Investigamos a passivação superficial do Germânio visando ao uso em Nanoeletrônica, que requer: (i) preparação de uma superfície plana e isenta de contaminantes e (ii) crescimento ou deposição de um dielétrico termodinamicamente estável em contato com o substrato nos ambientes e temperaturas usuais na fabricação de dispositivos. Na primeira etapa do estudo, testamos diferentes hidrácidos halogênicos associados com água deionizada (DI) e soluções oxidantes para remover o óxido de germânio nativo, invariavelmente formado quando da exposição do substrato ao ambiente. Utilizando espectroscopia de fotoelétrons, observamos que HF, HBr e HCl em alta concentração removem o óxido nativo, restando uma pequena quantidade de O e C sobre a superfície. Oxigênio foi removido com aquecimento em ultra-alto vácuo a 400°C durante 30 min, porém esse procedimento não eliminou completamente o C. Verificamos que H2O2 oxida a superfície, porém produz GeOx (x < 2), e DI remove GeO2, porém não remove GeOx. O procedimento: (i) imersão em HF 40% durante 5 min e (ii) jato de DI produz superfície livre de óxido e com rugosidade aceitável para uso em nanoeletrônica. Na segunda etapa do estudo, partimos para oxidação térmica do Ge e tratamentos térmicos pós-oxidação em ambientes reativos (O2 e NH3) com vistas à formação de filmes finos dielétricos. Utilizando espectrometria de retroespalhamento Rutherford e microscopia de força atômica, observamos que oxidar o Ge em 100 mbar de O2 seco e acima de 500°C provoca evidente sublimação do óxido. Análise com reações nucleares combinadas com tratamento térmico em 18O2 evidenciou a existência de defeitos na superfície do óxido e junto à interface com o substrato; a nitretação proposta (120 mbar de 15NH3 durante 120 min a 500°C) incorpora pequena quantidade de N ao longo de toda a espessura do óxido. Esses resultados, em particular no que se refere ao transporte atômico de O e N, contribuem para a compreensão dos processos potencialmente úteis do ponto de vista tecnológico, mas que na literatura existente são apresentados de modo bastante divergente. / We investigated the surface passivation of Germanium aiming at applications in nanoelectronics, which requires: (i) the preparation of a clean and smooth surface and (ii) the growth or deposition of a dielectric that is thermodinamically stable in contact with the substrate in the temperatures and environments found in device fabrication. In the first part of this study, we tested different hydrogen halides associated with deionized water (DI) and oxidizing solutions to remove native germanium oxide, invariably formed due to substrate exposure to the ambient. Using photoelectron spectroscopy, we observed that HF, HBr, and HCl in high concentration remove the native oxide, leaving a small amount of residual O and C on the surface. Oxygen was removed by heating to 400°C for 30 min in ultra high vacuum; this procedure, however, did not eliminate C completely. We verified that H2O2 oxidizes the substrate surface, producing GeO2 and GeOx (x < 2), and DI removes GeO2 but does not remove GeOx. The procedure: (i) immersion in HF 40% for 5 min and (ii) DI rinse produces a surface that is free of oxide and whose roughness is acceptable for nanoelectronics. In the second part of this study, we did thermal oxidation and reactive post-oxidation thermal annealing in O2 and NH3 aiming at thin dielectric films. Using Rutherford backscattering spectrometry and atomic force microscopy we observed that oxidizing Ge under 100 mbar of dry O2 above 500°C leads to sublimation of the oxide. Nuclear reaction analysis combined with thermal annealing in 18O2 evidenced defects in the oxide surface and at the oxide/semiconductor interface; the proposed nitridation (120 mbar of 15NH3 for 120 min at 500°C) introduces a small amount of N over the whole oxide thickness. These results, particularly with respect to the atomic transport of O and N, contribute to the mechanistic understanding of the processes that are potentially useful in technology but appear in a conflicting manner in the current scientific literature.

Investigamos a passivação superficial do Germânio visando ao uso em Nanoeletrônica, que requer: (i) preparação de uma superfície plana e isenta de contaminantes e (ii) crescimento ou deposição de um dielétrico termodinamicamente estável em contato com o substrato nos ambientes e temperaturas usuais na fabricação de dispositivos. Na primeira etapa do estudo, testamos diferentes hidrácidos halogênicos associados com água deionizada (DI) e soluções oxidantes para remover o óxido de germânio nativo, invariavelmente formado quando da exposição do substrato ao ambiente. Utilizando espectroscopia de fotoelétrons, observamos que HF, HBr e HCl em alta concentração removem o óxido nativo, restando uma pequena quantidade de O e C sobre a superfície. Oxigênio foi removido com aquecimento em ultra-alto vácuo a 400°C durante 30 min, porém esse procedimento não eliminou completamente o C. Verificamos que H2O2 oxida a superfície, porém produz GeOx (x < 2), e DI remove GeO2, porém não remove GeOx. O procedimento: (i) imersão em HF 40% durante 5 min e (ii) jato de DI produz superfície livre de óxido e com rugosidade aceitável para uso em nanoeletrônica. Na segunda etapa do estudo, partimos para oxidação térmica do Ge e tratamentos térmicos pós-oxidação em ambientes reativos (O2 e NH3) com vistas à formação de filmes finos dielétricos. Utilizando espectrometria de retroespalhamento Rutherford e microscopia de força atômica, observamos que oxidar o Ge em 100 mbar de O2 seco e acima de 500°C provoca evidente sublimação do óxido. Análise com reações nucleares combinadas com tratamento térmico em 18O2 evidenciou a existência de defeitos na superfície do óxido e junto à interface com o substrato; a nitretação proposta (120 mbar de 15NH3 durante 120 min a 500°C) incorpora pequena quantidade de N ao longo de toda a espessura do óxido. Esses resultados, em particular no que se refere ao transporte atômico de O e N, contribuem para a compreensão dos processos potencialmente úteis do ponto de vista tecnológico, mas que na literatura existente são apresentados de modo bastante divergente. / We investigated the surface passivation of Germanium aiming at applications in nanoelectronics, which requires: (i) the preparation of a clean and smooth surface and (ii) the growth or deposition of a dielectric that is thermodinamically stable in contact with the substrate in the temperatures and environments found in device fabrication. In the first part of this study, we tested different hydrogen halides associated with deionized water (DI) and oxidizing solutions to remove native germanium oxide, invariably formed due to substrate exposure to the ambient. Using photoelectron spectroscopy, we observed that HF, HBr, and HCl in high concentration remove the native oxide, leaving a small amount of residual O and C on the surface. Oxygen was removed by heating to 400°C for 30 min in ultra high vacuum; this procedure, however, did not eliminate C completely. We verified that H2O2 oxidizes the substrate surface, producing GeO2 and GeOx (x < 2), and DI removes GeO2 but does not remove GeOx. The procedure: (i) immersion in HF 40% for 5 min and (ii) DI rinse produces a surface that is free of oxide and whose roughness is acceptable for nanoelectronics. In the second part of this study, we did thermal oxidation and reactive post-oxidation thermal annealing in O2 and NH3 aiming at thin dielectric films. Using Rutherford backscattering spectrometry and atomic force microscopy we observed that oxidizing Ge under 100 mbar of dry O2 above 500°C leads to sublimation of the oxide. Nuclear reaction analysis combined with thermal annealing in 18O2 evidenced defects in the oxide surface and at the oxide/semiconductor interface; the proposed nitridation (120 mbar of 15NH3 for 120 min at 500°C) introduces a small amount of N over the whole oxide thickness. These results, particularly with respect to the atomic transport of O and N, contribute to the mechanistic understanding of the processes that are potentially useful in technology but appear in a conflicting manner in the current scientific literature.

Orientador: David Comedi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-28T02:58:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ChampiFarfan_AnaMelva_M.pdf: 9748941 bytes, checksum: 756959b47f9942a5aaddd90298bca0c8 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Neste trabalho, apresentamos resultados experimentais de um estudo de pinholes em filmes finos de a-Ge0.9Si0.1: H e a-Ge0.9Si0.1. As amostras foram depositadas pela técnica de Ion Beam Sputtering Deposition, usando kriptônio e argônio como gás de sputtering. Os pinholes foram observados por microscopia óptica em amostras crescidas sobre vidro usando diferentes pressões parciais de hidrogênio, em 6 e 12 regiões de 1mm2 escolhidos aleatoriamente perto do centro das amostras. A concentração de hidrogênio nas amostras foi determinada por medidas de transmitância no infravermelho. Foi observado um aumento imediato do numero médio de pinholes em função do tempo de armazenamento das amostras a temperatura ambiente, atingindo-se uma saturação após 20 dias aproximadamente. O número médio de pinholes a qualquer tempo depois da deposição é maior conforme a concentração de hidrogênio na amostra aumenta. Foi também medido o stress nos filmes em função do tempo o qual manteve-se constante dentro da margem de erro. Para explicar estes resultados, propor-se um modelo teórico, baseado em observações prévias reportadas na literatura, o qual considera as bolhas como precursores dos pinholes nos filmes. Para determinar os parâmetros do modelo fez-se um estudo da altura das bolhas usando um profilômetro e do diâmetro das mesmas por microscopia óptica. O ajuste do modelo teórico aos dados experimentais é bom, e os parâmetros obtidos a partir do mesmo não estão em contradição com os dados disponíveis na literatura / Abstract: In this work, experimental results of a study of pinholes in a-Ge0.9Si0.1: H and a-Ge0.9Si0.1thin films are presented. These films were prepared using the ion beam sputtering deposition technique, with krypton and argon as working gases and using different hydrogen partial pressures. The pinholes were observed by optical microscopy in films deposited on corning glass substrates, in 6 and 12 regions of 1 mm2 random selected near to sample¿s center. The concentrations of hydrogen in the samples were determined by infrared transmission spectroscopy. We have observed immediate increase of the average number of pinholes with sample storage time at room temperature, attaining saturation after 20 days approximately. The average number of pinholes at any time after the deposition is higher as the sample hydrogen concentration increases. We have also measured the stress in the films as a function of time, which was constant within the experimental error. In light of the results, we have suggested a theoretical model based on prior observations reported in the literature, which consider the bubbles as the precursors of pinholes in the films. To determine the parameters of the model, we performed a study of the bubbles height using a perfilometer and of their diameter by optical microscopy. The agreement of the model with the experimental dataset is good, and the parameters obtained are not in contradiction with the data available in the literature / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Ioshiaki Doi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T01:34:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_EmilioSergioMarinsVieira_M.pdf: 2911838 bytes, checksum: d0f5e53a1aaa54372eda0b11016226b6 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Nesta dissertação estudamos a obtenção de nanocristais (NCs) de Ge pela técnica de LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition), buscando otimizar as condições de processo que resultassem em NCs com características de tamanho, densidade por unidade de área e uniformidade de tamanhos, que são necessárias para aplicação em dispositivos de memórias de porta flutuante. Os NCs foram fabricados por processo de dois passos: 1) formação de núcleos de Si na superfície do SiO2, a partir de silana (SiH4); 2) crescimento de Ge sobre os núcleos de Si através de deposição de germana (GeH4). Realizamos ciclos de deposição e caracterização das amostras, e os parâmetros de processo: temperatura, pressão total, fluxos de silana e germana e tempo de deposição, foram alterados convenientemente, com base na literatura e nos resultados obtidos a cada ciclo de fabricação. As amostras foram caracterizadas quanto à morfologia, por microscopia de força atômica (AFM) e a estrutura dos NCs foi analisada por microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM). Estudamos a influência dos parâmetros de processo nas características dos NCs e observamos tendências de aumento da densidade de NCs com a elevação da temperatura, pressão total e fluxo de SiH4 do passo 1. E, o tamanho dos NCs tendem a diminuir com a redução da temperatura, pressão total e tempo de deposição do passo 2. Os resultados mostram que com os parâmetros: 600 ºC / 5 Torr / 20 sccm de SiH4 / 20 seg. para a nucleação de Si e 550 ºC / 2 Torr / 5 sccm / 30 seg. para a deposição de Ge, é possível obter alta densidade de NCs por unidade área de 4x1010 NCs/cm2 com diâmetro médio de 19 nm e altura média de 4,5 nm / Abstract: In this thesis we studied the synthesis of Ge nanocrystals (NCs) by the LPCVD technique (Low Pressure Chemical Vapor Deposition). We looked for NCs with characteristics of sizes, density and uniformity of sizes that are necessary for applications in floating gate memory devices. To reach those characteristics we have optimized the process conditions. The NCs were fabricated by a process of two steps: 1) formation of Si nuclei on SiO2 surface, through the silane (SiH4) decomposition; 2) Ge growth on Si nuclei through germane (GeH4) deposition. We accomplished deposition cycles and characterization of the samples. The process parameters: temperature, total pressure, silana and germana flow and deposition time, were altered conveniently based on the literature and results obtained at each production cycle. The morphology of the samples was analyzed by atomic force microscopy (AFM) and the NCs structures were analyzed by high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). We studied the influence of the process parameters in the NCs characteristics and we have observed tendencies of NCs density increase with rise of the temperature, total pressure and SiH4 flow of step 1. The NCs size tends to decrease with the reduction of temperature, total pressure and deposition time of step 2. The results show that with the parameters: 600 ºC / 5 Torr / 20 sccm de SiH4 / 20 sec. for the Si nucleation and 550 ºC / 2 Torr / 5 sccm / 30 sec. for the Ge deposition, it¿s possible to reach a high density of NCs (4x1010 NCs/cm2) with diameter of 19 nm and average height of 4,5 nm / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Neste trabalho foram estudados os fenômenos fotoinduzidos apresentados pelos vidros calcogenetos de composições: Ga IND.10Ge IND.25S IND.65 e Ga IND.5Ge IND.25As IND.5S IND.65. Estes vidros ao serem iluminados com luz que possui energia próxima a do bandgap apresentam vários fenômenos fotoinduzidos. Sendo assim um estudo sistemático em função da potência, tempo de iluminação e do comprimento de onda foi efetuado. Para energias acima da banda proibida ocorre a fotoexpansão, variação do índice de refração e fotoclareamento. Por outro lado, para energias abaixo da banda proibida não foi observada nenhuma variação do volume; no entanto foi detectado um fotoescurecimento. Estes fenômenos mostraram ser irreversíveis, visto que ao serem levados a tratamento térmico a temperatura próxima a temperatura de transição vítrea, os vidros não recuperaram sua forma original. Várias técnicas experimentais foram usadas tais como: microscopia de força atômica, perfilometria, espectro de absorção óptica, espectroscopia na região do infravermelho, espalhamento Raman, EDX, EXAFS e RBS para caracterização dos fenômenos fotoinduzidos e elucidar o mecanismo envolvido. Os resultados obtidos a partir de EXAFS, Infravermelho, RBS e EDX indicaram a incorporação de oxigênio na superfície dos vidros quebrando assim as ligações Ge-S. Foi observado que a magnitude da fotoexpansão depende da atmosfera usada durante a irradiação. Um estudo comparativo entre o vidro e o filme depositado foi realizado. Foi mostrado através de espalhamento Raman e Infravermelho que os tipos de ligações presente no filme depositado é diferente daquela do vidro original. Os mesmos fenômenos fotoinduzidos foram também detectados nos filmes depositados, os quais foram estudados e caracterizados também de maneira sistemática. Como aplicação destes fenômenos fotoinduzidos, a fotoexpansão foi usada para a produção de redes de difração. ) As medidas de eficiência de difração e as imagens de microscopia de força atômica demonstraram que a fotoexpansão cria uma rede de relevo na superfície do vidro / We report the photoinduced phenomena observed in two chalcogenide glass compositions: Ga IOGe2SS6eSGasGe2sAssS6s. These glasses present several photoinduced phenomena when exposed to light having energy comparable to bandgap energy. Systematic study has been carried out in function of power density, exposure time and wavelength. Samples exposed to energy above the bandgap the photoexpansion, photorefraction and photobleaching has been observed. Otherwise, to energy below the bandgap a photodarkening was detected without volume variation. These phenomena are irreversible since the surface does not restore the original structure when annealing to the glass transition temperature. To Characterize and understand the mechanism processes of the photoexpansíon effect, atomíc force mícroscopy, perfilometry, absorption spectra, ínfrared absorption, Raman, EDX, EXAFS and RBS has been used before and after illumination of the glass samples. The EXAFS, infrared, RBS and EDX data showed that íllumínatíon leads to an introduction of oxygen ín the glass structure breaking Ge-S intermolecular bonds followed by the formatíon of Ge-O bonds. We observed that the magnitude of the photoínduced expansíon of the GaGeS glass ís strongly dependent on the atmosphere used. Comparative study has been performed between glass and filmo Infrared and Raman data shown a different bonding behavior ín the film prepared prevíously from the glass. Under irradíation, the same photoínduced phenomenon already detected on the glass samples are observed on the thin film and also characterized systematically. As applícation of the photoinduced phenomenon, photoexpansíon effect has been used to produce díffraction gratíngs. Atomic mícroscopy images and diffractíon efficiency data indícate that photoexpansíon leads to relíef gratíng on the glass surface

Este trabalho apresenta a produção e a caracterização de filmes finos produzidos a partir da técnica de RF Magnetron Sputtering. Foram produzidos filmes finos sobre substrato de silício a partir de alvos vítreos de germânio de GeO2-PbO preparados com e sem os reagentes AgNO3 e Cu2O. Foi desenvolvida metodologia adequada para a obtenção de nanopartículas em filmes finos por meio de tratamento térmico. Os filmes foram caracterizados por técnicas de perfilometria, elipsometria, Microscopia de Força Atômica (AFM), Rutherford Backscattering (RBS), Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) e medidas elétricas para a obtenção das curvas de capacitância e corrente em função da tensão. Os valores dos índices de refração medidos ficaram em torno de 1,9, isto é, próximo do valor do alvo vítreo utilizado para as deposições. Através do AFM foi observado que a rugosidade vale-pico variou de 2 a 4 nm. Através de TEM verificou-se em todos os filmes a presença de nanopartículas metálicas e também facetas cristalinas formadas pelos próprios elementos da matriz. Pelas medidas elétricas, foram obtidos os resultados das constantes dielétricas que variaram com o tratamento térmico. Os valores variaram de 8 a 15 superando o valor do SiO2 que é de 3,9. Com todos os resultados elétricos, foi notado que o filme preparado com o reagente CU2O foi o que apresentou maior estabilidade com o tratamento térmico o que é adequado para o preparo de dispositivos MOS. Neste caso o valor obtido para a constante dielétrica foi de 14. / This work presents the production and characterization of thin films produced by the RF Magnetron Sputtering technique. There were produced thin films on silicon substrate from vitreous targets of GeO2-PbO prepared with and without AgNO3 and Cu2O reagents. It was developed adequate methodology to obtain metallic nanoparticles in thin films by means of heat treatment. The films were characterized using perfilomitry, ellipsometry, Atomic Force Microscopy (AFM), Rutherford Backscattering (RBS), Transmission Electron Microscopy (TEM) techniques and electrical measurements in order to obtain the curves of current and capacitance as a function of the voltage. The values of refractive indices were measured around 1.9 next to the value of the vitreous target used for the deposition. Through the AFM, it was observed that the valley-peak roughness varied from 2 to 4 nm. Through TEM, it was observed in all films the presence of metallic nanoparticles and also some crystalline faces formed by the elements of the matrix. With the electrical measurements, there were obtained the dielectric constants that varied with the heat treatment. The values ranged from 8 to 15 surpassing the value of SiO2 which is 3.9. With all the electric results, it was noted that the film prepared with copper was the one that presented the highest stability with the heat treatment that is appropriate for the preparation of MOS devices.

Neste trabalho foram estudados os fenômenos fotoinduzidos apresentados pelos vidros calcogenetos de composições: Ga IND.10Ge IND.25S IND.65 e Ga IND.5Ge IND.25As IND.5S IND.65. Estes vidros ao serem iluminados com luz que possui energia próxima a do bandgap apresentam vários fenômenos fotoinduzidos. Sendo assim um estudo sistemático em função da potência, tempo de iluminação e do comprimento de onda foi efetuado. Para energias acima da banda proibida ocorre a fotoexpansão, variação do índice de refração e fotoclareamento. Por outro lado, para energias abaixo da banda proibida não foi observada nenhuma variação do volume; no entanto foi detectado um fotoescurecimento. Estes fenômenos mostraram ser irreversíveis, visto que ao serem levados a tratamento térmico a temperatura próxima a temperatura de transição vítrea, os vidros não recuperaram sua forma original. Várias técnicas experimentais foram usadas tais como: microscopia de força atômica, perfilometria, espectro de absorção óptica, espectroscopia na região do infravermelho, espalhamento Raman, EDX, EXAFS e RBS para caracterização dos fenômenos fotoinduzidos e elucidar o mecanismo envolvido. Os resultados obtidos a partir de EXAFS, Infravermelho, RBS e EDX indicaram a incorporação de oxigênio na superfície dos vidros quebrando assim as ligações Ge-S. Foi observado que a magnitude da fotoexpansão depende da atmosfera usada durante a irradiação. Um estudo comparativo entre o vidro e o filme depositado foi realizado. Foi mostrado através de espalhamento Raman e Infravermelho que os tipos de ligações presente no filme depositado é diferente daquela do vidro original. Os mesmos fenômenos fotoinduzidos foram também detectados nos filmes depositados, os quais foram estudados e caracterizados também de maneira sistemática. Como aplicação destes fenômenos fotoinduzidos, a fotoexpansão foi usada para a produção de redes de difração. ) As medidas de eficiência de difração e as imagens de microscopia de força atômica demonstraram que a fotoexpansão cria uma rede de relevo na superfície do vidro / We report the photoinduced phenomena observed in two chalcogenide glass compositions: Ga IOGe2SS6eSGasGe2sAssS6s. These glasses present several photoinduced phenomena when exposed to light having energy comparable to bandgap energy. Systematic study has been carried out in function of power density, exposure time and wavelength. Samples exposed to energy above the bandgap the photoexpansion, photorefraction and photobleaching has been observed. Otherwise, to energy below the bandgap a photodarkening was detected without volume variation. These phenomena are irreversible since the surface does not restore the original structure when annealing to the glass transition temperature. To Characterize and understand the mechanism processes of the photoexpansíon effect, atomíc force mícroscopy, perfilometry, absorption spectra, ínfrared absorption, Raman, EDX, EXAFS and RBS has been used before and after illumination of the glass samples. The EXAFS, infrared, RBS and EDX data showed that íllumínatíon leads to an introduction of oxygen ín the glass structure breaking Ge-S intermolecular bonds followed by the formatíon of Ge-O bonds. We observed that the magnitude of the photoínduced expansíon of the GaGeS glass ís strongly dependent on the atmosphere used. Comparative study has been performed between glass and filmo Infrared and Raman data shown a different bonding behavior ín the film prepared prevíously from the glass. Under irradíation, the same photoínduced phenomenon already detected on the glass samples are observed on the thin film and also characterized systematically. As applícation of the photoinduced phenomenon, photoexpansíon effect has been used to produce díffraction gratíngs. Atomic mícroscopy images and diffractíon efficiency data indícate that photoexpansíon leads to relíef gratíng on the glass surface

Orientador: Ivan Emilio Chambouleyron / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T13:32:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Muniz_LucasRomano_M.pdf: 3914699 bytes, checksum: 4797a83626a03159f9f5cb2f0864c1af (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho estudamos os mecanismos microscopicos que levam a  cristalização de filmes finos de a-Ge induzida pela presença de aluminio. A cristalização foi estudada em amostras dopadas com impurezas Al e tambem em amostras multicamada (com camada intermediaria do metal). Nas amostras dopadas, contribuimos para estabelecer o papel da hidrogenação e do substrato no processo de cristalização a baixa temperatura induzida pelo aluminio. Para tal proposito, quatro series de amostras de a-Ge(Al), depositadas sob condições nominais identicas, foram estudadas: hidrogenadas, amostras livres de hidrogenio, depositadas sobre substratos de silicio cristalino e vidro Corning 7059, respectivamente. Neste proposito, a concentração de impurezas foi mantida no nivel de dopagem (10 -5 < [Al/Ge] < 2x10 -3 ). Alem disso, os filmes foram submetidos a recozimentos termicos acumulativos na faixa de 200-500 ºC. Espectroscopia de espalhamento Raman foi utilizada para caracterizar o processo de cristalização. O papel da impureza Al como semente precursora para cristalização de a-Ge:H tem sido claramente estabelecida, confirmando que o fenomeno de MIC (Metal Induced Crystallization) ocorre em nivel atomico. Alem do mais, tem sido encontrado que a hidrogenação e a natureza periodica do substrato possuem papel fundamental para o aparecimento de sementes cristalinas em baixas temperaturas. A evolução da cristalização com a temperatura de recozimento e a analise da distribuição de tamanho dos cristais indica que a formação das sementes cristalinas ocorre na interface filme amorfo-substrato. Filmes de a-Ge com espessuras variadas (12-2600 nm) foram depositados sobre substratos de c-Si e vidro Corning 7059 cobertos com uma camada de Al. A mesma serie de amostras foi depositada sobre c-Si sem a camada metalica. Apos a deposição as amostras foram submetidas a tratamentos de recozimento terrmico na faixa 150-700 ºC. As amostras multicamada não apresentaram fenomeno de MIC em baixas temperaturas. Algumas delas indicaram formação de ligas 'Ge IND.X' e 'Si IND.1-x' atraves da camada intermediaria de Al. A difusão de Atomos de Ge e Si atraves da camada metalica levam a  formação de ligas em temperaturas elevadas (600-700 ºC). A formação de ligas depende da espessura da camada de a-Ge e tambem da natureza do substrato. Na serie sem a camada metalica somente ocorreu a cristalização termica do filme de a-Ge / Abstract: This research work studies the microscopic mechanisms leading to the low-temperature crystallization of amorphous germanium (a-Ge) films induced by aluminum. The crystallization process was studied in Al-doped samples and also in multi-layer structures possessing an Al layer sandwiched between the substrate and the a-Ge film. In the case of Al-doped samples, we contribute to confirm the importance of hydrogenation and to establish the fundamental role played by the substrate in the crystallization process. For such a purpose, four series of a-Ge(Al) samples, deposited under identical nominal conditions, were studied: hydrogenated and H-free samples deposited onto crystalline silicon and onto glass substrates. On purpose, the impurity concentration was kept at a doping level (10 -5 < [Al/Ge] < 2x10 -3 ). Furthermore, the films were submitted to cumulative 15 min. thermal annealing steps in the 200-500 ºC range. Raman scattering spectroscopy was used to characterize the crystallization process. The role of the Al impurity as a precursor seed for the crystallization of a-Ge:H has been definitely confirmed, an indication that the Al-induced MIC phenomenon occurs at an atomic level. The evolution of the crystalline fraction with annealing temperature and the analysis of the crystallite size distribution strongly suggest that the formation of the crystal seeds occurs at the amorphous film-substrate interface during deposition. The multi-layer samples did not crystallize at low temperatures. Films of a-Ge with varied thicknesses (12-2600 nm) were deposited onto c-Si and onto glass substrates covered with a thin (200 nm) Al layer. Similar samples were also deposited onto c-Si substrates but without the metallic layer. After deposition, the samples were submitted to cumulative 15 min. thermal treatments in the 200-700 ºC range. In some samples, 'Ge IND.X' e 'Si IND.1-x' alloy micro-crystals form within the intermediate Al layer. The diffusion of Ge and Si atoms through the aluminum layer allowed the formation of such alloys at high temperatures (600-700 ºC). The formation of Si-Ge alloys depends on the thickness of the a-Ge layer and also on the nature of the substrate. The thermal annealing of the aluminum-free structures lead to the crystallization of the a-Ge film only / Mestrado / Prop. Óticas e Espectrosc. da Mat. Condensada ; Outras Inter. da Mat. Com. Rad e Part / Mestre em Física

Este trabalho apresenta a produção e a caracterização de filmes finos produzidos a partir da técnica de RF Magnetron Sputtering. Foram produzidos filmes finos sobre substrato de silício a partir de alvos vítreos de germânio de GeO2-PbO preparados com e sem os reagentes AgNO3 e Cu2O. Foi desenvolvida metodologia adequada para a obtenção de nanopartículas em filmes finos por meio de tratamento térmico. Os filmes foram caracterizados por técnicas de perfilometria, elipsometria, Microscopia de Força Atômica (AFM), Rutherford Backscattering (RBS), Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) e medidas elétricas para a obtenção das curvas de capacitância e corrente em função da tensão. Os valores dos índices de refração medidos ficaram em torno de 1,9, isto é, próximo do valor do alvo vítreo utilizado para as deposições. Através do AFM foi observado que a rugosidade vale-pico variou de 2 a 4 nm. Através de TEM verificou-se em todos os filmes a presença de nanopartículas metálicas e também facetas cristalinas formadas pelos próprios elementos da matriz. Pelas medidas elétricas, foram obtidos os resultados das constantes dielétricas que variaram com o tratamento térmico. Os valores variaram de 8 a 15 superando o valor do SiO2 que é de 3,9. Com todos os resultados elétricos, foi notado que o filme preparado com o reagente CU2O foi o que apresentou maior estabilidade com o tratamento térmico o que é adequado para o preparo de dispositivos MOS. Neste caso o valor obtido para a constante dielétrica foi de 14. / This work presents the production and characterization of thin films produced by the RF Magnetron Sputtering technique. There were produced thin films on silicon substrate from vitreous targets of GeO2-PbO prepared with and without AgNO3 and Cu2O reagents. It was developed adequate methodology to obtain metallic nanoparticles in thin films by means of heat treatment. The films were characterized using perfilomitry, ellipsometry, Atomic Force Microscopy (AFM), Rutherford Backscattering (RBS), Transmission Electron Microscopy (TEM) techniques and electrical measurements in order to obtain the curves of current and capacitance as a function of the voltage. The values of refractive indices were measured around 1.9 next to the value of the vitreous target used for the deposition. Through the AFM, it was observed that the valley-peak roughness varied from 2 to 4 nm. Through TEM, it was observed in all films the presence of metallic nanoparticles and also some crystalline faces formed by the elements of the matrix. With the electrical measurements, there were obtained the dielectric constants that varied with the heat treatment. The values ranged from 8 to 15 surpassing the value of SiO2 which is 3.9. With all the electric results, it was noted that the film prepared with copper was the one that presented the highest stability with the heat treatment that is appropriate for the preparation of MOS devices.

Orientador: Fernando Iikawa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin. / Made available in DSpace on 2018-08-12T12:58:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_PauloFreitas_D.pdf: 14344200 bytes, checksum: 55a7f7d3b644c0dc43151a411d53757b (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: No presente trabalho apresentamos um estudo da luminescência de érbio em nanocristais de silício (nc-Si) e nanofios de óxido de zinco (nw-ZnO). Os nanocristais de silício com érbio são obtidos através do tratamento térmico de filmes finos amorfos de sub-óxidos de silício (SiOx) preparados por rf-sputtering, variando a concentração de Oxigênio e érbio durante o crescimento. O érbio é adicionado aos filmes cobrindo parcialmente a superfície do alvo de silício com pequenos cacos de érbio metálico. Medidas de espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de alta resolução (HRTEM) fornecem o tamanho e densidade de nanocristais em cada amostra. Medidas de fotoluminescência (PL) dos nanocristais na temperatura ambiente mostram que o tamanho dos nanocristais varia com a concentração de oxigênio e temperatura de tratamento térmico. A dependência da PL dos nanocristais com a temperatura pode ser entendida considerando a competição entre processos radiativos e não-radiativos. Em amostras com érbio a taxa de recombinação não-radiativa é maior que nas amostras sem érbio. O estudo da PL dos nanocristais e dos íons Er3+ mostra que o Er3+ funciona como um centro de recombinação não-radiativa para a energia proveniente da recombinação de portadores nos nanocristais. Neste caso, parte da energia gerada nos nanocristais é transferida para os íons Er3+ ao invés de ser emitida na forma de fótons. Também é possível observar que a intensidade da PL do Er3+ depende da intensidade da PL dos nanocristais e é maior em amostras contendo nanocristais de ~3nm (que emitem em ~1,5eV), indicando que a transferência é ressonante (com a excitação 4I15/2 ---> 4I9/2 do Er3+ que corresponde a uma energia de 1,5eV). Os nanofios de ZnO com érbio são preparados por deposição vapor-liquid-solid (VLS) e por electrospinning. Em amostras preparadas por VLS, o érbio é depositado sobre os nanofios após sua preparação. No electrospinning um composto organometálico de érbio é adicionado ao polímero precursor. É observada luminescência de érbio quando as amostras são excitadas com um comprimento de onda ressonante com algum nível mais energético do Er3+. Nanocristais de E2O3 são observados por HRTEM na superfície dos nanofios preparados por VLS. Medidas de EXAFS revelam que a vizinhança do Er nessas amostras é idêntica à do óxido Er2O3, indicando que não ocorreu dopagem substitucional do ZnO. / Abstract: We present a study of erbium luminescence in silicon nanocrystals (nc-Si) and zinc oxide nanowires (nw-ZnO). Silicon nanocrystals are produced by annealing of amorphous sub-oxide thin films (SiOx) prepared by rf-sputtering varying the oxygen and erbium concentration during growth. Erbium is added by partially covering the silicon target surface with small pieces of metallic erbium. Raman spectroscopy and HRTEM measurements reveal the size and density of nanocrystals in each sample. Photoluminescence (PL) measurements at room temperature show that the nanocrystal size changes with oxygen concentration and annealing temperature. The PL dependence on the temperature can be understood considering a competition between radiative and non-radiative processes. In samples with erbium the non-radiative recombination rate is higher than in samples without erbium. The study of the nanocrystal and Er3+ PL show that Er3+ behaves as non-radiative recombination centers for excited carriers in the nanocrystals. Part of the energy from the nanocrystals is transferred to Er3+ instead of being emitted as light. The Er3+ PL intensity depends on the nanocrystal PL intensity and is higher in samples containing nanocrystals ~3nm (which emit at ~1.5eV), indicating that the energy transfer is resonant (with the 4I15/2 -----> 4I9/2 Er3+excitation at ~1.5eV) ZnO nanowires were prepared by vapor-liquid-solid (VLS) deposition and by electrospinning. In the VLS method erbium is deposited on the nanowires after growth. In the electrospinning method a metallorganic compound is added to the polymer precursor. Erbium PL is observed when the samples are excited by one of the Er3+ higher transitions. Er2O3 nano-crystals are observed by HRTEM on the surface of the nanowires prepared by VLS. EXAFS measurements in these samples show that the Erneighborhood is identical to that of E2O<>3 indicating that there was no substitutional / Doutorado / Física / Doutor em Ciências