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Obtenção de filmes finos de SiC, SiCN e AlN por magnetron sputtering para aplicação em microsensoresHenrique de Souza Medeiros 13 April 2012 (has links)
No presente trabalho é reportado o crescimento de filmes finos de carbeto de silício (SiC), carbonitreto de silício (SiCN) e nitreto de alumínio (AlN) pela técnica de pulverização catódica com dois magnetrons (dual magnetron sputtering) visando a aplicação destes materiais na confecção de microsensores. Alvos de silício e carbono foram utilizados para a deposição dos filmes de SiC e SiCN, enquanto que para o crescimento do filme de AlN foi utilizado alvo de alumínio. Os gases utilizados foram argônio (fluxo constante em 10 sccm) e nitrogênio (de 0 a 20 sccm). Todos os filmes foram crescidos sobre substratos de silício (100) variando-se parâmetros como, para o caso do SiC, potência aplicada em cada alvo, potência total, pressão de deposição, polarização do substrato e fluxo de nitrogênio. Já para o caso do AlN foram estudados parâmetros como distância alvo-substrato e fluxo de nitrogênio. As amostras foram caracterizadas pelas técnicas de perfilometria, espectroscopia Raman, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de retroespalhamento de Rutherford (RBS), difração por raios X (XRD), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), nanoidentação e quatro pontas. Além disso, uma caracterização elétrica (corrente-tensão) do sistema foi feita com o intuito de aperfeiçoar e prever as melhores condições de deposição. Os filmes de SiC obtidos neste trabalho apresentaram propriedades que são desejadas para confecção de sensores de pressão, acelerômetros e outros, tais como alta dureza, alto módulo de elasticidade e controle da resistividade elétrica. Já os filmes de AlN são, em sua maioria, mono cristalinos e numa orientação propícia ((100))para aplicação em dispositivos que necessitam de alta velocidade de propagação acústica tal como sensores de pressão baseados na tecnologia de SAW (surface acoustic wave).
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Nitretação iônica de aços inoxidáveis austeníticos da classe SAE 303 em plasma sob campo magnético.Galvani Alves de Lacerda 00 December 2001 (has links)
Nitretos de ferro são importantes materiais em metalurgia, especialmente como constituintes das chamadas camadas de compostos, produzidas na superfície de peças fabricadas em aço e endurecidas por nitretação e carbonitretação. Mais recentemente, os nitretos de ferro reapareceram na literatura, mas agora, como filmes finos e potenciais candidatos para utilização em cabeças de gravação magnéticas. Com o objetivo de investigar este assunto, uma série de experimentos de nitretação iônica é conduzida em amostras de aço inoxidável austenítico da classe SAE 303, usando um aparato experimental baseado em uma descarga luminescente dc localizada entre os pólos magnéticos de um eletroíma. Neste sistema, a amostra é colocada como catodo e o campo magnético (B), uniforme e perpendicular à superfície da amostra, pode variar de zero a 1440 gauss. Os processos de nitretação são levados a efeito sob uma temperatura constante de 430 oC e pressão de 5,0 Torr, enquanto diferentes misturas de N2-H2 são usadas. As camadas nitretadas são caracterizadas por difração de raios-X, microdurezas Vickers e Knoop, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia Mössbauer de elétrons de conversão (Conversion Electron Mössbauer Spectroscopy, CEMS). Os resultados mostram uma forte influência do campo magnético aplicado sobre as propriedades mecânicas da superfície das amostras, como conseqüência das diferentes fases de nitretos formadas. Um decréscimo na dureza superficial, com o aumento do campo magnético, é observado em todas as condições estudadas. As camadas nitretadas obtidas, utilizando-se uma mistura de 20% N2 - 80% H2, são monofásicas, consistindo de nitretos do tipo e. Já as camadas nitretadas, produzidas utilizando-se misturas mais ricas em nitrogênio, 50% N2 - 50% H2 e 80% N2 - 20% H2, revelam-se polifásicas, sendo contituídas pelos nitretos e e g', ocorrendo a formação do nitreto Fe4.4N em detrimento do nitreto Fe3N com o aumento do campo magnético.
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Propriedades elétricas e vibracionais de nitretos cúbicos do grupo III / Vibrational and electrical properties of cubic group III nitridesFernández, José Rafael León 10 December 2001 (has links)
Esta tese está dirigida ao estudo das propriedades elétricas e ópticas das camadas cúbicas de InN, GaN (intrínseco), GaN:Si (tipo-p), GaN:Si (tipo-n) e AlGaN. Por meio da técnica de efeito Hall e utilizando a configuração de Van der Pauw foram obtidas as curvas de resistividade, concentração e mobilidade em função da temperatura das camadas e através destas curvas é determinada a energia de ativação dos aceitadores e doadores. Também através das mesmas curvas são estudados os principais mecanismos que predominam no espalhamento dos portadores. Em alguns casos um comportamento anômalo foi observado (curvas de concentração e mobilidade do InN e GaN:Si (tipo-p)) e os resultados foram corrigidos utilizando-se o modelo de duas camadas e/ou modelo de duas bandas. Para o material c-InN medimos sua resistividade, concentração e mobilidade na região de baixas temperaturas para investigar um possível caráter supercondutor da amostra. Abordaremos também nesta tese o estudo teórico e experimental sobre a transição metal-semicondutor nos nitretos. Para o estudo das propriedades ópticas das camadas foi utilizada a técnica de caracterização de Raman. Por meio desta técnica e utilizando a configuração de retro espalhamento foram caracterizadas as camadas cúbicas de GaN (intrínseco), GaN:Si (tipo-p), GaN:Si (tipo-n) e AlGaN. Dos espectros, foram obtidas as posições dos picos pertencentes aos fônons transversal-ópticos (TO) e longitudinal-ópticos (LO). Verificou-se o caráter cúbico das camadas e estudou-se a origem da banda que aparece entre as posições dos modos TO e LO do material. / The thesis is devoted to the study of electrical and optical properties of cubic InN, GaN (undoped), GaN:Si (type-p), GaN:Si (type-n) and AlGaN epitaxial films. For the study of the electrical properties were measured the resistivity, concentration and mobility curves as a function of the temperature by means of Hall effect and Van der Pauw configuration technique. From these curves were obtained the activation energy of donor and acceptors levels and were studied the main dominant mechanisms for the electron scattering. In some cases an anomalous behavior of the curves was observed and was corrected using the two layer model. For the study of the superconductivity character of the cubic InN sample was measured its resistivity, concentration and mobility in the low temperature region. The thesis is also devoted to the theoretical and experimental studies of the metal-non-metal transitions in the nitrites.The optical studies of the GaN (undoped), GaN:Si (type-p), GaN:Si (type-n) and AlGaN films were done by means of Raman characterization according to a backscattering configuration. From the spectra were obtained the position of the TO and LO phonon peaks, was verified the cubic character of the films and was studied the behavior of the band found between the TO and LO phonon peaks.
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Investigação das correlações entre parâmetros de deposição e propriedades estruturais e mecânicas de filmes de TiN preparados por sputtering reativo /Affonço, Lucas Jorge. January 2018 (has links)
Orientador: José Humberto Dias da Silva / Banca: Douglas Marcel Gonçalves Leite / Banca: Elidiane Cipriano Rangel / Resumo: O nitreto de titâno apresenta uma vasta gama de aplicações. Entre elas destacam-se as aplicações em recobrimento de superfícies que exploram características mecânicas tais como dureza e módulo de elasticidade do material para aplicações em biomateriais. Essas características e suas correlações com a microestrutura são investigadas, nesse trabalho, em função dos parâmetros de deposição de filmes de TiN. Os filmes foram depositados pela técnica de magnetron sputtering reativo em rádio frequência, sobre substratos de titânio, de sílica, de silício e de uma liga de titânio-nióbio. Nas deposições, foi utilizado um alvo de titânio puro e misturas gasosas de argônio e nitrogênio, com diferentes fluxos de nitrogênio. As potências empregadas foram de 240 W e 300 W, com diferentes tempos de deposição. Medidas de taxa de deposição e emissão óptica do plasma auxiliaram na escolha dos parâmetros de deposição. As análises das difrações de raios X mostraram que com o aumento do fluxo de nitrogênio os cristalitos tendem a apresentar uma orientação preferencial com os planos (200) do TiN paralelos à superfície do substrato, além de indicar a presença de strain nos filmes. Medidas de nanoindentação foram realizadas nas amostras, com o intuito de obter a dureza e o módulo de elasticidade dos filmes depositados com diferentes fluxos de nitrogênio. Buscando assim determinar a influência do fluxo sobre as propriedades mecânicas e a microestrutura dos filmes. Verificou-se que a dureza nas amostras ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The titanium nitride (TiN) has mechanical properties that are useful in a wide range of applications. In special, it is being investigated to improve the surfaces of bone implants. The mechanical properties of TiN films deposited by reactive magnetron sputtering and their correlations with microstructure will be investigated in this dissertation as a function of the deposition parameters. The films were deposited in titanium, silica, silicon and titanium-niobium substrates. A pure titanium target and a mix of argon and nitrogen gases were used in the depositions. The influence of the variation of the reactive gas fluxes on the mechanical properties and in the microstructure of the films were investigated, for applied powers of 240 W and 300 W at 13.6 MHz. Deposition rate and plasma optical emission measurements helped to control the deposition parameters. X ray diffraction analysis show that all films present compressive strain and, at high nitrogen fluxes, a preferred crystallite orientation of planes (200) parallel to the substrate surface occurs. Nanoidentation measurements were performed, for different nitrogen fluxes, to obtain the hardness and elastic modulus of TiN films. The hardness of films deposited at 10 sccm, varied between 10 and 18 GPa, as a function of the penetration depth, and is higher than the observed in other samples. These films also showed the higher (200) plane texture. The elastic modulus is higher on films deposited at 8 sccm N2 flow (around 140 GPa... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre
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Propriedades elétricas e vibracionais de nitretos cúbicos do grupo III / Vibrational and electrical properties of cubic group III nitridesJosé Rafael León Fernández 10 December 2001 (has links)
Esta tese está dirigida ao estudo das propriedades elétricas e ópticas das camadas cúbicas de InN, GaN (intrínseco), GaN:Si (tipo-p), GaN:Si (tipo-n) e AlGaN. Por meio da técnica de efeito Hall e utilizando a configuração de Van der Pauw foram obtidas as curvas de resistividade, concentração e mobilidade em função da temperatura das camadas e através destas curvas é determinada a energia de ativação dos aceitadores e doadores. Também através das mesmas curvas são estudados os principais mecanismos que predominam no espalhamento dos portadores. Em alguns casos um comportamento anômalo foi observado (curvas de concentração e mobilidade do InN e GaN:Si (tipo-p)) e os resultados foram corrigidos utilizando-se o modelo de duas camadas e/ou modelo de duas bandas. Para o material c-InN medimos sua resistividade, concentração e mobilidade na região de baixas temperaturas para investigar um possível caráter supercondutor da amostra. Abordaremos também nesta tese o estudo teórico e experimental sobre a transição metal-semicondutor nos nitretos. Para o estudo das propriedades ópticas das camadas foi utilizada a técnica de caracterização de Raman. Por meio desta técnica e utilizando a configuração de retro espalhamento foram caracterizadas as camadas cúbicas de GaN (intrínseco), GaN:Si (tipo-p), GaN:Si (tipo-n) e AlGaN. Dos espectros, foram obtidas as posições dos picos pertencentes aos fônons transversal-ópticos (TO) e longitudinal-ópticos (LO). Verificou-se o caráter cúbico das camadas e estudou-se a origem da banda que aparece entre as posições dos modos TO e LO do material. / The thesis is devoted to the study of electrical and optical properties of cubic InN, GaN (undoped), GaN:Si (type-p), GaN:Si (type-n) and AlGaN epitaxial films. For the study of the electrical properties were measured the resistivity, concentration and mobility curves as a function of the temperature by means of Hall effect and Van der Pauw configuration technique. From these curves were obtained the activation energy of donor and acceptors levels and were studied the main dominant mechanisms for the electron scattering. In some cases an anomalous behavior of the curves was observed and was corrected using the two layer model. For the study of the superconductivity character of the cubic InN sample was measured its resistivity, concentration and mobility in the low temperature region. The thesis is also devoted to the theoretical and experimental studies of the metal-non-metal transitions in the nitrites.The optical studies of the GaN (undoped), GaN:Si (type-p), GaN:Si (type-n) and AlGaN films were done by means of Raman characterization according to a backscattering configuration. From the spectra were obtained the position of the TO and LO phonon peaks, was verified the cubic character of the films and was studied the behavior of the band found between the TO and LO phonon peaks.
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Impurezas e defeitos nativos em nitretos do grupo III cúbicos / Impurities native defects cubic group III nitridesLuis Eugenio Ramos 10 September 2002 (has links)
Nitretos do grupo III (BN, AlN, GaN e InN) são comumente utilizados em dispositivos optoeletrônicos operando na faixa de comprimentos de onda do azul ao ultravioleta tais como lasers, diodos emissores de luz, transistores, fotodetetores, anúncios luminosos e revestimento de ferramentas abrasivas. Os nitretos do grupo III em geral apresentam elevada tolerância a altas temperaturas, suportam altas injeções de corrente elétrica em dispositivos, apresentam rigidez mecânica e formam ligas do tipo cátion-cátion-nitrogênio o que permite a engenharia dos gaps fundamentais de energia requerida para aplicações em ótica. A estrutura mais estável e mais utilizada em aplicações dos nitretos do grupo III é a estrutura wurtzita com exceção de BN para o qual a estrutura cúbica zincblende é a mais estável. Recentemente AlN, GaN e InN têm sido sintetizados em sua fase zincblende que em princípio oferece vantagens com relação à fase wurtzita como mais alta simetria da rede. Cristais semicondutores em geral apresentam imperfeições ou defeitos (vacâncias, deslocamentos etc) bem como certa quantidade de impurezas. Para obter as propriedades desejadas no material semicondutor é usual a introdução de impurezas no processo conhecido como dopagem. Como a síntese dos nitretos do grupo III e suas ligas na fase zincblende é recente, apresentamos no que segue um estudo das propriedades estruturais e eletrônicas dos nitretos cúbicos utilizando a teoria do funcional densidade (DFT), super células, a aproximação de densidade local (LDA) e a aproximação do gradiente generalizado (GGA). Em seguida, combinamos métodos ab initio e de mecânica estatística para o estudo de defeitos nas ligas ternárias AlxGa1-xN tomando como exemplo a vacância de nitrogênio em vários estados de carga. Um estudo de impurezas do grupo IV (C, Si e Ge) substitucionais em AlN e GaN, as quais são tradicionalmente utilizadas em tecnologia de semicondutores é apresentado bem como o estudo de impurezas do grupo V (P, As e Sb), abordando níveis de impureza no gap fundamental, geometria da rede e energia de relaxação. Estudamos com mais detalhe a impureza de carbono substitucional ao sítio de nitrogênio em BN, AlN, GaNe InN, utilizando super células contendo até 274 átomos a fim de investigar o efeito da interação impureza-impureza resultante da aproximação de super célula bem como propriedades óticas (deslocamentos de Franck-Condon, níveis de emissão e absorção), energias de relaxação da rede cristalina e níveis de defeito. Visto que carbono tem-se mostrado um material dopante promissor, analisamos também a estabilidade de defeitos complexos que incorporam dois átomos de carbono em posições substitucionais e nas denominadas configurações split-intersticiais. / Group-III nitrides (BN, AIN, GaN e InN) are commonly used in optoelectronic devices in the range of wavelengths from blue to ultraviolet such as lasers, light emitting diodes, transistors, photodetectors, advertisement panels and as cover material in abrasive tools. The III-nitrides present in general a large tolerance to high temperatures, support high electric-current injection in devices, are mechanically robust and form cation-cation-nitrogen alloys which allows the fundamental gap engineering, the latter required in optical applications. The most stable and used structure in applications of group-III nitrides is the wurtzite, except in BN for which the zineblende phase which, in principle, offers advantages with respect to the wurtzite one such as a higher lattice symmetry. Semiconductor crystals present in general disarrays or defects (vacancies, dislocations and so on) as well as certain amount of impurities. In order to obtain the required electronic properties in the semiconductor material, it is an usual procedure to introduce impurities by means of the process named doping. Because the synthesis of the zincblende phase of the group-III AIN, GaN and InN is recent, we present in the following a study of the electronic and structural properties of the cubic nitrides applying the density functional theory (DFT), supercells in the local density approximation (LDA) and generalized gradient approximation (GGA). We combine ab initio and statistical mechanics to study defects in the ternary alloys AlxGa1-xN taking as an example the nitrogen vacancy in several charge states. A study of sustitutional group-IV impurities in AIN and GaN (C, Si and Ge), which are traditionally applied in semiconductor technologies is presented as well as for group-IV impurities (P, As and Sb), covering impurity levels in the fundamental gap, lattice geometry and lattice energy relaxations. We study more detailedly the carbon impurity, substitutional on the nitrogen site in BN, AIN, GaN and InN, applying supercells up to 2744 atoms, in order to investigate the effect of the impurity-impurity interaction due to the use of the supercell approximation as well as optical properties (Franck-Condon shifts, absorption and emission levels), lattice relaxation energies and defect levels. Since carbon has shown to be a promising dopant material, we analyze also the stability of complex defects which incorporate two atoms of carbon on substitutional sites and the so called split-interstitial configurations.
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Filmes finos de WN e ALN e suas aplicações na fabricação de transitores mesfetLujan, Guilherme Sansigolo 18 February 2000 (has links)
Orientador: Peter Jurgen Tatsch / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-26T20:42:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2000 / Resumo: Neste trabalho são caracterizados filmes finos de WN e AlN obtidos por sputtering DC em ambiente de Nitrogênio. Diodos Schottky sobre GaAs são utilizados para caracterizar os filmes de WN. Os diodos são submetidos a tratamentos térmicos visando o estudo da estabilidade térmica dos contatos, ensaiando a fabricação dos transistores MESFET. A caracterização dos diodos é baseada em medidas I-V para a obtenção do fator de idealidade e da altura de barreira Schottky. Os dispositivos estáveis termicamente apresentaram valores de 1,3 e 0,55 eV respectivamente. Os diodos ainda foram submetidos a passivação por plasma. Os filmes de AlN foram caracterizados a partir de capacitores MIS, obtendo-se a constante dielétrica e a densidade de cargas do filme, de 8,7 e 0,9xl011cm-2 respectivamente. Os Fihnes de AlN também foram usados satisfatoriamente como capa para implantação iônica e recozimento, que também é uma etapa de processamento de transistores MESFET / Abstract: Tungsten Nitride (WN) and Aluminum Nitride (AlN) thin films were deposited by DC sputtering in Nitrogen ambi~nt and characterized in this work. Gallium Arsenide Schottky diodes were used in the characterization of WN films. The diodes were subject to thermal treatments to study the thermal stability of the contacts, as in the fabrication process of MESFET transistors. The diodes characterizations were based in I-V measurements to obtain the ideality factor(n) and the Schottky barrier height(?b). The thermally stable devices show n=1.3 and { ?b =O.55eV respectively. The diodes were also submitted to a plasma passivation processo The AlN thin films were characterized using MIS capacitors and the dielectric constant and effective charge density obtained were 8.7 and O.9x1011 cm-2 respectively. The AlN films were used satisfactory as a cap layer to íon implantation and annealing, which is a process step of MESFET transístors / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica
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Estudo dos compostos semicondutores de metais de transição - Grupo V para aplicação em spintrônica / AB Initio study of transition metals nitrides for spintronics applicationsMauro Fernando Soares Ribeiro Junior 07 December 2006 (has links)
Recentemente um enorme esforço esta sendo feito na busca de bons materiais para aplicação na nova área emergente da eletrônica, a spintrônica. O estudo teórico tem se mostrado de fundamental importância em tal busca. Na presente dissertação estão alguns dos resultados de um estudo computacional envolvendo cálculos de primeiros princípios em Física dos Materiais. Utilizamos a ferramenta Vienna Ab-initio Simulation Package com suas implementações de funcionais de troca-correlação, para simular sistemas cristalinos de nitretos dos metais de transição (MT) vanádio (V), cromo (Cr), ferro (Fe) e cobalto (Co) na composição do tipo N-MT. Tomando como base a importância geral dos semicondutores existentes, escolhemos as estruturas zincblende(B3) e wurzita(B4), bem como a estrutura NaCl (B1) - esta ´ultima apenas para alguns cálculos do CrN. Determinamos teoricamente as constantes de rede de todos os materiais com a realização de minimizações completas das estruturas, relaxando os parâmetros geométricos. Tais resultados mostraram-se de ótima capacidade preditiva quando comparados com os valores experimentais. Sempre com o foco na spintrônica, estudamos diversas configurações magnéticas, e conseguimos com sucesso obter alguns materiais ferromagnéticos em seu estado fundamental. Seguindo a idéia de aplicação, estudamos o magnetismo dos diversos nitretos sob tensionamento hidrostático (expansão e compressão da célula), obtendo excelentes resultados, como o interessante caminho de transição magnética para o estado de meio-metal para os materiais na estrutura zincblende. Notadamente, as constantes el´asticas e bulk moduli de muitos materiais foram determinados - segundo os nossos conhecimentos, alguns deles pela primeira vez. Também realizamos um estudo inicial da estrutura eletrônica, com cálculos de densidades de estados e estruturas de bandas, tanto no estado fundamental, como sob tensionamento, e verificamos com sucesso a teoria de Stoner do magnetismo itinerante. Finalizamos o trabalho tocando no problema do tensionamento biaxial (planar), com o objetivo de estudar o magnetismo, a estrutura eletrônica e a estabilidade dos nitretos magnéticos, particularmente do CrN zincblende, no processo de crescimento epitaxial de filmes e heteroestruturas. / Recently a huge effort is been done to find good materials in order to aplied in a new eletronic area, spintronics.
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Estudo dos compostos semicondutores de metais de transição - Grupo V para aplicação em spintrônica / AB Initio study of transition metals nitrides for spintronics applicationsRibeiro Junior, Mauro Fernando Soares 07 December 2006 (has links)
Recentemente um enorme esforço esta sendo feito na busca de bons materiais para aplicação na nova área emergente da eletrônica, a spintrônica. O estudo teórico tem se mostrado de fundamental importância em tal busca. Na presente dissertação estão alguns dos resultados de um estudo computacional envolvendo cálculos de primeiros princípios em Física dos Materiais. Utilizamos a ferramenta Vienna Ab-initio Simulation Package com suas implementações de funcionais de troca-correlação, para simular sistemas cristalinos de nitretos dos metais de transição (MT) vanádio (V), cromo (Cr), ferro (Fe) e cobalto (Co) na composição do tipo N-MT. Tomando como base a importância geral dos semicondutores existentes, escolhemos as estruturas zincblende(B3) e wurzita(B4), bem como a estrutura NaCl (B1) - esta ´ultima apenas para alguns cálculos do CrN. Determinamos teoricamente as constantes de rede de todos os materiais com a realização de minimizações completas das estruturas, relaxando os parâmetros geométricos. Tais resultados mostraram-se de ótima capacidade preditiva quando comparados com os valores experimentais. Sempre com o foco na spintrônica, estudamos diversas configurações magnéticas, e conseguimos com sucesso obter alguns materiais ferromagnéticos em seu estado fundamental. Seguindo a idéia de aplicação, estudamos o magnetismo dos diversos nitretos sob tensionamento hidrostático (expansão e compressão da célula), obtendo excelentes resultados, como o interessante caminho de transição magnética para o estado de meio-metal para os materiais na estrutura zincblende. Notadamente, as constantes el´asticas e bulk moduli de muitos materiais foram determinados - segundo os nossos conhecimentos, alguns deles pela primeira vez. Também realizamos um estudo inicial da estrutura eletrônica, com cálculos de densidades de estados e estruturas de bandas, tanto no estado fundamental, como sob tensionamento, e verificamos com sucesso a teoria de Stoner do magnetismo itinerante. Finalizamos o trabalho tocando no problema do tensionamento biaxial (planar), com o objetivo de estudar o magnetismo, a estrutura eletrônica e a estabilidade dos nitretos magnéticos, particularmente do CrN zincblende, no processo de crescimento epitaxial de filmes e heteroestruturas. / Recently a huge effort is been done to find good materials in order to aplied in a new eletronic area, spintronics.
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Propriedades vibracionais de nitretos do grupo III e de suas ligas / Vibrational properties of group-III nitrides and their alloysSantos, Adriano Manoel dos 23 April 2004 (has links)
Os nitretos do grupo III (BN, AIN,Gan e InN) e suas ligas ternárias Al-GaN e InGaN proporcionam, recentemente, um extraordinário avanço na fabricação de dispositivos opto-eletrônicos operando na região do espectro correspondente ao verde-azul-UV e na produção de dispositivos eletrônicos de alta frequência, alta temperatura e alta potência. Estes materiais semicondutores de gap largo atraíram enorme atenção dos pesquisadores nos últimos anos. O objetivo desta tese é o estudo das propriedades vibracionais dos nitretos do grupo III referente tanto ao cristal perfeito, quanto ao cristal com defeito. Utilizamos como base a Teoria Clássica do Crital Harmônico e o Método das Funções de Green. Com a Teoria Clássica do Cristal Harmônico, juntamente com o Método do Valence Force Filed e o Método da Soma de Ewald, que permitem gerar a matriz dinâmica do sistema, determinamos o comportamento vibracional dos nitretos binários e das ligas ternárias. A utilização destes métodos permitiu a obtenção do espectro de fônons dos nitretos binários, e o estudo do comportamento dos modos ópticos em para as ligas ternárias. A partir da Função de Green do cristal perfeito e da Função de Green do cristal com defeito, obtivemos as frequências e os modos vibracionais localizados e ressonantes introduzidos pela impureza de C e As em GaN. A partir das densidades de estados do cristal perfeito e do cristal com defeito, calculamos a entropia de formação da vacância de N em GaN. Os resultados obtidos foram usados na interpretação de dados experimentais disponíveis na literatura, relativos às propriedades vibracionais dos nitretos na estrutura wurtzita, e na predição e análise de dados experimentais obtidos pelo grupo do Laboratório de Novos Materiais Semicondutores do Instituto de Física da USP para os nitretos zincblende. / The group-III nitrides (BN, AIN, GaN and InN) and their ternary alloys AlGaN and InGaN generated recently an extraordirlary progress in the production of optoelectronic devices operating in the green-blue-UV region of the spectrum, and in the production of electronic devices of high frequency, high temperature and high power. These wide gap semiconductor materials attracted enormous attention in the last years. The objective of this Thesis was to study the vibrational properties of the bulk III nitrides, without and with defects. To accomplish this study we used the Classic Theory of the Harmonic Crystal and the Method of the Green\'s Functions. With the Classic Theory of the Harmonic Crystal, together with the Valence Force Field Method and the Method of the Ewald\'s Sum, that allow to generate the dynamic matrix of the system, we determined the vibrational behavior of the binary nitrides and of the ternary alloys. The use of these methods allowed us to obtain the phonon spectra of the binary nitrides and to study the behavior of the optical modes at of the ternary alloys. Starting from the Green\'s Function of the perfect crystal and the Green\'s Function of the crystal with defect, we obtained the frequencies and the localized and resonant vibrational modes introduced by the C and As impurities in GaN. Starting from the densities of states of the perfect crystal and of the crystal with defect, we calculated the formation entropy of the N vacancy in GaN. The obtained results were used in the interpretation of experimental data related to the vibrational properties of the wurtzite nitrides available in the literature, and in the prediction and analysis of experimental results obtained for zincblende nitrides by the group of the New Semiconductors Materials Laboratory of t11c Physics Institute at USP.
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