the RF power varied from 150 to 300 W, for the lowest pressure, and from 200 to 300 W, for the highest pressure. For each power condition the hydrogen concentration in the discharge gases ranged from 0 % to maximum 60 %. The substrates used were glassy carbon, for RBS characterization, oxidized silicon wafers for FTIR and IV measurements and glass plate for optical microscope and visible-ultraviolet spectroscopy absorption. The RBS characterization provided information about both the type and quantity of impurity incorporated during the deposition and the amorphous silicon superficial density that allowed obtaining the volumetric density by the utilization of the thickness parameter obtained by the profilometry technique. Through the analyses of the FTIR spectra the hydrogen incorporated could be quantified in the form of mono and poli silicon hydrides. The IV measurements were performed, through aluminum contacts evaporated on the films, to obtain the dark and photoconductivity and the films ultraviolet-visible absorption spectra. Through ultraviolet-visible analysis was possible to obtain both the optical energy gap values, by the Tauc method, and the B parameter, which is inversely proportional to the valence and conduction tail width. The B parameter increases with the defect density of the films. Thus, the films that showed the biggest photosensitivity (relation between the photoconductivity and dark conductivity) were deposited at 10 mTorr. These films showed a higher concentration of both SiH 2 and SiH 3 bonds but a lower concentration of total hydrogen incorporated, which contributed to the decrease of the density of states in the mobility band, probably due to the nucleation of crystals typical of films deposited by the magnetron sputtering system at high pressure and high hydrogen concentration. In this way the SiH 2 and SiH 3 would be in the grain boundary. So the films deposited at 10 mTorr showed almost null concentration of SiH bonds, but the highest photosensitivities.

O carbeto de silício (SiC) é um semicondutor com propriedades adequadas para substituir o silício em dispositivos eletrônicos em aplicações que exijam alta potência, alta freqüência e/ou temperatura. Além disso, um filme de dióxido de silício (SiO2) pode ser crescido termicamente sobre o SiC de maneira análoga a sobre silício, permitindo que a tecnologia já existente para a fabricação de dispositivos utilizando Si possa ser adaptada para o caso do SiC. No entanto, filmes crescidos termicamente sobre SiC apresentam maior densidade de defeitos eletricamente ativos na região interfacial SiO2/SiC que no SiO2/Si. Assim, compreender a origem e os parâmetros que afetam essa degradação elétrica é um importante passo para a tecnologia do SiC. A primeira parte deste trabalho teve como objetivo compreender o efeito de parâmetros de oxidação (pressão de oxigênio e tempo de oxidação) no crescimento térmico de filmes de dióxido de silício sobre substratos de carbeto de silício. As oxidações foram realizadas em ambiente rico em 18O2 e a influência na taxa de crescimento térmico dos filmes de Si18O2 e nas espessuras das regiões interfaciais formadas entre o filme dielétrico e o substrato foram investigadas utilizando análises por reação nuclear. Para correlacionar as modificações nas propriedades investigadas com as propriedades elétricas das amostras, estruturas metal-óxidosemicondutor foram fabricadas e levantamento de curvas corrente-voltagem e capacitânciavoltagem foi realizado. Com isso, pretendeu-se melhor compreender a origem da degradação elétrica gerada pela oxidação térmica no SiC. Observou-se que a taxa de crescimento térmico dos filmes de SiO2 depende de um parâmetro dado pelo produto do tempo de oxidação e da pressão de oxigênio, para as condições testadas. O deslocamento da tensão de banda plana com relação ao valor ideal mostrou-se igualmente dependente desse parâmetro, indicando que uma maior degradação elétrica na região interfacial SiO2/SiC ocorrerá conforme o filme fica mais espesso devido ao aumento dos parâmetros investigados. Não observaram-se modificações nas espessuras da região interfacial SiO2/SiC e na tensão de ruptura dielétrica dos filmes de SiO2 atribuídas aos parâmetros de oxidação testados. Na segunda parte deste trabalho, visando minimizar a degradação elétrica da região interfacial SiO2/SiC gerada pela oxidação térmica do SiC, propôs-se crescer termicamente, em uma condição mínima de oxidação, um filme muito fino e estequiométrico de SiO2, monitorado por espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios X. Para formar filmes mais espessos de SiO2 e poder fabricar estruturas MOS, depositaram-se filmes de SiO2 por sputtering. As espessuras e estequiometria dos filmes depositados foram determinadas por espectrometria de retroespalhamento Rutherford com ou sem canalização. As estruturas MOS em que o filme fino de SiO2 foi crescido termicamente antes da deposição apresentaram menor deslocamento da tensão de banda plana com relação ao valor ideal e maior tensão de ruptura dielétrica do que as amostras em que o filme foi apenas crescido termicamente ou apenas depositado, confirmando a minimização da degradação elétrica da região interfacial SiO2/SiC pela rota proposta. O efeito de um tratamento térmico em ambiente inerte de Ar nas estruturas também foi investigado. Observou-se uma degradação elétrica na região interfacial SiO2/SiC devido a esse tratamento. Análises por reação nuclear indicaram que o filme fino crescido termicamente não permaneceu estável durante o tratamento térmico, perdendo oxigênio para o ambiente gasoso e misturando os isótopos de oxigênio do filme crescido termicamente com o do filme depositado. / Silicon carbide (SiC) is a semiconductor with adequate properties to substitute silicon in electronic devices in applications that requires high power, high frequency, and/or high temperature. Besides, a silicon dioxide (SiO2) film can be thermally grown on SiC in a similar way to that on Si, allowing that technology already used to fabricate devices based on Si to be adapted to the SiC case. However, the oxide films thermally grown on SiC present higher density of electrical defects at the SiO2/SiC interfacial region when compared to the SiO2/Si. Thus, the understanding of the origin and what parameters affect the electrical degradation is an important step to the SiC technology. The first part of this work aimed to understand the effect of oxidation parameters (oxygen pressure and oxidation time) in the thermal growth of silicon dioxide films on silicon carbide substrates. The oxidations were performed in an 18O2 rich ambient and the influence on the growth rate of the Si18O2 films and on the interfacial region thickness formed between the dielectric film and the substrate were investigated using nuclear reaction analyses. To correlate the modifications observed in these properties with modifications in the electrical properties, metal-oxide-semiconductors structures were fabricated and current-voltage and capacitancevoltage curves were obtained. The aim was to understand the origin of the electrical degradation due to the thermal oxidation of silicon carbide. It was observed that the growth rate of the Si18O2 films depends on the parameter given by the product of the oxygen pressure and the oxidation time, under the conditions tested. The flatband voltage shift with respect to the ideal value was also influenced by the same parameter, indicating that a larger electrical degradation in the SiO2/SiC interfacial region will occur as the film becomes thicker due to the increase of the values of the investigated parameters. No modifications were observed in the SiO2/SiC interfacial region thickness and in the dielectric breakdown voltage of the SiO2 films that could be attributed to the oxidation parameters tested. In the second part of this work, in order to minimize electrical degradation due to thermal oxidation of silicon carbide, a stoichiometric SiO2 film with minimal thickness was thermally grown, monitored by X-ray photoelectron spectroscopy. To obtain thicker films and to fabricate MOS structures, a SiO2 film was deposited by sputtering. The thicknesses and stoichiometries of the deposited films were determined by Rutherford backscattering spectrometry using or not the channeling geometry. The MOS structures in which a thin film was thermally grown before the deposition presented smaller flatband voltage shift and higher breakdown voltage when compared to SiO2 films only thermally grown or only deposited directly on SiC, confirming that the electrical degradation in the SiO2/SiC interfacial region was minimized using the proposed route. The effect of one thermal treatment in argon in the structures was also investigated. An electrical degradation in the SiO2/4H-SiC interface was observed. Nuclear reaction analyses indicated that the thin film thermally grown was not stable during the annealing, loosing O to the gaseous ambient and mixing O isotopes of the thermally grown film with those of the deposited film.

Made available in DSpace on 2011-05-04T12:36:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010 / A silicose é uma pneumoconiose provocada pela inalação da poeira de sílica e consiste em uma lesão pulmonar com participação de citocinas como o Fator de Necrose Tumoral alfa (TNF-a). Há dois polimorfismos nos sítios -238 e -308 do promotor do gene da TNF-a (substituição de uma guanina por uma adenina) que têm sido investigados como possíveis fatores de susceptibilidade para a silicose. A mutação na posição -308 tem sido associada com altos níveis da citocina no sangue, enquanto que a posição -238, com formas mais graves da doença. A exposição ocupacional à sílica continua sendo um problema de Saúde Pública no Brasil. O Centro de Estudos de Saúde do Trabalhador e Ecologia Humana (CESTEH)/FIOCRUZ acompanha trabalhadores do Rio de Janeiro expostos à sílica. Este trabalho teve como objetivo a implementação de uma metodologia para determinação do polimorfismo dos sítios -308 e -238 do promotor da TNF-a para futura utilização na avaliação da exposição à sílica. A genotipagem foi feita através da técnica de PCR-RFLP (Polymerase Chain Reaction Restricition Fragment Length Polymorphism) usando NcoI para -308 e BamHI para -238. Foram realizados ensaios para a implementação da metodologia, sendo esta aplicada em uma amostra populacional de 79 trabalhadores assistidos no ambulatório do CESTEH, sendo todos do sexo masculino e maiores de 18 anos. (...) Nesse estudo, demonstrou-se que a presença do alelo mutante (A) está associada a maiores quantidades da citocina no sangue. Não foram encontradas diferenças significativas entre as médias da enzima GST e a presença ou não do alelo mutante. A presença do alelo -308A apresentou ainda um risco relativo de 3,697 para o desenvolvimento de silicose. A implementação de um método toxico genético permite a identificação de possíveis determinantes de suscetibilidade individual ao desenvolvimento da doença, aumentando o alcanço das avaliações da saúde do trabalhador. / Silicosis is a pneumoconiosis caused by inhalation of silica dust and consists of a lung injury with participation of cytokines, such as Tumor Necrosis Factor alpha (TNF- ). There are two polymorphisms at sites -238 and -308 of the gene promoter in TNF- (replacement of a guanine-adenine), which have been investigated as possible factors of susceptibility for silicosis. The mutation at positon -308 has been associated with high levels of cytokine in the blood, while at -238 with severe forms of the disease. Occupational exposure to silica remains a public health problem in Brazil. The Center for Studies on Workers' Health and Human Ecology (CESTEH) / FIOCRUZ follows Rio de Janeiro's workers exposed to silica. This study aimed to implement a methodology for determining the polymorphism of sites -308 and -238 of the promoter of TNF- for future use in the assessment of exposure to silica. Genotyping was made by PCR-RFLP (Polymerase Chain Reaction – Restricition Fragment Length Polymorphism) using NcoI for -308 and BamHI for -238. Tests were performed for implementing the methodology, which was applied in 79 employees assisted by CESTEH, all male and aged over 18. After the tests, the following conditions were fixed for both sites: 100ng of DNA, extracted from 500μL of whole blood, were used as template for PCR with 1.5 U of Taq-DNA Polymerase Recombinant and a final volume of 50μL. The primers were: 5'AGGCAATAGGTTTTGAGGGCCAT and 5'TCCTCCCTGCTCCGATTCCG as sense and antisense to -308 and 5'AAACAGACCACAGACCTGGTC and 5'CTCACACTCCCCATCCTCCCGGATC to -238. The PCR parameters for -308 site were: 35 cycles using 94ºC/40s, 58ºC/90s and 72ºC/60, generating a fragment of 107 pb. The PCR parameters for -238 site were; 35 cycles using 94ºC/40s, 58ºC/90s and 72ºC/60s, generating a fragment of 165 pb. The digestion was made with 5U of endonuclease for 1mg of DNA incubated at 37°C for 1 hour. Individuals with the mutant allele lose the site which is attacked by the restriction enzyme. Workers genotyped for the -308 site showed 16.4% (n = 13) for the GA genotype, 82.3% (n = 65) for GG and 1.3% (n = 1) for the genotype AA. The -238 site showed the frequencies of 2.3% (n = 2) for GA, 97.7% (n = 77) for GG and zero for AA. This study shows that the presence of the mutant allele (A) is associated with greater amounts of cytokine in the blood. There were no significant differences between the means of the enzyme GST and the presence of the mutant allele. The presence of the -308 mutant allele also showed a relative risk of 3,697 for the development of silicosis. The implementation of a toxicogenetic method allows the identification of possible determinants of individual susceptibility to disease development, increasing the reach of the evaluations of occupational health.

O carbeto de silício (SiC) é um semicondutor com propriedades adequadas para substituir o silício em dispositivos eletrônicos em aplicações que exijam alta potência, alta freqüência e/ou temperatura. Além disso, um filme de dióxido de silício (SiO2) pode ser crescido termicamente sobre o SiC de maneira análoga a sobre silício, permitindo que a tecnologia já existente para a fabricação de dispositivos utilizando Si possa ser adaptada para o caso do SiC. No entanto, filmes crescidos termicamente sobre SiC apresentam maior densidade de defeitos eletricamente ativos na região interfacial SiO2/SiC que no SiO2/Si. Assim, compreender a origem e os parâmetros que afetam essa degradação elétrica é um importante passo para a tecnologia do SiC. A primeira parte deste trabalho teve como objetivo compreender o efeito de parâmetros de oxidação (pressão de oxigênio e tempo de oxidação) no crescimento térmico de filmes de dióxido de silício sobre substratos de carbeto de silício. As oxidações foram realizadas em ambiente rico em 18O2 e a influência na taxa de crescimento térmico dos filmes de Si18O2 e nas espessuras das regiões interfaciais formadas entre o filme dielétrico e o substrato foram investigadas utilizando análises por reação nuclear. Para correlacionar as modificações nas propriedades investigadas com as propriedades elétricas das amostras, estruturas metal-óxidosemicondutor foram fabricadas e levantamento de curvas corrente-voltagem e capacitânciavoltagem foi realizado. Com isso, pretendeu-se melhor compreender a origem da degradação elétrica gerada pela oxidação térmica no SiC. Observou-se que a taxa de crescimento térmico dos filmes de SiO2 depende de um parâmetro dado pelo produto do tempo de oxidação e da pressão de oxigênio, para as condições testadas. O deslocamento da tensão de banda plana com relação ao valor ideal mostrou-se igualmente dependente desse parâmetro, indicando que uma maior degradação elétrica na região interfacial SiO2/SiC ocorrerá conforme o filme fica mais espesso devido ao aumento dos parâmetros investigados. Não observaram-se modificações nas espessuras da região interfacial SiO2/SiC e na tensão de ruptura dielétrica dos filmes de SiO2 atribuídas aos parâmetros de oxidação testados. Na segunda parte deste trabalho, visando minimizar a degradação elétrica da região interfacial SiO2/SiC gerada pela oxidação térmica do SiC, propôs-se crescer termicamente, em uma condição mínima de oxidação, um filme muito fino e estequiométrico de SiO2, monitorado por espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios X. Para formar filmes mais espessos de SiO2 e poder fabricar estruturas MOS, depositaram-se filmes de SiO2 por sputtering. As espessuras e estequiometria dos filmes depositados foram determinadas por espectrometria de retroespalhamento Rutherford com ou sem canalização. As estruturas MOS em que o filme fino de SiO2 foi crescido termicamente antes da deposição apresentaram menor deslocamento da tensão de banda plana com relação ao valor ideal e maior tensão de ruptura dielétrica do que as amostras em que o filme foi apenas crescido termicamente ou apenas depositado, confirmando a minimização da degradação elétrica da região interfacial SiO2/SiC pela rota proposta. O efeito de um tratamento térmico em ambiente inerte de Ar nas estruturas também foi investigado. Observou-se uma degradação elétrica na região interfacial SiO2/SiC devido a esse tratamento. Análises por reação nuclear indicaram que o filme fino crescido termicamente não permaneceu estável durante o tratamento térmico, perdendo oxigênio para o ambiente gasoso e misturando os isótopos de oxigênio do filme crescido termicamente com o do filme depositado. / Silicon carbide (SiC) is a semiconductor with adequate properties to substitute silicon in electronic devices in applications that requires high power, high frequency, and/or high temperature. Besides, a silicon dioxide (SiO2) film can be thermally grown on SiC in a similar way to that on Si, allowing that technology already used to fabricate devices based on Si to be adapted to the SiC case. However, the oxide films thermally grown on SiC present higher density of electrical defects at the SiO2/SiC interfacial region when compared to the SiO2/Si. Thus, the understanding of the origin and what parameters affect the electrical degradation is an important step to the SiC technology. The first part of this work aimed to understand the effect of oxidation parameters (oxygen pressure and oxidation time) in the thermal growth of silicon dioxide films on silicon carbide substrates. The oxidations were performed in an 18O2 rich ambient and the influence on the growth rate of the Si18O2 films and on the interfacial region thickness formed between the dielectric film and the substrate were investigated using nuclear reaction analyses. To correlate the modifications observed in these properties with modifications in the electrical properties, metal-oxide-semiconductors structures were fabricated and current-voltage and capacitancevoltage curves were obtained. The aim was to understand the origin of the electrical degradation due to the thermal oxidation of silicon carbide. It was observed that the growth rate of the Si18O2 films depends on the parameter given by the product of the oxygen pressure and the oxidation time, under the conditions tested. The flatband voltage shift with respect to the ideal value was also influenced by the same parameter, indicating that a larger electrical degradation in the SiO2/SiC interfacial region will occur as the film becomes thicker due to the increase of the values of the investigated parameters. No modifications were observed in the SiO2/SiC interfacial region thickness and in the dielectric breakdown voltage of the SiO2 films that could be attributed to the oxidation parameters tested. In the second part of this work, in order to minimize electrical degradation due to thermal oxidation of silicon carbide, a stoichiometric SiO2 film with minimal thickness was thermally grown, monitored by X-ray photoelectron spectroscopy. To obtain thicker films and to fabricate MOS structures, a SiO2 film was deposited by sputtering. The thicknesses and stoichiometries of the deposited films were determined by Rutherford backscattering spectrometry using or not the channeling geometry. The MOS structures in which a thin film was thermally grown before the deposition presented smaller flatband voltage shift and higher breakdown voltage when compared to SiO2 films only thermally grown or only deposited directly on SiC, confirming that the electrical degradation in the SiO2/SiC interfacial region was minimized using the proposed route. The effect of one thermal treatment in argon in the structures was also investigated. An electrical degradation in the SiO2/4H-SiC interface was observed. Nuclear reaction analyses indicated that the thin film thermally grown was not stable during the annealing, loosing O to the gaseous ambient and mixing O isotopes of the thermally grown film with those of the deposited film.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 introducao 1.pdf: 60637 bytes, checksum: 290595bc9c94456b344557782acd7d97 (MD5) Previous issue date: 2012-02-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The properties of aluminum-silicon alloys are strongly dependent on the casting process used, the chemical additions made to control eutectic structure, primary silicon and grain structure, and molten metal treatment to reduce hydrogen gas content and to remove inclusions. Modification treatments transform the flake eutectic silicon into a fibrous form producing a structure with increased ultimate tensile strength, ductility, hardness, and machinability. Elements in groups I and II and the rare earths europium, lanthanum, cerium, praseodymium, and neodymium modify, but only sodium and strontium produce a strong modifying action at the low concentration required for commercial application. In this investigation, the effect of strontium concentration on the modification of the eutectic silicon in the 356 alloy was studied. For this porpoise the 356 alloy in as-cast and modified conditions using different Sr concentrations were examined. The results were accessed by tensile tests and metallographic examinations. As evaluated the effect of strontium in the formation temperature and the supercoiling of eutectic Al-Si through DTA. The results indicate that the Sr content of from 0 012% by weight resulted in total of Si modification with substantial increases in the toughness of the alloy 356, and supercoiling of 7.1 ° C temperature of the eutectic Al-Si. The indication of from 0.031% by weight mechanical properties, and temperature of the eutectic microstructure way similar to the alloys of the semi - modified but still higher than the same properties of the alloy without modification. / A resistência mecânica e a qualidade de ligas fundidas alumínio-silício são determinadas pela microestrutura e pela sanidade interna das peças fundidas. Tratamentos de refino de grão e de modificação do silício causam alterações microestruturais que resultam em melhorias nas propriedades mecânicas das ligas Al-Si de fundição. O tratamento de modificação altera a forma do silício do eutético da forma acicular para forma fibrosa interferindo sobre o comportamento mecânico da liga. Diversos tipos de modificadores são descritos na literatura, os mais utilizados são estrôncio e o sódio, pois apresentam efeitos de modificação adequados para as baixas concentrações requeridas. O estrôncio é o mais empregado em fundições, em função da maior facilidade no manuseio e uma maior resistência ao desvanecimento. Entretanto, adições de Sr estão associadas com a formação da porosidade em ligas modificadas. O principal objetivo deste estudo é avaliar a influência de diferentes percentuais de estrôncio sobre a morfologia e a distribuição das partículas de Si na matriz e os efeitos destas alterações sobre as propriedades mecânicas. Também foi avaliado o efeito do estrôncio na temperatura de formação e no superesfriamento do eutético Al-Si através de DTA. Os resultados obtidos indicam que teores de Sr a partir de 0, 012% em peso resultaram na modificação total do Si, com incrementos consideráveis na ductilidade da liga 356 e superesfriamento de 7,1 °C na temperatura do eutético Al-Si. Com valores a partir de 0,031% em peso as propriedades mecânicas, microestrutura e temperatura do eutético apresentavam semelhança com as das ligas semi-modificadas, porém superiores à condição sem modificação.