Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2013-12-06T11:56:34Z No. of bitstreams: 1 2013_FabioFerreiraMonteiro.pdf: 2696614 bytes, checksum: 619da8ca760af24bd24b9970634dde0f (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-08-04T13:11:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_FabioFerreiraMonteiro.pdf: 2696614 bytes, checksum: 619da8ca760af24bd24b9970634dde0f (MD5) / Made available in DSpace on 2014-08-04T13:11:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_FabioFerreiraMonteiro.pdf: 2696614 bytes, checksum: 619da8ca760af24bd24b9970634dde0f (MD5) / O trabalho contido nesta tese apresenta uma nova abordagem numérica computacional para sistemas hidrogenoides, baseada na teoria de Hamilton-Jacobi e nas propriedades de transformação entre os grupos O(3,1) e SU(2) em um espaço plano de Minkowski, cujo desenvolvimento, que parte de uma equação de onda tipo Dirac, porem numa representação bi-dimensional, permite a previsão de autovalores de energia de altíssima precisão, com funções de onda extremamente simples. A partir desta abordagem desenvolvemos o programa computacional DIRAC-LIKE que, no tratamento de sistemas hidrogenoides, se mostrou eficiente, elegante e simples, onde foi possível explorar e se beneficiar do método variacional, sem os desconfortos do chamado colapso variacional. Alem disso, algumas funções de onda geradas pelo programa DIRAC-LIKE foram testadas no calculo de secções de choque diferenciais envolvendo processos de espalhamento fotoelétrico, apresentando excelentes resultados. O sucesso do método para sistemas hidrogenoides sugeriu uma extensão para os sistemas helioides, cujo desenvolvimento já está em andamento. Uma versão preliminar deste método, com abordagem não relativística semelhante à de Hylleraas, e também apresentada neste trabalho e, a partir dela, desenvolvemos o programa computacional HELIUM TEST que oferece valores numéricos de energia para os estados fundamental e excitados, além de suas respectivas funções de onda, atendendo as premissas de simplicidade e razoável precisão. Alguns destes valores, incluindo alguns estados excitados, são apresentados e comentados neste trabalho. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The work contained within this thesis presents a new numerical approach for computing hydrogen-like systems, based on Hamilton-Jacobi theory and the transformation properties between O(3,1) and SU(2) groups in a Minkowski flat space, whose development, starting form a Dirac-like equation, but in a bi-dimensional representation, allows the prediction of high precision energy eigenvalues, with extremely simple wave functions. From this approach we have developed the DIRACLIKE program that, in the treatment of hydrogen-like systems, has proved to be efficient, elegant and simple, and where it was possible to explore the benefits of using the variational method, without the discomforts of the so-called variational collapse. Besides that, some wave functions generaded by the DIRAC-LIKE program were tested in the calculation of photoelectric effect differential cross sections, with excellent results. The success of the method for the hydrogen-like systems has suggested an extension to helium-like systems, whose development is already in progress. A preliminary version of this method in a non-relativistic approach, similar to that of Hylleraas, is also presented in this work and, based on it, we have developed the HELIUM TEST program for calculating numerical values of energy from ground and excited states, and their respective wave functions, taking into account the assumptions of simplicity and reasonable accuracy. Some of these values, including some excited states are presented and discussed in this work.

Nessa tese serão apresentadas medidas de anisotropia azimutal elíptica de elétrons de decaimentos de quarks pesados feitas no perimento de colisão de íons pesados ALICE (A Large Ion Collider Experiment, em inglês). As medidas foram obtidas em colisões de Pb-Pb com energia de centro de massa por par de nucleons (psNN) igual a 2.76 TeV com o colisor de hadrons LHC (Large Hadron Collider, em inglês). Colisões ultrarelativísticas de íons pesados podem alcançar temperaturas e/ou densidades de energia suficientemente altas para formar o Plasma de Quarks e Gluons (QGP, na sigla em inglês), o estado da matéria onde os partons estão desconfinados dos hadrons. O parâmetro de anisotropia azimutal elíptica é um dos observáveis mais importantes utilizados no estudo da formação do QGP. Esse parâmetro é quantificado pelo segundo harmônico, denominado v2, da distribuição do ângulo azimutal das partículas em relação ao ângulo do plano de reação, o qual é definido pela direção do parâmetro de impacto e pela direção do feixe de partículas. Medidas de anisotropia azimutal elíptica de quarks pesados (charm e beauty) são interessantes, pois os quarks pesados são sondas sensíveis às propriedades do QGP, visto que eles são predominantemente produzidos em processos iniciais de espalhamento duro e interagem com o meio desconfinado. Medidas de v2 de elétrons de decaimentos de quarks pesados em baixos valores de momento transversal indicam movimento coletivo de quarks pesados e possível termalização no QGP. Por outro lado, medidas de v2 de elétrons de decaimentos de quarks pesados em altos valores de momento transversal são interpretadas como uma dependência da geometria do meio por onde os quarks pesados atravessam e perdem energia. Serão mostrados resultados de v2 de elétrons de decaimentos de quarks pesados em função do momento transversal em colisões de Pb-Pb a psNN = 2.76 TeV em eventos com centralidades 20-40% e 30-50%. O resultado é comparado com previsões teóricas e medida obtida em colisões de Au-Au a psNN = 0.2 TeV no experimento RHIC. Resultados preliminares de v2 de elétrons de decaimentos de charm e beauty, separadamente, também serão mostrados em colisões de Pb-Pb a psNN = 2.76 TeV em eventos com centralidade 30-50%. / This thesis presents measurements of the elliptic azimuthal anisotropy of electrons from heavy-flavour decays with the A Large Ion Collider Experiment (ALICE). The measurement is performed for the first time in Pb-Pb collisions at center-of-mass energy per colliding nucleon pair psNN = 2.76 TeV at the Large Hadron Collider (LHC). In heavy-ion collisions at ultrarelativistic energies sufficiently high temperature and/or energy density can be achieved to form the Quark-Gluon Plasma (QGP), the state of matter predicted by Quantum Chromodynamics (QCD) in which quarks and gluons are deconfined from hadrons. One of the most important probes of the QGP formation is the elliptic azimuthal anisotropy, which is quantified by the second harmonic v2 of the particle azimuthal angle distribution with respect to the angle of the reaction plane, which is defined by the impact parameter direction and the beam direction. In addition, heavy quarks (charm and beauty) serve as a sensitive probe of the QGP properties since they are predominantly produced in initial hard scattering processes and interact with the deconfined medium. The transverse momentum dependence of the heavy-flavour decay electron v2 can be used to investigate the QGP properties. The measurement of v2 of electrons from heavy-flavour decays at low transverse momentum provides a way to test whether heavy quarks take part in the collective motion in the medium. Whereas, v2 of electrons from heavy-flavour decays at high transverse momentum is interpreted as a path length dependence of heavy-quark energy loss within the created dense medium. Results of the elliptic azimuthal anisotropy of electrons from heavy-flavour decays as a function of tranverse momentum obtained in 20-40% and 30-50% central Pb-Pb collisions at psNN = 2.76 TeV will be shown. The measurement is compared with theoretical predictions and previous measurement at the RHIC experiment. Preliminary measurements of the elliptic azimuthal anisotropy of electrons from charm and beauty as a function of tranverse momentum in 30-50% central Pb-Pb collisions at psNN = 2.76 TeV will be shown as well.

A transferência de elétrons tem sido objeto de um estudo intenso nos últimos anos, por causa da importância deste tipo de reação em processos naturais como a fotossíntese. Com isto, um progresso considerável foi conseguido na proposição de modelos para o centro de reação fotossintético, em particular utilizando o sistema-modelo porfirina-quinona. Nosso intuito e estudar o processo de transferência de elétrons da porfirina para a quinona, aleatoriamente distribuídas em uma matriz polimérica, utilizando a técnica de espectroscopia fotoacústica. A utilização de um filme de polímero como meio tem duas vantagens. A primeira e aproximar nosso sistema-modelo do processo fotossintético natural, no qual os doadores e os aceitadores de elétrons estão envoltos nas proteínas do centro de reação e, portanto, em um meio polimérico. A segunda e possibilitar a utilização desses filmes como possíveis componentes eletrônicos moleculares. Identificamos os estados eletrônicos da porfirina e da quinona e tentamos determinar o estado de cargas separadas, P+ e Q-. A partir dos espectros obtidos, determinamos a eficiência quântica de fluorescência da porfirina utilizada nos filmes. Estudamos, também, a degradação da porfirina nos filmes preparados. Por fim, verificamos o efeito da concentração crescente da quinona nos filmes preparados com a porfirina / The electron transfer phenomenon has been the subject of intense study for the last years, due to the importance of this kind of reaction in natural processes as photosynthesis. A great improvement has been achieved in the proposition of models for the photosynthetic reaction center, in particular using the porphyrin-quinone model system. Our intention is to study the electron transfer process of the porphyrin to the quinone randomly distributed in a polymeric matrix, using the photo acoustic spectroscopy. The utilization of a polymeric film as an environment has two advantages. The first is to approximate our model system to the natural photosynthetic process, in which the electron donors and acceptors are surrounded by, the proteins of the reaction center, and thus in a polymeric environment. The second is to allow the utilization of these films as possible molecular electronic components. We identified the electronic states of the porphyrin and the quinone, and we attempted to determine the charge separated electronic state. We determined the fluorescence quantum efficiency of the porphyrin films, by their photo acoustic and absorption spectra. Also, we studied the degradation of the porphyrin in the prepared films. Finally, we checked the effect of the increasing concentration of the quinone in the films prepared with the porphyrin

Construímos um acelerador de elétrons de baixa energia (opera na faixa de 0,4 - 20 keV) que dispõe dos recursos necessários para ser utilizado como instrumento de pesquisa em áreas relacionadas com os isolantes. Neste trabalho, ele foi empregado para estudar a emissão secundária em polímeros ou, mais especificamente, para mostrar que um novo método de medida de emissão secundária, que designamos \"Método de Medida Dinâmica\", descrito por H. Von Seggern [IEEE Trans. Nucl. Sei. NS-32, p.1503 (1985)] não permite, ao contrário do que se esperava, obter a verdadeira curva de emissão secundária devido à influência exercida pela carga positiva acumulada sobre a emissão. Contudo, no decorrer do trabalho, mostramos que a montagem descrita por ele ainda pode ser utilizada com vantagem para: i) medir precisamente a energia do 2&#176 ponto de cruzamento e ii) para levantar a verdadeira curva de emissão se, ao invés irradiarmos o alvo continuamente, usarmos pulsos de corrente. Além disso, pudemos, analisando o modo como a carga positiva age sobre a emissão nas mais diversas situações. I) estimar a profundidade de escape máxima e média dos secundários; II) mostrar que a carga positiva líquida numa amostra carregada positivamente fica próxima da superfície e III) mostrar que em amostras carregadas negativamente as cargas positivas ficam próximas da superfície e as negativas, em maior número, no volume do material. / We have constructed an accelerator for the generation of low energy e1ectrons (in the 0.4 to 20 keV range). The accelerator is equipped with some devices especially designed for the investigation of the e1ectrical properties of electron-irradiated dielectrics. In this work we have employed it for the study of the secondary electron emission of irradiated polymers. Reference is made to a method proposed bt H. von Seggern [IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-32, p.1503 (1985)] which was intended for the determination of the electron emission yield especially between the two cross-over points in a single run, here called the dynamical method. We have been able to prove that, contrary to expectation, this method does not give correct results over the entire emission curve. Rather it gives yield values which are too low by 25% in the region where the emission exhibits a maximum, due to the interaction between the electron emission process and the positive surface charge of the dielectric. However the method needs not to be dismissed entirely. As it is, it can be used advantageously for the precise determination of the energy of the second cross-over point. In addition, with the same set up, the method could be improved by replacing the continuous irradiation of the sample by a pulsed irradiation, leading to results essentially the same as those shown in the literature. Finally, analyzing the process of interaction between the positive charge of the dielectric and the mechanism of electron emission in several situations, we were able: I) to determine the maximum value and the average value of the escape depth of the emitted electrons; II) for a sample with a net positive charge, to show that the positive charge resides very near the surface of incidence; III) for a sample with a net negative charge, to show that the positive charge also resides near the surface while the (prevalent) negative charge resides in the bulk of the material

Este trabalho teve como objetivo estudar a transferência de elétrons em um meio rígido através de técnicas espectroscópicas convencionais, tais como a fluorescência e a fotoacústica, e verificar a possibilidade de se determinar a taxa de transferência através destas técnicas. Foram utilizados como doador de elétrons a tetrafenilporfirina (TPP), como aceitador de elétrons a duroquinona (DQ), e como meio rígido o polimetilmetacrilato (PMMA) e o poliestireno (PS). As amostras foram estudadas na forma de filmes, com uma distribuição aleatória de doadores e aceitadores de elétrons. Com a espectroscopia de fotoacústica não foi possível se detectar a ocorrência da transferência de elétrons. Com a fluorescência, usando o modelo de Perrin, foi possível determinar o raio crítico de transferência, 72k para o par TPP/DQ em poliestireno. No entanto, verificou-se a impossibilidade de se determinar univocamente a taxa de transferência de elétrons. Nos filmes preparados com polimetilmetacrilato foi observada uma fotodegradação irreversível, o que inviabilizou seus estudos / The objective of this work was to study the electron transfer process in a rigid medium using conventional spectroscopic techniques, such as fluorescence and photoacoustic, and verify the possibility of determining the electron transfer rate through these techniques. The molecules used were: tetraphenylporphyrin (TPP) as electron donor, duroquinone (DQ) as the electron acceptor, and polystyrene (PS) and polymethylmetacrilate (PMMA) as the rigid medium. The samples were studied in the form of films, with a random distribution of electron donor and acceptor molecules. With the photoacoustic spectroscopy it was not possible to detect the occurrence of the electron transfer process. With the fluorescence technique, using Perrin model, it was possible to determine the criticai radius for electron transfer, 7 À, for the par TPP/DQ in polystyrene. However, it was verified the impossibility of determining univocally the electron transfer rate. In the films made with polymethylmetacrilate, an irreversible photodegradation was observed, what made the study of these films non viable

A espectroscopia fotoacústica e de fluorescência foram empregadas no estudo de reação da transferência de elétrons entre um doador (Octaetil-porfirina) dois tipos de aceitadores [Diclorodiciano-benzoquinona (DDQ) e Duroquinona (DQ)] em um meio rígido [poli (metil-metacrilato)] . Foram preparados filmes nos quais a concentração de doador foi mantida constante e a de aceitador foi variada. Observou-se um aumento exponencial da amplitude do sinal fotoacústico do doador em 620 nm, com o aumento da concentração de aceitadores nos filmes. O modelo de Perrin para a supressão de fluorescência foi aplicado aos dados de fotoacústica e o raio da esfera de ação, que representa a distância crítica para a ocorrência da transferência de elétrons, foi determinado. Os resultados obtidos foram: para DDQ37 angstron e para aDQ 32 a 34angstron. Era esperado um raio maior para a DDQ devido a sua maior elétron afinidade. Também foi aplicado a estes dados o modelo de Kaneko, desenvolvido para a supressão de fluorescência. Dele se obtém a distribuição de moléculas aceitadoras incorporadas na esfera de ação. Para uma mesma concentração de aceitadores (2,8mmoldm-3) , a probabilidade de encontrar uma molécula de DDQ na esfera de ação foi 27%, enquanto que a probabilidade de encontrar uma molécula de DQ na esferade ação foi de 20%. Este resultado é, na verdade, equivalente ao encontrado no modelo de Perrin pois a probabilidade maior encontrada para a DDQ vem do fato do raio da sua esfera de ação ser maior. O valor encontrado para o raio crítico com os dados de fluorescência foi de 34 A para a DQ. Isto demonstra que as duas técnicas são complementares e que a espectroscopia fotoacústica pode ser usada para monitorar o processo de transferência de elétrons / Steady-state photoacoustic and fluorescence spectroscopy were employed to study the electron-transfer reaction from donor molecules (Octaethyl-porphirin) to two types of acceptor molecules [Dichloro-dicyano-benzoquinone (DDQ) and Duroquinone (DQ)I in a rigid medium [poly (methyl -metacrylate)] . Films were prepared with a fixed donor concentration and severa1 acceptor concentrations. It was observed an exponential growth in the donor photoacoustic signal amplitude at 620 nm, with the increase in the acceptor concentration. Perrin model, used in fluorescence quenching, was applied to the photoacoustic data and the radius o£ an action sphere, which represents a critica1 distance for the electron transfer process, was determined. The results obtained were: for DDQ 37 angstron and for DQ from 32 to 34 angstron. It was expected a larger radius for DDQ than for DQ due to its stronger electron affinity. Kaneko\'s model, was also applied to these data. It provides the distribution o£ incorporated acceptor molecules in the action sphere. For the same acceptor concentration (2.8 mmol , the probability of finding one DDQ molecule in the action sphere was 27%, while for the DQ molecule this value was 20%. Actually, this result is equivalent to that found using Perrin model, because the larger probability obtained for DDQ comes frm the fact that its critical radius is bigger . The value obtained for the critica1 radius from the fluorescence data was 34 angstron for DQ. This shows that these two techniques are complementary and that photoacoustic spectroscopy can be used to monitor the electron transfer process

Orientador: Marco Antonio Robert Alves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T11:56:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Faria_PedroHenriqueLibrelonde_M.pdf: 1862796 bytes, checksum: 14125f2154ddd1e1590e9c04b5149128 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho realizamos uma contribuição ao estudo do processo de fabricação de microponteiras de Si ultra-finas, utilizando o processo de afinamento por oxidação térmica. Fabricamos as microponteiras de silício e submetemos as mesmas a sucessivas etapas de oxidação e remoção do óxido para obtenção de microponteiras de Si ultra-finas. Utilizamos um microscópio eletrônico (SEM ¿ Scaning Electronic Microscopy) para investigação da redução gradativa do diâmetro da ponta após cada etapa de oxidação. Para caracterização do processo, foram fabricadas microponteiras com diâmetro médio de ponta de 0,7um e após as etapas de afinamento por oxidação térmica foram obtidas microponteiras com diâmetro médio de ponta de 0,06 um. O diâmetro da ponta foi reduzido em 92 %, sem redução significativa da altura da microponteira, que se manteve em 4,5 um. A partir dos dados obtidos do processo de afinamento, caracterizamos as taxas de oxidação da ponta das microponteiras em função do diâmetro da ponta. Verificamos que, conforme proposto pelo modelo de Kao et al., a taxa de oxidação na ponta da microponteira é inferior à taxa de oxidação em uma superfície planar de Si e se reduz à medida que o diâmetro da ponta diminui. Finalmente, caracterizamos eletricamente um array de microponteiras através do levantamento das curvas características I-V (corrente-tensão) e I-t (corrente-tempo). Calculamos os parâmetros de emissão de Fowler-Nordheim, verificamos a característica de histerese na emissão por campo e analisamos a característica de estabilidade de corrente de emissão em curto prazo / Abstract: In this work, we present a contribution to the study of ultra-sharp silicon microtips fabrication process using oxidation sharpening technique. The silicon microtips were fabricated and submitted to repeated oxidation steps and oxide strip to achieve ultra-sharp tips. SEM (Scaning Electronic Microscopy) investigation were performed to observe the gradual tip diameter reduction after each oxidation step. Before the oxidation sharpening process, the silicon microtips array had initially a tip diameter of 0,7 um, and after the process the tip diameter was found in 0,06 um. The tip diameter was reduced in 92 % without any significant reduction of its height, which was kept in 4,5 um. The oxidation rate was characterized as a function of the tip diameter. The results obtained are in agreement with the model proposed by Kao et al., which states that the oxidation rate is reduced as the tip diameter become smaller. We also observed that the oxidation rates in the tips are lower than oxidation rate in flat surface of silicon. Finally, we performed the electrical characterization of the silicon microtips. We calculate the FN emission parameters and analyzed the short term stability characteristics / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Neste trabalho é apresentado em detalhe a fabricação de dispositivos com contato túnel em grafeno, com foco nas caracterizações físico-químicas de barreiras túnel de Al2O3, crescidas sobre grafeno. Uma investigação detalhada das interfaces Co/Al2O3/grafeno é apresentada. Técnicas de caracterização tais como Raman, AFM, HRTEM, STEM, EDX, EELS são utilizadas, assim como processos de nanofabricação de dispositivos via litografia por feixe de elétrons. Os resultados mostram o crescimento de barreira via nucleação de clusters tipo Volmer-Weber e a existência de contatos Co/grafeno via pinholes através da barreira. A fabricação de barreiras finas com espessura nominal de 1 nm resulta no recobrimento parcial do grafeno por camadas com espessura atingindo cerca de 4 nm. A espessura mínima de barreira para a cobertura total da superfície do grafeno é alcançada através da deposição nominal de uma camada de Al2O3 de 3 nm. A caracterização elétrica dos contatos apresenta um caráter assimétrico, semelhante a um diodo túnel, sendo resultante de componentes de contato túnel, associadas a possível formação de cargas e, também, condução via pinholes, assim como efeitos da geometria dos contatos. / In this work, we report the devices constructions and a detailed investigation of the structural and chemical characteristics of thin evaporated Al2O3 tunnel barriers of variable thickness grown onto single-layer graphene sheets. Advanced electron microscopy (HRTEM, STEM) and spectrum-imaging techniques were used to investigate the Co/Al2O3/graphene/SiO2 interfaces. Direct observation of pinhole contacts was achieved using FIB cross-sectional lamellas. Spatially resolved EDX spectrum profiles confirmed the presence of direct point contacts between the Co layer and the graphene. The chemical nature of the Al2O3 barriers was also analyzed using electron energy loss spectroscopy (EELS). On the whole, the high surface diffusion properties of graphene led to Volmer-Weber-like Al2O3 film growth, limiting the minimal possible thickness for complete barrier coverage onto graphene surfaces using standard Al evaporation methods. The results indicate a minimum thickness of nominally 3 nm Al2O3, resulting in a 0.6 nm rms rough film with a maximum thickness reaching 5 nm. The electrical characterization of the device contacts seems to be a resultant of tunneling contact behavior associated to charge trapping,pinhole contacts and geometry of the contacts.

Orientador: Marco Antonio Robert Alves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T13:49:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Danieli_CarlosLucianoDe_M.pdf: 1990598 bytes, checksum: 6745c93234cd7c2b42245ced236075ec (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho de mestrado utilizou várias técnicas convencionais de microfabricação desenvolvidas nas indústrias de semicondutores e teve como objetivo fabricar microponteiras de silício com melhorias nas características geométricas e morfológicas, ou seja, microponteiras altas e com pequenos cones de abertura, relacionados ao aumento do fator de emissão de campo (?) e redução da rugosidade da superfície, relacionado à função trabalho do material (?), utilizando máscaras de DLC e plasma de SF6/O2 e SF6 puro. Além disso, este trabalho investigou minuciosamente a origem, composição e distribuição da camada residual que apareceu no topo das microponteiras através da técnica de microanálise MEV/EDS, uma vez que a ocorrência de camadas residuais nas superfícies das microponteiras não tem sido reportada na literatura e que elas influenciam nas características da superfície das mesmas (substâncias adsorvidas e rugosidade) e do substrato. Com esta análise, foi possível verificar que o aparecimento da camada residual está relacionado ao mecanismo de corrosão do plasma de SF6/O2 que foi utilizado, pois se acredita que a camada residual encontrada trata-se da camada de passivação SiOxFy, que independe do material utilizado como máscara e que apresenta enxofre adsorvido em toda amostra. A técnica de AFM foi utilizada para se estudar em alta resolução os efeitos do plasma de SF6/O2 na morfologia da superfície do substrato. Com isso, foi possível verificar a existência de uma relação linear entre a rugosidade e tempo de corrosão, para as condições de processo utilizadas / Abstract: At this work, several conventional microfabrication techniques developed in the semiconductor industry were used and aimed to make silicon microtips with improved geometrical and morphological characteristics, ie taller microtips and the aperture cones of the tip smaller, related to increased emission factor field (?) and reduced surface roughness, related to the material work function (?), using DLC masks and plasma SF6/O2 and pure SF6. In addition, this study investigated in detail, the origin, composition and distribution of residual layer that have appeared at the top of microtips, using the technique of microanalysis by SEM/EDS, since the occurrence of residual layers on the surfaces of microtips have been not reported in the literature and their influence the surface characteristics of microtips (adsorbed substances and roughness) and the substrate. With this analysis, it was observed that the occurrence of the residual layer is related to the corrosion mechanism of plasma SF6/O2 used, because it is believed that the residual layer is found from the SiOxFy passivation layer, which is independent of mask material, and has sulfur adsorbed on all sample surface. The AFM technique was used to study with high resolution the effects of plasma SF6/O2 in the morphology of the substrate. Thus it was possible to verify the existence of a linear relationship between roughness and the corrosion time for the process conditions used / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Daniel Mario Ugarte / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:12:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_BrunoVieiradaCunha_D.pdf: 17693367 bytes, checksum: cd2b98fba2b0d91ed107d569050c937f (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O estudo da estrutura de nanosistemas individuais requer o uso de equipamentos capazes de gerar imagens de sistemas com poucos átomos. No caso de nanopartículas metálicas produzidas por síntese química, uma questão relevante e ainda pouco estudada é a organização dos passivantes sobre sua superfície e como isso contribui para a definição de sua estrutura de equilíbrio. Para abordar este tema, devemos ser capazes de gerar imagens de resolução atômica em superfícies com alto grau de curvatura: a microscopia de tunelamento (STM) representa o instrumento mais adequado para este tipo de tarefa. Entretanto, o estudo detalhado requer o uso de métodos não-convencionais de microscopia STM (ex. modulação da tensão de bias ou de setpoint), sendo assim desejável que tenhamos total controle sobre a operação do instrumento. Este domínio preciso sobre as características funcionais consiste na principal razão que justifica a construção de um STM no próprio grupo. Este trabalho descreve o desenho, a construção e a caracterização de um STM de Ultra-Alto Vácuo (UHV). Todo o desenho e a construção foram integralmente realizadas no grupo de pesquisa. Apresentamos e justificamos os parâmetros escolhidos para o projeto, os quais definem o perfil do instrumento. O projeto mecânico consiste em um sistema elástico tipo ¿Parallel-Guiding-Spring Table¿(PSM). O sistema de varredura foi desenvolvido utilizando na configuração tipo tripod para os atuadores piezoelétricos. Desenvolvemos dois protótipos da cabeça STM, ambos compatíveis com UHV. Apresentamos o projeto e a construção da câmara de vácuo e do sistema de amortecimento de vibração. Na parte eletrônica, desenvolvemos um projeto que envolve blocos anal'ogicos de precisão e componentes digitais de 16 bits. O sistema funciona com baixa tensão, o que o torna mais estável e menos suscetível ao ruído e a variações térmicas. O sistema de controle embarcado e seu modelo analítico são analisados de modo a se determinar os parâmetros para operação estável. Caracterizamos todo o sistema e obtivemos imagens para superfícies de Grafite e Au como forma de verificar a performance do equipamento construído. Por fim discutimos as dificuldades do projeto e apresentamos soluções para os pontos que requerem certa otimização / Abstract: The study of the structure of individual nanosystems requires the use of equipments capable of generating images of systems containing just a few atoms. In the case of metallic nanoparticles produced by chemical synthesis, a relevant and not much studied question is the organization of the passivant molecules over the surface and how they contribute to the definition of the equilibrium structure. To adress this issue, we must be capable of generating atomic resolution images on surfaces with a high level of curvature: the Scanning Tunneling Microscopy (STM) represents the most adequate instrument for this job. Nevertheless, the detailed study requires the use of non-conventional methods of STM microscopy (ex. bias voltage and setpoint modulation), then it is desirable to have total control over the instrument operation. This precise domain over the functional characteristics consists in the main reason that motivated the construction of a STM in our group. This work describes the design, construction and characterization of an Ultra-High Vacuum (UHV) STM. The design and construction were both integrally done in our research group. We present and justify the chosed project parameters, which define the profile of the instrument. The mechanical project consists of an elastic system of the ¿Parallel-Guiding- Spring-Table Mechanism¿(PSM) type. The scanning system was developed using the tripod configuration for the piezoelectric actuators. We have developed two prototypes for the STM head, both compatible with UHV. We present the project and construction of the vacuum chamber and the vibration isolating system. For the electronics, we have developed a project that involves precision analog blocks and 16 bits digital components. The system works with low voltage, what turns it more stable e less succeptible to noise and thermal variations. The embedded control system and its model are analysed in order to determine the stable operation parameters. We have characterized the system in detail and obtained images for Graphite and Gold surfaces as a way to verify the performance of the constructed equipment. Finally, we discuss the difficulties of the project and present solutions for the points that require optimization / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências