A corrosão é um dos problemas mais relevantes que afronta a indústria atual, representa mais de 25% do investimento destinado para reparos ou troca de equipamentos com falhas por problemas do ataque corrosivo. Neste panorama nos últimos anos houve um grande aumento no desenvolvimento de novas tecnologias para proteção das estruturas, por outro lado o aço ABTN 1020 é um dos materiais mais usados na indústria principalmente em ambientes contendo cloreto. A sua utilização não é recomendada pelas altas taxas de corrosão, sendo necessário à adoção de pintura como meio de proteção. Este trabalho investigou a resistência à corrosão de uma pintura em meios contendo cloreto cuja composição da matriz foi resina uretânica (PU) e diferentes cargas a base de SiO2 e ZnO em diversas concentrações, sendo avaliadas mediante técnicas de Impedância Eletroquímica- EIS e de varredura com elétrodo vibratório SVET. Verificou-se que a espectroscopia e SVET também fornecem informação suficiente relativo ao desgaste e a possível ação da corrosão, sendo assim foi evidenciado que pintura com carga a base de SiO2 que tem melhor resistência à corrosão em meios contendo cloreto. Em outra análise quando comparados com a carga de ZnO pintura com irradiação, observou-se que houve um aumento na aderência da pintura ao metal base, fornecendo uniformidade e maior proteção anticorrosiva, assim foram determinados parâmetros que podem aplicações na indústria. / Corrosion is one of the most important problems facing today\'s industry, representing more than 25% of the investment destined for repairs or exchange of equipment with failures due to corrosive attack problems. In this panorama in recent years there has been a great increase in the development of new technologies for protection of structures, on the other hand the steel ABTN 1020 is one of the materials most used in the industry mainly in environments containing chloride. Its use is not recommended due to the high corrosion rates, and it is necessary to adopt painting as a means of protection. This work investigated the corrosion resistance of a paint in chloride-containing media whose urethane resin (PU) composition and different SiO2 and ZnO-based loads were evaluated in various concentrations and evaluated by Electrochemical Impedance-EIS and scanning with vibrating electrode SVET. It was verified that the spectroscopy and SVET also provide sufficient information regarding the wear and the possible action of the corrosion, thus it was evidenced that paint with charge based on SiO2 that has better resistance to corrosion in media containing chloride. In another analysis when compared with the ZnO charge with irradiation paint, it was observed that there was an increase in the adhesion of the paint to the base metal, providing uniformity and greater anticorrosive protection, thus determined parameters that can be applied in the industry.

O objetivo deste trabalho foi a obtenção de compósitos de matriz metálica (CMM) pela rota da metalurgia do pó, e a avaliação destes quanto às suas características de usinagem e desgaste. Inicialmente foram obtidos materiais compósitos de matriz de alumínio comercialmente puro, com frações volumétricas de partículas de reforço de carboneto de silício iguais a 5, 10 e 15 %. Foi obtida também uma quantidade de material somente com o material da matriz (sem partículas de reforço) para que se pudesse durante o trabalho, verificar por comparação a influência da adição de material de reforço na matriz. O material obtido foi caracterizado física (densidade hidrostática), mecânica (dureza, ensaios de tração) e microestruturalmente (microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura). Os resultados mostraram para os materiais compósitos uma distribuição homogênea das partículas de reforço e melhoria das propriedades mecânicas principalmente o limite de resistência (LR) em relação ao material sem reforço. Na etapa seguinte foram realizados ensaios para verificação do comportamento dos materiais frente à usinagem, e avaliação de desempenho de diversos materiais de ferramenta (carboneto cementado, cerâmica e diamante policristalino). Nestes ensaios foram coletados valores de força de corte a partir de porta-ferramentas instrumentados com medidores de deformação. Fenômenos tais como desgaste da ferramenta, formação ou não de aresta postiça de corte e formação de cavaco também foram observados e avaliados. Os resultados encontrados nos ensaios com ferramenta de carboneto duro sinterizado foram utilizados para a determinação dos índices de usinabilidade de cada material; estes valores foram ainda aplicados na equação de Taylor e as constantes da equação para os materiais e condições de ensaio foram também determinadas. Os resultados mostraram que a inclusão de partículas de reforço cerâmico torna extremamente difícil a usinagem desses materiais e, somente com ferramenta de diamante foi possível obter resultados satisfatórios. Na fase final foram realizados testes de desgaste de efeito comparativo para verificação da influência da adição de partículas de reforço nas características de resistência ao desgaste do material. Neste caso a adição de partículas de reforço mostrou ser eficiente na melhoria da resistência ao desgaste de todos os materiais compósitos em relação ao material sem reforço. / The aim of this investigation was the obtainment of metal matrix composites (MMC) by the route of powder metallurgy, and the valuation of these materials with relation to their machining and wear characteristics. Firstly, were obtained pure comercial aluminium matrix composites materials, with 5, 10 and 15% volumectric fraction of silicon carbide particles. Was also obtained a material without reinforcement particles in order to verify by comparison, the influence of adittion of reinforcement particles. The obtained materials were characterized physics (hidrostatic density), mechanics (hardness and tensile tests) and microstructurally (optical microscopy and scanning electron microscopy). The results showed a homogeneous distribution of reinforcement particles in the composite, and improvement in the mechanical properties, mainly tensile strength (UTS) in comparison to the unreinforced material. After, tests were made to verify the materials behavior during machining and to check the performance of several tool materials (cemented carbide, ceramics and polycrystalline diamond). In these tests, values of the cutting force were measured by instrumented tool-holders. Phenomena such as tool wear, built-up edge formation and mechanism of chip formation were also observed and evaluated. The results from the cemented carbide tool tests, were utilisated for the machinability index determination of each material. These results were applied to the Taylor equation and the equation constants for each material and test conditions were determinated. The results showed that the inclusion of silicon carbide particles made extremely difficult the machining of the composites, and only with diamond tool, satisfactory results were obtained. At last, wear tests were performed to verify the influence of the reinforcement particles in the characteristics of wear resistance of the materials. The results obtained were utilized in the wear coefficient determination for each material. The results showed an improvement in wear resistance, with the increase in volume fraction of reinforcement particles.

A obtenção de cerâmicas de SiC pela sinterização com a presença de aditivos que promovam a formação de uma fase líquida (SFL) durante o processo tem sido uma forma adequada para garantir a menor temperatura de sinterização. Pelo fato de o SiC ser frágil, a busca por melhores propriedades mecânicas e avaliação correta das mesmas, para ser aplicado em ambientes agressivos, é contínua. Com base nisso, na primeira etapa, foram estudados, quanto à molhabilidade sobre o SiC, os sistemas AlN/Re2O3 (Re = Dy, Yb) para serem utilizados como aditivos. Os ângulos de contato medidos foram menores que 10° e considerados adequados para a SFL. O SiC sinterizado com esses aditivos permitiu produzir microestruturas diferentes com o aumento da temperatura. Na segunda etapa, foram sinterizadas amostras na forma de pastilhas em várias temperaturas, cujas condições que apresentaram os melhores resultados de massa específica real e densidade relativa foram tomadas como referência para a sinterização na forma de barras prismáticas. Na terceira etapa, essas amostras foram avaliadas quanto à sua tenacidade à fratura (KIC) pelo método da barra entalhada em V, dureza e resistência à flexão. O comportamento de KIC foi avaliado em função da profundidade e raio de curvatura dos entalhes. Os valores variaram entre 2,59 e 3,64 MPam1/2. Verificou-se que os valores de KIC confiáveis foram aqueles encontrados com pequeno raio de curvatura na ponta do entalhe. Quando o raio foi grande, o mesmo não manteve a singularidade da raiz quadrada da ponta do entalhe, e forneceu valores de KIC superestimados. Foram realizados testes para determinar KIC em ar atmosférico e em água, cujos resultados foram menores em água que em ar, com queda entre 2,56 e 11,26%. A maior resistência sob flexão determinada em 4 pontos foi de 482 MPa. Observou-se correlação direta do tamanho dos grãos nos valores de KIC, dureza e módulo de ruptura das cerâmicas de SiC. / Obtaining SiC ceramics by sintering in the presence of additives that promote a liquid phase formation (LPS) during the process has been a proper manner to ensure the lowest sintering temperature. Because SiC is brittle, an ongoing search for better mechanical properties and proper evaluation of these properties for application in aggressive environments maintained. Thus, in the first stage we studied AlN/Re2O3 systems (Re = Dy, Yb), as to their wettability on SiC, for use as additives. The measured contact angles were smaller than 10° and considered suitable for the LPS. The sintered SiC with these additives allowed the production of different microstructures with the increase in temperature. In the second stage, pellet-shaped samples were sintered at various temperatures, and the conditions showing the best density results were taken as reference for sintering prism-shaped bars. In the third stage, these samples were evaluated for toughness (KIC) by single edge V-notched beam method, hardness, and flexural strength. The behavior of KIC was assessed for notch depth and notch radius of curvature. Values ranged between 2.59 and 3.64 MPa/m1/2. The reliable values of KIC were those found with small radius of curvature at the notch tip. When the radius was large, it did not maintain the singularity of the square root of notch tip and provided overestimated KIC values. Tests were performed to determine KIC in atmospheric air and water, and results were lower in water than in air, dropping between 2.56 and 11.26%. The greatest strength under the 4-point bending test was 482 MPa. We observed a direct correlation of grains size in KIC values, hardness and bending strength of SiC ceramics.

Dar destino adequado ao resíduo de casca de arroz e promover seu reúso é tarefa premente, em razão dos problemas gerados pelo descarte no ambiente ou uso indiscriminado na área agrícola, sem que se conheça sua influência na planta e no solo. Estudos sinalizam diversidade de usos da casca de arroz queimada. O resíduo contém alta concentração de silício (Si) e também outros nutrientes. Pesquisas com algumas culturas demonstram resposta positiva do uso de silício (Si) no controle de nematoides, patógeno que pode reduzir a produtividade e qualidade da cenoura (Daucus carota L.). Esta pesquisa foi realizada com o objetivo de conhecer a contribuição da casca de arroz queimada como alternativa à redução de danos por nematoides em cenoura e sua ação nos atributos químicos do solo. No primeiro capítulo avaliou-se o efeito da dose de casca de arroz queimada e do tempo de incubação sobre os atributos químicos do solo. No segundo capítulo avaliou-se o uso da casca de arroz queimada com diferentes tempos de incubação e do silicato de cálcio e magnésio nos atributos químicos do solo, concentração de nutrientes na cenoura, componentes da produção e produtividade de raízes. Os dois experimentos foram desenvolvidos em casa de vegetação no Departamento de Produção Vegetal da Esalq, Piracicaba/SP. No primeiro experimento foram usadas quatro doses de massa de matéria seca de casca de arroz queimada (zero, 0,65 g, 6,5 g e 13 g dm-3 de solo) em cinco tempos de incubação (zero, 25, 50, 75 e 100 dias), avaliadas em relação as alterações que promoveram no pH, matéria orgânica do solo (MOS), fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca), magnésio (Mg) e silício (Si). No segundo experimento avaliou-se a ação da dose de 13 gramas de massa de matéria seca de casca de arroz queimada por dm-3 de solo com três diferentes tempos de incubação, e do silicato de cálcio e magnésio na dose de cinco gramas por dm-3 de solo, sobre os atributos químicos do solo, concentração de nutrientes na cenoura, componentes de produção e produtividade, em relação ao dano por Meloidogyne javanica. Para tal o experimento foi montado com cinco tratamentos com inoculação de nematoides (CN): CAQ90AS-CN (casca de arroz queimada incubada 90 dias antes da semeadura); CAQ45ASCN (casca de arroz queimada incubada por 45 dias antes da semeadura); CAQ00DS-CN (casca de arroz queimada incorporada na semeadura); SILIC-CN (silicato de cálcio e magnésio); TEST-CN (testemunha, com nematoides) e outros cinco tratamentos com igual composição, porém sem inoculação de nematoides (SN): CAQ90AS-SN; CAQ45AS-SN; CAQ00DS-SN; SILIC-SN; TEST-SN. Constatou-se no primeiro experimento, que a casca de arroz queimada, disponibilizou potássio (K) em quantidades diretamente proporcionais a dose, independente do tempo de incubação ao solo. Houveram incrementos nos teores de fósforo (P) e silício (Si) do solo, de forma linear para dose e tempo de incubação. A casca de arroz queimada apresentou efeito residual para fósforo (P) e, especialmente, para silício (Si). No segundo experimento a aplicação de casca de arroz queimada, na dose de 13 g dm-3 de matéria seca incubada por 90 dias no solo aumentou a massa de matéria fresca de raízes comercializáveis em 3,9 vezes em relação a do tratamento testemunha, com manutenção da produtividade da cenoura em solo infestado por Meloidogyne javanica. O silicato de cálcio e magnésio aumentou o pH do solo, com consequente redução de absorção de Mn e Zn pela cultura, menor desenvolvimento das cenouras e diminuição da massa de matéria fresca de raízes comercializáveis. Nenhuma das fontes de silício (Si), nas doses usadas na pesquisa, aumentou significativamente a concentração do nutriente nas plantas de cenoura. / A proper destination of rice husk to reuse this residue is a pressing task due to the problems generated by the discharge into the environment or indiscriminate use in agriculture without knowing its influence on plant and soil. Studies indicate a variety uses of carbonized rice husk. The residue contains a high concentration of silicon and also other nutrients. Research shows for some crops positive response using silicon to control nematodes pathogen that can reduce the yield and quality of carrot (Daucus carota L.). The objective of this research was evaluate the contribution of the carbonized rice husk as an alternative to reduce damage by nematodes in carrots and action in soil chemical properties. In the first chapter we evaluated the effect of dose and time of incubation of carbonized rice husk on soil chemistry attributes. In the second chapter we evaluated the use of carobonized rice husk with different incubation times and calcium magnesium silicate in soil chemical properties, concentration of nutrients in carrots, yield components and yield of roots. The two experiments were conducted in a greenhouse at Department of Crop Science, Esalq, Piracicaba/SP. In the first experiment four doses of carbonized rice husk (zero, 0,65 g, 6,5 g and 13 g dm-3 of soil) in five incubation times (zero, 25, 50, 75 and 100 days) were compared to pH, organic matter soil, phosphorus, potassium, calcium, magnesium and silicon. The second experiment evaluated the action of 13 g dm-3 of soil of carbonized rice husk with three incubation times, and five g dm-3 of soil of calcium and magnesium silicate on soil chemical properties, nutrient concentration in carrots , yield components and yield in relation to damage by Meloidogyne javanica by the following treatments: CAQ90AS-CN (incubated 90 days before sowing); CAQ45AS-CN (incubated for 45 days before sowing); CAQ00DS- CN (incorporated at sowing ); SILIC -CN (Ca and Mg silicate) ; TEST- CN (control with nematodes) and the same treatments without inoculation of nematodes (CAQ90AS - SN; CAQ45AS - SN; CAQ00DS - SN; SILIC - SN and TEST - SN). Based on the results of the first experiment we found that carbonized rice husk released potassium (K) in amounts directly proportional to dose applied, regardless of the incubation time on the ground. There were increases in the levels of phosphorus (P) and silicon (Si) soil linearly with the dose and time of incubation. The carbonized rice husk had residual effect on phosphorus (P), especially for silicon (Si). In the second experiment the application of carbonized rice husk at dose of 13 g dm-3, dry matter incubated for 90 days in the soil increased the fresh weight of marketable yield by 3.9 times compared to the control treatment, with maintaining productivity carrot in soil infested with Meloidogyne javanica. Calcium silicate and magnesium increased soil pH, with consequent reduction of manganese (Mn) and zinc (Zn) uptake by the crop, less development of carrots and decreased fresh weight of marketable roots. No sources of silicon (Si), the doses used in the study, significantly increased the concentration of the nutrient in carrot plants.

Materiais compostos de matriz metálica (CMM) vêm sendo estudados para diversas aplicações. Entretanto, pouco estudo é apresentado na sua confecção a partir de materiais reciclados. Este trabalho teve como objetivo a caracterização de um material composto de matriz metálica (CMM), utilizando material reciclado como matéria prima. Foram usados aparas de chapas de liga de alumínio 2024 descartados para a matriz e carbeto de silício (SiC) como reforço, sendo a produção realizada através do processo de fabricação com base na técnica de conformação por spray para possível aplicação em componentes automotivos. Foi realizado o tratamento térmico do material e a caracterização, determinando as propriedades de dureza, resistência mecânica, resistência ao desgaste, MEV e EDS. Foram ensaiadas amostras do material composto fundido e extrudado, bem como de ferro fundido de uma peça automotiva e da liga de alumínio 2024. Observou-se que o CMM ainda precisa de melhorias no processo de produção para obter propriedades de dureza e resistência que permitam que ele possa ser usado como um substituto para o ferro fundido, porém o mesmo apresentou melhores propriedades quando comparado com o material da matriz. / Metal matrix composites (MMC) have been studied for several applications. However, little study is presented in its manufacture from recycled materials. This study aimed to characterize a metal matrix composite (MMC), using recycled material as raw material. Were used aluminum alloy 2024 plates clippings discarded for the matrix and silicon carbide (SiC) as reinforcement, being the production accomplished through the manufacturing process based on the technique of spray forming for possible application in automotive components. The thermal treatment and the characterization of the materia was accomplished, determining the properties of hardness, mechanical strength, wear resistance, SEM and EDS. Were tested samples of the cast and extruded composite material, as well as cast iron of an automotive part and aluminum alloy 2024. It was observed that the MMC still needs improvements in the production process to obtain properties of hardness and strength that allows it to be used as a substitute forcast iron, but it presented better properties when compared with the matrix material.

Este trabalho tem como objetivo estudar o ponto invariante com a temperatura (ZTC - Zero Temperature Coefficient) para transistores com estrutura SOI UTBB (Silicon-On-Insulator Ultra-Thin Body and BOX) nMOSFETs em relação à influência do plano de terra (GP-Ground Plane) e da espessura do filme de silício (tSi). Este estudo foi realizado nas regiões linear e de saturação, por meio da utilização de dados experimentais e de um modelo analítico. Parâmetros elétricos, como a tensão de limiar e a transcondutância foram analisados para verificar a influência do plano de terra e da espessura de filme de silício (tSi), e para estudar a polarização, entre porta e fonte, que não varia com a temperatura (VZTC). Foram utilizados dispositivos com (concentração de 1018 cm-3) e sem (concentração de 1015 cm-3) plano de terra em duas lâminas diferentes, uma com 6 nm de tSi e outra com 14 nm de tSi. Foi observado, que a presença do GP aumenta o valor de VZTC, devido ao fato do GP eliminar os efeitos de substrato no dispositivo aumentando a tensão de limiar do mesmo, e este, é diretamente proporcional a VZTC. O VZTC mostrou ser inversamente proporcional com a diminuição do tSi. Todos os resultados experimentais de VZTC foram comparados com o modelo. Foi observada uma boa concordância entre os VZTC de 25 ºC a 150 ºC, sendo que o desvio padrão foi menor que 81 mV em todos os casos estudados. Para se observar o efeito de substrato na tensão de limiar foi utilizado um modelo analítico que leva em consideração o efeito da queda de potencial no substrato, o efeito de confinamento quântico e parâmetros do dispositivo a ser modelado. O VZTC mostrou ser maior na região de saturação devido ao aumento da transcondutância e da polarização entre dreno e fonte (VDS), em ambos dispositivos (com e sem GP), chegando a ter um aumento de 360 mV em alguns casos. / This work aims to study the zero temperature coefficient point (ZTC) for transistors with SOI UTBB nMOSFETs (Silicon-On-Insulator Ultra-Thin Body and BOX) structure regarding the influence of the ground plane (GP) and the thickness of the silicon film (tSi). This study was realized in the linear and saturation region, by the use of experimental data and an analytical model. Electrical parameters such as threshold voltage and transconductance were analyzed with the objective of verifying the influence of the ground plane and silicon film thickness (tSi) in the same, and to analyze the polarization, between gate and source, that have zero influence of the temperature (VZTC). Were used devices with (concentration 1018 cm-3) and without (concentration 1015 cm-3) ground plane on two different wafers, with 6 nm tSi and the other with 14 nm tSi. It was observed that the presence GP increases the value of VZTC, because GP eliminates substrate effects and as consequence, the threshold voltage of the device increase and this is directly proportional to VZTC. The VZTC showed to be inversional proportional to the reduction of tSi. All experimental results were compared with a simple model for VZTC and were observed a good convergence between the results, for VZTC from 25 ºC to 150 ºC, and the biggest standard error observed in all the devices was 81 mV. To observe the effect of substrate on the threshold voltage, was used an analytical model that takes into account the effect of potential drop on the substrate, the effect of quantum confinement and the device parameters to be modeled. The VZTC show to be higher in the saturation region, due the increase of transconductance and the polarization between drain and source (VDS), in both devices (with and without GP), reaching an increase of 360 mV in some cases.

Esse trabalho tem como objetivo estudar o comportamento de transistores de camada de silício e óxido enterrado ultrafinos (UTBB SOI nMOSFET) e transistores de nanofios horizontais com porta ômega ? (?G NW SOI MOSFET) com ênfase na variação da tensão aplicada no substrato (VGB). As análises foram feitas através de medidas experimentais e simulações numéricas. Nos dispositivos UTBB SOI nMOSFET foram estudados dispositivos com e sem implantação de plano de terra (GP), de três diferentes tecnologias, e com diferentes comprimentos de canal. A partir do modelo analítico de tensão de limiar desenvolvido por Martino et al. foram definidos os valores de VGB. A tecnologia referência possui 6 nm de camada de silício (tSi) e no óxido de porta uma camada de 5 nm de SiO2. A segunda tecnologia tem um tSi maior (14 nm) em relação a referência e a terceira tecnologia tem no óxido de porta um material de alta constante dielétrica, HfSiO. Na tecnologia de referência, os dispositivos com GP mostraram melhores resultados para transcondutância na região de saturação (gmSAT) devido ao forte acoplamento eletrostático entre a região da porta e do substrato. Porém os dispositivos com GP apresentam uma maior influência do campo elétrico longitudinal do dreno no canal, assim os parâmetros condutância de saída (gD) e tensão Early (VEA) são degradados, consequentemente o ganho de tensão intrínseco (AV) também. Na tecnologia com tSi de 14 nm, a influência do acoplamento eletrostático entre porta e substrato é menor em relação a referência, devido à maior espessura de tSi. Como a penetração do campo elétrico do dreno é maior em dispositivos com GP, todos os parâmetros analógicos estudados são degradados em dispositivos com GP. A última tecnologia estudada, não apresenta grande variação nos resultados quando comparadodispositivos com e sem GP. O AV, por exemplo, tem uma variação entre 1% e 3% comparando os dispositivos com e sem GP. Foram feitas análises em dispositivos das três tecnologias com comprimento de canal de 70 nm, e todos os parâmetros degradaram com a diminuição do comprimento de canal, como esperado. O fato de ter um comprimento de canal menor faz com que a influência do campo elétrico longitudinal do dreno seja mais relevante, degradando assim todos os parâmetros analógicos nos dispositivos com GP. Nos dispositivos ?G NW SOI MOSFET foram feitas análises em dispositivos pMOS e nMOS com diferentes larguras de canal (WNW = 220 nm, 40 nm e 10 nm) para diferentes VGB. Através de simulações viu-se que dispositivos com largura de canal de 40 nm possuem uma condução de corrente pela segunda interface para polarizações muito altas (VGB = +20 V para nMOS e VGB -20 V para pMOS). Todavia essa condução de corrente na segunda interface ocorre ao mesmo tempo que na primeira interface, impossibilitando fazer a separação dos efeitos de cada interface.A medida que a polarização no substrato faz com que haja uma condução na segunda interface, todos os parâmetros degradam devido a essa condução parasitária. Dispositivos estreitos sofrem menor influência de VGB e, portanto, tem os parâmetros menos degradados, diferente dos dispositivos largos que tem uma grande influência de VGB no comportamento elétrico do transistor. Quando a polarização no substrato é feita a fim de que não haja condução na segunda interface, a variação da inclinação de sublimiar entre dispositivos com WNW = 220 nm e 10 nm é menor que 2 mV/déc. Porém a corrente de dreno de estado ligado do transistor (ION) apresenta melhores resultados em dispositivos largos chegando a 6 vezes maior para nMOS e 4 vezes maior para pMOS que em dispositivos estreitos. Os parâmetros analógicos sofrem pouca influência da variação de VGB. Os dispositivos estreitos (WNW = 10 nm) praticamente têm resultados constantes para gmSAT, VEA e AV. Já os dispositivos largos (WNW = 220 nm) possuem uma pequena degradação de gmSAT para os nMOS, o que degrada levemente o AV em cerca de 10 dB. A eficiência do transistor (gm/ID) apresentou grande variação com a variação de VGB, piorando-a a medida que a segunda interface ia do estado de não condução para o estado de condução. Porém analisando os dados para a tensão que não há condução na segunda interface observou-se que, em inversão forte, a eficiência do transistor apresentou uma variação de 1,1 V-1 entre dispositivos largos (WNW = 220 nm) e estreitos (WNW = 10 nm). Com o aumento do comprimento do canal, esse valor de variação tende a diminuir e dispositivos largos passam a ser uma alternativa válida para aplicação nessa região de operação. / This work aims to study the behavior of the ultrathin body and buried oxide SOI nMOSFET (UTBB SOI nMOSFET) and the horizontal ?-gate nanowire SOI MOSFET (?G NW SOI MOSFET) with the variation of the back gate bias (VGB). The analysis were made through experimental measures and numerical simulation. In the UTBB SOI nMOSFET devices, devices with and without ground plane (GP) implantation of three different technologies were studied. Based on analytical model developed by Martino et al. the values VGB were defined. The reference technology has silicon film thickness (tSi) of 6 nm and 5 nm of SiO2 in the front oxide. The second technology has a thicker tSi of 14 nm comparing to the reference and the third technology has a high-? material in the front oxide, HfSiO. In the reference technology, the devices with GP shows better result for transconductance on saturation region (gmSAT) due to the strong coupling between front gate and substrate. However, devices with GP have major influence of the drain electrical field penetration, then the output conductance (gD) and Early voltage (VEA) are degraded, consequently the intrinsic voltage gain (AV) as well. In the technology with tSi of 14 nm, the influence of the coupling between front gate and substrate is lower because of the thicker tSi. Once the drain electrical field penetration is higher in devices with GP, all analog parameters are degraded in devices with GP. The third technology, presents results very close between devices with and without GP. The AV has a variation from 1% to 3% comparing devices with and withoutGP. Devices with channel length of 70 nm were analyzed and all parameters degraded with the decrease of the channel length, as expected. Due to the shorter channel length, the influence of the drain electrical field penetration is more relevant, degrading all the analog parameters in devices with GP. In the ?G NW SOI MOSFET devices, the analysis were done in nMOS and pMOS devices with different channel width (WNW = 220 nm, 40 nm and 10 nm) for different VGB. By the simulations, devices with channel width of 40 nm have a conduction though the back interface for very high biases (+20 V for nMOS and -20 V for pMOS). However, this conduction occurs at the same time as in the front interface, so it is not possible to separate de effects of each interface. As the substrate bias voltage induces a back gate current, all the parameters are degraded due to this parasitic current. Narrow devices are less affected by VGB and thus its parameters are less degraded, different from wider devices, in which VGB has a greater influence on their behavior. When the back gate is biased in order to avoid the conduction in back interface, the subthreshold swing variation between devices with WNW = 220 nm and 10 nm is lower than 2 mV/déc. However, the on state current (ION) has better results in wide devices reaching 6 times bigger for nMOS and 4 times bigger for pMOS The analog parameterssuffer little influence of the back gate bias variation. The narrow devices (WNW = 10 nm) have practically constant results gmSAT, VEA and AV. On the other hand, wide devices (WNW = 220 nm) have a small degradation in the gmSAT for nMOS, which slightly degrades de AV. The transistor efficiency showed great variation with the back gate bias variation, worsening as the back interface went from non-conduction state to conduction state. However, when the back gate is biased avoiding the conduction in back interface, the transistor efficiency for strong inversion region has a small variation of 1,1 V-1 between wide (WNW = 220 nm) and narrow (WNW = 10 nm) devices. As the channel length increases, this value of variation tends to decrease and wide devices become a valid alternative for applications in this region of operation.

Durante os últimos cinco anos, a nanotecnologia tem atingido avanços significativos em diversas áreas da ciência e tecnologia. Um dos assuntos que está sendo intensamente estudado pela comunidade científica é a intensificação de campo próximo (hot spot) que pode ser aplicada em dispositivos sensores com capacidade de detecção de apenas uma molécula e em nano-antenas ópticas aplicadas na fabricação de dispositivos plasmônicos. Neste sentido, as principais contribuições da presente tese são processos de fabricação de nanoestruturas metálicas e de silício e o estudo da intensificação de campo próximo denominada de pontos quentes (hot spots) nestas estruturas. As nanoestruturas metálicas de Au (ouro) foram obtidas a partir do processo de auto-organização de esferas de poliestireno. As esferas de poliestireno serviram como camada sacrificial (molde) para a obtenção de nanoestruturas metálicas organizadas. Sobre as estruturas de Au organizadas foram depositadas moléculas de cristal violeta para serem utilizadas como moléculas de prova (sondas) no monitoramento da existência dos pontos quentes com o auxílio do espalhamento Raman das moléculas. As nanoestruturas de Au possibilitaram uma intensificação do espalhamento Raman devido à intensificação do campo próximo na superfície metálica periódica de Au. As nanoestruturas e microestruturas de silício foram obtidas a partir da tecnologia de silício poroso. As propriedades do silício poroso foram moduladas através da implantação de íons de hidrogênio (H +) que possibilitou a formação de silício microporoso com forte emissão fotoluminescente (PL) e intensificação do espalhamento Raman superficial devido ao fenômeno de Raman ressonante. Sobre as estruturas macroporosas de silício foram adsorvidas moléculas de azul de metileno para serem utilizadas como moléculas de prova para monitoramento da intensificação do campo próximo e do efeito SERS no silício. A obtenção da intensificação de campo próximo em silício é uma contribuição completamente inédita, pois este fenômeno devia-se, até o momento, somente a materiais metálicos (nanoestruturas metálicas), mostrando sua existência também no silício. / During the last five years, nanotechnology has achieved significant progress in several areas of science and technology. One of the issues that are being intensively studied by the scientific community is the intensification of near-field (hot spot) that can be applied to devices with sensors capable of detecting a single molecule and nano-optical antennas used in the fabrication of plasmonic devices. In this sense, the main contributions of this thesis are processes for manufacture of metal and silicon nanostructures and the study of near-field intensification called hot spots in these structures. The metal nanostructures of Au (gold) were obtained from the process of self-assembling of polystyrene beads. The polystyrene beads were used as sacrificial layer (mold) for obtaining organized metallic nanostructures. On the structures of organized Au were deposited molecules of violet crystal to be used as proof of molecules (probes) to monitor the existence of hot spots with the help of Raman scattering of molecules. The Au nanostructures allowed an intensification of the Raman scattering due to the intensification of the near-field in the periodic Au surface. The microstructures and nanostructures of silicon were obtained using the porous silicon technology. The properties of porous silicon were modulated by the implantation of hydrogen ions (H +) that allowed the formation of microporous silicon which showed high photoluminescence emission (PL) and Raman scattering intensification of the surface due to the phenomenon of resonant Raman. Methylene blue molecules were adsorbed on the macroporous silicon structures to be used as probe molecule for the monitoring of near-field intensification and the SERS effect in silicon. The obtaining of near-field intensification in silicon is an entirely unprecedented contribution, because this phenomenon had been observed, so far, only on the metallic materials (metal nanostructures), showing its existence in the silicon too.

Neste trabalho estudamos o processo de deposição do filme de silício policristalino dopado com oxigênio (SIPOS) depositado por LPCVD, a partir da mistura entre a silana (SiH4) e o óxido nitroso (N2O); para a sua aplicação como camada de passivação superficial em dispositivos de potência. As características físicas e elétricas do filme SIPOS foram analisadas em função dos seguintes parâmetros de deposição: pressão, razão gasosa entre (N2O/SiH4), espaçamento entre as lâminas de processo, tempo para a formação de uma camada de pré-oxidação entre SIPOS-Si e tempo de processo. Observamos que o espaçamento entre as lâminas de processo é um importante parâmetro de processo, pois este influi diretamente na uniformidade em espessura e na concentração de oxigênio presente nos filmes depositados. A caracterização elétrica dos filmes SIPOS foi realizada através de capacitores MSS. Verificamos a validade do modelo sobre o comportamento da condutividade elétrica em função da proporção gasosa (N2O/SiH4) proposto por Ni e Arnold. Uma vez determinado as melhores condições de processo, os filmes SIPOS foram depositados sobre diodos de potência pré processados fornecidos pela AEGIS Semicondutores Ltda. Estes diodos foram então caracterizados quanto a sua tensão de ruptura reversa e a sua corrente de fuga reversa. Os histogramas dos dados experimentais mostraram que diminuindo-se o tempo para a formação de uma camada de pré-oxidação entre a interface SIPOS-Si, temos uma diminuição da corrente reversa que flui pelo filme SIPOS. Os diodos de potência fornecidos pela Aegis Semicondutores Ltda foram projetados para suportarem uma tensão de ruptura reversa de 650 V. Os diodos passivados com SIPOS suportaram tensões de ruptura de até 1.200 V. / In this work, the SIPOS (Semi-Insulating Polycrystalline Silicon) LPCVD deposition process was studied to be applied as passivation layer in power devices. It was used a mixture of silane and nitrous oxide to promote the deposition process. The physical and electrical characteristics were analyzed in function of the follow process parameters: total pressure, gas ratio (N2O/SiH4), distance between samples in the LPCVD wafer holder; pre oxidation time and total process time. It was observed that the distance between samples in the LPCVD wafer holder is direct related to the thickness uniformity and in the oxygen concentration present in the SIPOS thin films. MSS capacitors were fabricated to perform the electrical characterization of the deposited SIPOS films. The validity of the model proposed by Ni and Arnold, to the behavior of the electrical conductivity in function of gas ratio (N2O/SiH4), was confirmed. The SIPOS thin film was deposited over pre processed diodes samples, supplied by AEGIS Semicondutores Ltda, in the best process conditions obtained in the previous experiments. The behavior of the leakage current and the breakdown voltage were analyzed. The histograms of the breakdown voltage data showed that decreasing the pre oxidation time of the SIPOS-Si interface, the leakage current through the SIPOS films decreases. The power diodes supplied by Aegis Semicondutores Ltda was designed to support a breakdown voltage of 650 V. The power diodes passivated with SIPOS films supported a breakdown voltage up to 1200 V.

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T17:29:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendes_Wanderley_D.pdf: 7898803 bytes, checksum: a3cfeddad1f4454d1be226768affcb5b (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O silício grau metalúrgico (SiGM) é largamente produzido através da carboredução do quartzo (Si02) a altas temperaturas, em processo sob fomo de arco submerso. Entretanto, para se obter uma composição química de 98% a 99,5% em. peso, toma-se necessário submeter a uma ou mais etapas de refino através da injeção de nitrogênio e/ou oxigênio ao silício em estado fundente. Desta forma, conduz-se a reações entre estas impurezas presentes no material fundido e os gases, originando as denominadas escórias, que correspondem ao volume de ~10% do volume total de SiGM produzido. No Brasil, a geração anual destas escórias é de ~20,000 toneladas. Normalmente, estas escórias contêm 50% de silício total e 25-30% de Si livre (sendo o restante encontrado disperso sob a forma de óxidos, carbetos, silicatos e silicetos, tais como: SiO2, CaSiO4, SiC, CaSi, CaO, e FeO). A caracterização da composição química e da estrutura cristalina da escória de silício foi realizada aplicando-se as técnicas de espectroscopia de fluorescência de raios-X (FRX) e difração de raios-X (DRX). Observou-se que os elementos majoritários são Si (39-45%), Ca (5-11%), Fe (1-2%), e Al (1-8%). As principais fases cristalinas detectadas foram: silício, siliceto de ferro e silicato de cálcio. As concentrações destas fases foram determinadas por DRX usando o método de padrão interno. Outra contribuição relevante desta pesquisa foi o desenvolvimento de um processo de extração do silício metálico a partir das escorias por plasma térmico, que resulta na obtenção de um silício com pureza equivalente ao silício grau metalúrgico (SiGM) / Abstract: Metallurgieal Grade Silicon (MGSi) is produced by a well-established industrial process that consists of the carbo-reduction of quartz in a submerged are fumace under high temperature. The process is an intensive energy consumption method (13 - 15 kWh to each kilogram of produced MGSi). After tapered, the MGSi is submitted to some purification stages in order to archive the commereial chemieal purity (98% to 99.5% of silicon). These purification stages consist of the injection of reactive gases, mostly nitrogen or oxygen, in order to remove the most reactive impurities like aluminum, calcium, magnesium, and with minor effectiveness iron. The material formed on these chemical reactions involving the impurities and the gas-stream constitutes the slag. The total slag amount formed in the silicon process ranges from 7% to 10% of the total silicon produced. In Brazil, the amount of produced slag ranges about 20,000 t/y. Afier the refining stage, the silicon is left to cooling, being mechanically separated from slag. These slags usually have about 50% of total silicon and 25% to 30% of free-silicon. Silicon is presented in other forms mainly oxides, carbides, silicates and silicides like SiO2, CaSiO4, SiC, CaSi, and FeSi. The chemical composition and the crystalline structure of silicon slag were characterized by X-ray fluorescence spectrometry (XRF) and X-ray Diffraction (XRD), respectively. It was observed that the major elements of silicon slags are: Si (39-45%), Ca (5-11%), Fe (1-2%), and Al (1-8%) and the main crystalline phases are: silicon, iron silicide and calcium silicate. Their concentrations were determined by XRD with the internal standard method in several samples. This research work presents also the results of a thermal plasma process employed to recover the free-silicon present in the process slag. The process consists of a laboratory-scale closed reactor, lined with refractory and insulating materials, a cooled anode at the fumace bottom and a DC arc-transferred plasma torch. The furnace feed could be continuous or in batch mode. The overall recovering of silicon and the material's quality presented here points to a very promising technology that could help to avoid wasting non-renewable raw materials (like quartz), charcoal and energy / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica