Esta Tese aborda o estudo de transistores por efeito de campo orgânicos (OFETs do inglês, Organic Feld-Effect Transistors). Entender o comportamento da carga acumulada no canal do OFET, a qual é responsável pelo processo de condução elétrica no dispositivo, é de grande importância para ajudar a melhorar sua eficiência ou a propor um modelo teórico que descreva o comportamento do transistor em todos os seus regimes de operação. Vários trabalhos na literatura investigam o campo elétrico na camada semicondutora do transistor (ao longo do canal) gerado pela acumulação de cargas, porém nenhum investiga o campo na camada dielétrica de OFETs, que é diretamente proporcional à carga acumulada no canal. Investigou-se inicialmente o campo elétrico na camada dielétrica do dispositivo por meio da espectroscopia vibracional por Geração de Soma de Frequências (espectroscopia SFG do inglês, Sum-Frequency Generation). Espectros SFG obtidos nos dispositivos polarizados exibiram uma banda em ~1720 cm-1, devido ao grupo carbonila da camada dielétrica orgânica (PMMA – poli(metil metacrilato)), cuja a amplitude foi proporcional à voltagem de porta aplicada, indicando que esses grupos polares foram orientados sob ação do intenso campo elétrico no dispositivo. Esse sinal SFG induzido pelo campo pode ser devido a duas contribuições, um termo não linear de segunda ordem (devido à reorientação molecular) e outro de terceira ordem (interação entre os campos ópticos e o campo estático no volume do material). Observamos uma redução quase completa do sinal SFG em altas temperaturas (próximas da Tg do polímero dielétrico), indicando que o mecanismo de reorientação molecular é o responsável pelo sinal SFG gerado. Foram realizadas então medidas preliminares de microscopia SFG para mapear esse sinal SFG ao longo do canal de OFETs a base dos polímeros N2200 (semicondutor) e PMMA (dielétrico). Os resultados conseguem demonstrar a variação da densidade de carga acumulada no canal quando o dispositivo está polarizado e próximo à saturação. Usando Microscopia por Modulação de Carga (microscopia CMM do inglês, Charge Modulation Microscopy), que é outro método não invasivo para investigar a acumulação de cargas em um dispositivo operando, mapeamos a distribuição de carga no canal desses OFETs com alta resolução espacial (sub-micrométrica). Além disso, uma simulação da densidade de carga esperada e dos perfis de CMM foi realizada usando um modelo ambipolar para OFETs. Com base nessas simulações, propusemos uma modulação de onda quadrada do OFET, que permite uma comparação mais direta dos perfis de CMM com o perfil de densidade de carga ao longo do canal do transistor. Usando o esquema proposto, esses perfis foram medidos e comparados com o esperado com base no modelo ambipolar. Em geral os perfis de densidade de carga obtidos concordam bem com o modelo, usando apenas um único parâmetro global ajustável, exceto muito próximo do eletrodo de dreno e no regime de saturação profunda, quando os experimentos apresentam um artefato devido à eletro-absorção e não permitem uma comparação precisa com o modelo. Portanto, espera-se que esta Tese tenha contribuído para o avanço de técnicas de caracterização da distribuição de carga em OFETs, e assim melhorar o entendimento de seus mecanismos de funcionamento. / This Thesis deals with the study of Organic Field Effect Transistors (OFETs). Understanding the behavior of the accumulated charge along the OFET channel, which is responsible for the electrical conduction process in the device, is of great importance for improving its efficiency or proposing a theoretical model that describes the behavior of the transistor in all its operating regimes. Several studies in the literature investigate the electric field in the semiconductor layer of the transistor (along the channel) generated by the charge accumulation, but none investigates the field in the OFET dielectric layer, which is directly proportional to the charge accumulated in the channel. The electric field in the dielectric layer of the device was initially investigated by Sum-Frequency Generation (SFG) vibrational spectroscopy. SFG spectra obtained in the polarized devices exhibited a band at ~ 1720 cm-1, due to the carbonyl group of the organic dielectric layer (PMMA - poly (methyl methacrylate)), whose amplitude was proportional to the applied gate voltage, indicating that these polar groups were oriented by the intense electric field in the device. This field-induced SFG signal may be due to two contributions, a second order non-linear term (due to molecular reorientation) and a third order term (interaction between the optical fields and the static field in the material volume). We observed an almost complete reduction of the SFG signal at high temperatures (close to the Tg of the dielectric polymer), indicating that the molecular reorientation mechanism is responsible for the generated SFG signal. Preliminary SFG microscopy measurements were performed to map this SFG signal along the channel of OFET fabricated with N2200 (semiconductor) and PMMA (dielectric) polymers. The results demonstrate the variation of the accumulated charge density along the channel when the device is polarized and close to saturation. Using Charge Modulation Microscopy (CMM), which is another noninvasive method to investigate the accumulation of charges in an operating device, we mapped the charge distribution in the channel of these OFETs with high spatial resolution (sub-micrometer). In addition, a simulation of the expected charge density and CMM profiles was performed using an ambipolar model for OFETs. Based on these simulations, we proposed a square-wave modulation of the OFET, which allows a more direct comparison of the CMM profiles with the charge density profile. Using the proposed scheme, these profiles along the transistor channel were measured and compared with those expected from the ambipolar model. In general, the obtained charge density profiles agree well with the model, using only a single global adjustable parameter, except very close to the drain electrode and in the deep saturation regime, when the experiments have an artifact due to the electro-absorption and do not allow a precise comparison with the model. Therefore, it is expected that this Thesis has contributed to the advancement of techniques to characterize the charge distribution in OFETs, and thus improve the understanding of its operating mechanisms. Keywords: Field-effect transistors. Organic electronics. Nonlinear optics. Sum-frequency generation. Polarization of dielectrics. Charge modulation microscopy. Metal-insulator-semiconductor capacitor.

Cette thèse de doctorat traite des méthodes d’évaluation de l’état des transformateurs de puissance à huile. Elle apporte une approche particulière de mise en oeuvre des méthodes de classification dans la fouille de données. Elle propose une stratégie qui met en oeuvre deux nouveaux indicateurs de santé de l’huile construit à partir d’un système neuro flou ANFIS (Adaptative Neuro-Fuzzy Inference System) et un classifieur ou prédicteur de défaut construit à partir des méthodes de classification supervisée, notamment le classifieur Bayésien naïf. Un organigramme simple et efficace d’évaluation de l’état des transformateurs y est proposé. Il permet de faire une analyse rapide des paramètres issus des analyses physico-chimiques de l’huile et de des gaz dissous. Une exploitation des méthodes de classification non supervisée, notamment les méthodes de k-moyennes et C-moyennes flous a permis de reconstruire les périodes de fonctionnement d’un transformateur marquées par des défauts particuliers. Il a aussi été démontré comment ces méthodes peuvent servir d’outil d’aide à l’organisation de la maintenance d’un groupe de transformateurs à partir des données d’analyses d’huile disponibles. / This PhD thesis deals the assessment method of the state of power transformers filled with oil. It brings a new approach by implementing classification methods and data mining dedicated to transformer maintenance. It proposes a strategy based on two new oil health indicators built from an adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS). Two classifiers were built on a labeled learning database. The Naive Bayes classifier was retained for the detection of fault from gases dissolved in oil. A simple and efficient flowchart for evaluating the condition of transformers is proposed. It allows a quick analysis of the parameters resulting from physicochemical analyzes of oil and dissolved gases. Using unsupervised classification techniques through the methods of kmeans and fuzzy C-means allowed to reconstruct operating periods of a transformer, with some particular faults. It has also been demonstrated how these methods can be used as tool to help the maintenance of a group of transformers from available oil analysis data.

O objetivo desse trabalho foi de fazer a modelagem por meio de sistemas de inferência fuzzy da concentração dos gases dissolvidos em óleo mineral isolante à partir dos resultados de ensaios físico-químicos. Dessa forma, objetivou-se estender as técnicas de identificação de falhas em transformadores por meio da análise dos ensaios físico-químicos do óleo isolante. Para tanto adotou-se um mapeamento entre os dados de ensaios físico-químicos e de cromatografia gasosa feito por meio de sistemas de inferência fuzzy. Assim, por meio de resultados de ensaios físico-químicos, como cor, densidade, unidade, entre outro, tem-se uma estimativa da concentração dos gases dissolvidos no óleo mineral isolante do transformador. Assim, torna-se possível empregar técnicas de identificação de falhas baseadas na concentração dos gases dissolvidos, mas, valendo-se dos dados de ensaios físico-químicos.O sistema proposto foi validado por meio de dados reais e os resultados alcançados são compatíveis com aqueles obtidos por meio das técnicas convencionais. / The objective of this work was to do a modeling using the inference fuzzy system of the concentration of dissolved gases in insulating mineral oil getting from the physical-chemical results. The idea was to understand the techniques to identify failures on transformers by analyzing the physical-chemical results of the insulating mineral oil.To do that, the data from physical-chemical results and chromatographic results was mapped using the inference fuzzy system. So, by the results of the physical-chemical experiment such as color, density, humidity and so on, its possible to have a estimation of the concentration of dissolved gases in insulating mineral oil. Therefore, its possible to implement techniques to identify failures based on the concentration of dissolved gases using physical-chemical techniques.The propose system was validated by real data. The results using physical-chemical techniques were similar with the results using conventional techniques.

O objetivo desse trabalho foi de fazer a modelagem por meio de sistemas de inferência fuzzy da concentração dos gases dissolvidos em óleo mineral isolante à partir dos resultados de ensaios físico-químicos. Dessa forma, objetivou-se estender as técnicas de identificação de falhas em transformadores por meio da análise dos ensaios físico-químicos do óleo isolante. Para tanto adotou-se um mapeamento entre os dados de ensaios físico-químicos e de cromatografia gasosa feito por meio de sistemas de inferência fuzzy. Assim, por meio de resultados de ensaios físico-químicos, como cor, densidade, unidade, entre outro, tem-se uma estimativa da concentração dos gases dissolvidos no óleo mineral isolante do transformador. Assim, torna-se possível empregar técnicas de identificação de falhas baseadas na concentração dos gases dissolvidos, mas, valendo-se dos dados de ensaios físico-químicos.O sistema proposto foi validado por meio de dados reais e os resultados alcançados são compatíveis com aqueles obtidos por meio das técnicas convencionais. / The objective of this work was to do a modeling using the inference fuzzy system of the concentration of dissolved gases in insulating mineral oil getting from the physical-chemical results. The idea was to understand the techniques to identify failures on transformers by analyzing the physical-chemical results of the insulating mineral oil.To do that, the data from physical-chemical results and chromatographic results was mapped using the inference fuzzy system. So, by the results of the physical-chemical experiment such as color, density, humidity and so on, its possible to have a estimation of the concentration of dissolved gases in insulating mineral oil. Therefore, its possible to implement techniques to identify failures based on the concentration of dissolved gases using physical-chemical techniques.The propose system was validated by real data. The results using physical-chemical techniques were similar with the results using conventional techniques.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2017-04-17T18:48:07Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Mestrado.pdf: 3421668 bytes, checksum: 4a6d6f2568841028e0b66b952f2d15ba (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-17T18:48:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Mestrado.pdf: 3421668 bytes, checksum: 4a6d6f2568841028e0b66b952f2d15ba (MD5) Previous issue date: 2016-08-30 / Este trabalho é uma extensão de uma modelagem tight−binding de estados de Wannier com interação coulombiana de screening para a descrição de elétrons correlacionados nas camadas de CuO2 do La2CuO4. Na condição de banda semicheia e temperatura T = 0 K, esta modelagem é capaz de predizer um estado fundamental antiferromagnético isolante e um estado excitado paramagnético com pseudo-gap, cuja natureza ainda é debatido na literatura. Esses estados são obtidos no contexto de uma solução auto-consistente tipo Hartree-Fock na modelagem de uma banda efetiva de estados de Wannier, sob condições de quebra de simetria de translações espaciais e efeito de emaranhamento (entanglement) na estrutura espinorial dos estados eletrônicos. No regime dopado com buracos, esses estados ficam degenerados num ponto crítico de concentração de buracos igual a xc = 0.2, resultando em uma transição de fase quântica de segunda ordem para um estado paramagnético. A modelagem dá assim explicação à existência detectada experimentalmente desta transição de fase. Em nosso trabalho generalizamos o termo cinético da modelagem acima mencionada através da inclusão de hopping entre segundos vizinhos, de acordo com observações experimentais. De fato, a inclusão deste novo termo cinético resulta em melhor concordância da previsão da modelagem e as observações experimentais da evolução da superfície de Fermi com dopagem de buracos. Em particular, enquanto na modelagem restrita a primeiros vizinhos não podemos conciliar a transição de fase quântica observada a xc = 0.2 com as características experimentais da evolução da superfície de Fermi, isto torna-se possível com a inclusão do hopping de segundos vizinhos com amplitude sugerida pelos resultados experimentais. / This work is an extension of a tight - binding model of states of Wannier with screened Coulomb interaction to the description of correlated electrons in the layers of CuO2 of the La2CuO4. In condition of half-filled band and temperature T = 0 K, this model is able to predict a antiferromagnetic insulating ground state and a paramagnetic excited state with pseudo-gap, which nature is still debated in the literature. These states are obtained in the context of a self-consistent solution type Hartree-Fock in the model of an effective band of the Wannier states under breaking conditions of symmetry of space translations and entanglement effect in the spinor structure of the electronic states. In scheme doped with holes, these states are degenerate at critical point of hole concentration equal to xc = 0.2, resulting in a quantum phase transition of second order to paramagnetic state. The model thus gives explanation to the existence of this experimentally detected phase transition. In our work we generalize the kinetic term of above mentioned model by inclusion of hopping between seconds neighboring, according to experimental observations. In fact, the inclusion of this new kinetic term results in better agreement of the forecast of the model and experimental observations of the evolution of the Fermi surface with holes doping. In particular, while the model is restricted to the first neighbors can not reconcile quantum phase transition observed at xc = 0.2 with the experimental characteristics of the evolution of the Fermi surface, this becomes possible with the inclusion of hopping between second neighboring with ampliude suggested by experimental results.

Orientadores: Iakov Veniaminovitch Kopelevitch, George Gershon Kleiman / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T13:15:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MedinaPantoja_JuanCarlos_D.pdf: 3933664 bytes, checksum: 33f9dc730779c11f8c3d83b7ee0e56b4 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta tese é o resultado da investigação das propriedades elétricas e magnéticas de dois semimetais: bismuto (Bi) policristalino romboédrico e grafite pirolítica altamente orientada (HOPG). Inicialmente nós discutimos o efeito Hall no limite quântico, que acontece em amostras de grafite HOPG com certo grau de desordem e onde a desordem é reduzida. Em particular, a resistência Hall R xy (B) exibe platôs em amostras HOPG menos desordenadas que possuem uma característica quase-bidimensional e uma forte anisotropia. Em amostras com maior desordem é observada a ocorrência de picos em lugar de platôs, evidenciando, experimentalmente, a predição de T. Ando. A condutância Hall reduzida Rxy (v) G0xy . fornece uma evidencia experimental para a coexistência de ambos os tipos de férmions de Dirac, normais e sem massa. Este resultado revela que o efeito Hall quântico inteiro e semi-inteiro tomam lugar simultaneamente na amostra HOPG. Nós encontramos as transições metal¿isolante (MIT) e isolante¿metal (IMT) induzidas por campo magnético em amostras de bismuto (Bi), quando o campo é aplicado paralelo ao eixo-c cristalográfico e observamos que estas transições têm enormes semelhanças com o MIT e IMT achados em HOPG e amostras monocristalinas Kish. As análises destes resultados experimentais sugerem que estas transições devem estar associadas à transição entre o estado metal de Bose (líquido não superfluido de pares de Cooper) e isolante excitônico. O aumento do momento diamagnético em bismuto e sua supressão próxima do campo crítico do MIT evidenciam a existência de correlações supercondutoras (metal de Bose) e excitônicas. Nós reportamos a observação experimental do efeito Hall anômalo Hall (AHE) em amostras de bismuto e de grafite HOPG. Os resultados indicam que este AHE pode ser compreendido, autoconsistentemente, através de modelos de pareamento excitônico induzido pelo campo magnético, possivelmente, devido ao surgimento de ferromagnetismo / Abstract: This thesis is the result of the investigation of the electric and magnetic properties of two semimetals: highly oriented pyrolitic graphite (HOPG) and polycrystalline bismuth (Bi), rhomboedral. Initially we discuss the Hall effect in the quantum limit that occurs in HOPG samples with a certain degree of disorder and with reduced disorder. In particular, the Hall resistance R xy (B) exhibits plateaus in less disordered HOPG samples, which present characteristic quasi-bidimensional and strongly anisotropic. In more disordered samples there occur peaks instead of plateaus, experimentally evidencing the T. Ando's prediction. The reduced Hall conductance G xy (v)/ G 0xy gives evidence experimental for the coexistence of both massless and massive Dirac fermions. This result reveals that the integer- and semi-integer QHE take place simultaneously in HOPG samples. We observed magnetic field induced metal-insulator (MIT) and insulator-metal (IMT) transitions, when this field is in the crystallographic c-axis direction, and observed that these transitions are very similar to the MIT and IMT observed in HOPG and monocrystalline samples (Kish). The analysis of the experimental results suggests that these transitions must be associated with the transition from the Bose metal state (a non superfluid liquid of Cooper pairs) to the excitonic insulator. The increase of the diamagnetic momentum in bismuth and its suppression in the vicinity of the critical field of the MIT evidences the existence of superconducting (Bose metal) and excitonic correlations. We report the experimental observation of the anomalous Hall effect (AHE) in HOPG samples. This AHE may be autoconsistently understood by means of magnetic field induced excitonic pairing models, possibly, due to the onset of ferromagnetism / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-10-19T16:18:12Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Felipe Resende de Carvalho Sousa - 2016.pdf: 6672203 bytes, checksum: b0d857b45451fe225dfdbd424c35be00 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-10-19T16:18:40Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Felipe Resende de Carvalho Sousa - 2016.pdf: 6672203 bytes, checksum: b0d857b45451fe225dfdbd424c35be00 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-19T16:18:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Felipe Resende de Carvalho Sousa - 2016.pdf: 6672203 bytes, checksum: b0d857b45451fe225dfdbd424c35be00 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-06-10 / Prediction ofmoisture levels inside power transformers shown itselfas an important technique for maintenance engineering, because in addition to being associated with the useful life of equipment, it also provides arguments for decision making about intervention in them. Despite concerns about water in transformers existed for over half a century, the monitoring of this variable is still done in a simply way, given little information to weave a diagnosis, which can lead to superficial interpretations of equipment, and therefore, the misdiagnosis. Given such a scenario, this work aims to obtain an equation that models classical curves relative to moisture in transformers, as well as the development of a mathematical model that simulates water migration inside these equipments. For this purpose, computational techniques and numerich methods are used. Thus, the main contribution of this work is to optimize the above diagnostic process. During the work a literature review of the subject is presented, with further explanations of the mathematical tools used. To prove the effectiveness of the project presented, case studies with data from energized power transformers are analysed. Some values found in other works are also uses to validate the work. Ending with some conclusions, this paper proves that the use of the approach presented here is effective, and its application is fundamental in the area of maintenance engineering. / A predição dos níveis de umidade no interior de transformadores de potência se mostra como uma técnica importante para a Engenharia de Manutenção, pois, além de estar associada à vida útil destes equipamentos, fornece argumentos para a tomada de decisão quanto a intervenções nos mesmos. Apesar da preocupação com a presença de água em transformadores existir há mais de meio século, o acompanhamento de tal variável ainda é realizado de maneira superficial, considerando-se poucas informações para se apresentar um diagnóstico eficiente, o que pode levar a interpretações equivocadas sobre o equipamento e, consequentemente, a falsos diagnósticos. Tendo em vista tal cenário, este trabalho possui como objetivo a obtenção de um equacionamento que modele curvas clássicas relativas à umidade em transformadores, bem como o desenvolvimento de um modelo matemático que simule o comportamento da migração de água no interior destes equipamentos. Para isso, técnicas computacionais e métodos numé- ricos são utilizados. Desta forma, a principal contribuição do trabalho é otimizar o processo de diagnóstico supracitado. Durante o trabalho, é realizada uma análise bibliográfica do tema, com posteriores explicações sobre as ferramentas matemáticas utilizadas. Para comprovar a eficácia do projeto apresentado, são realizados estudos de caso com dados obtidos de transformadores energizados. Alguns valores encontrados em outros trabalhos também são utilizados para validar o trabalho. Finalizando com conclusões sobre o exposto, comprova-se que a utilização da abordagem aqui apresentada é eficaz e de fundamental aplicação na área de Engenharia de Manutenção.