Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro de Ciencias Fisicas e Matematicas / Made available in DSpace on 2012-10-16T03:54:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T17:02:19Z : No. of bitstreams: 1 84779.pdf: 2948983 bytes, checksum: 8da9aacf73797b7837e25f1547bd8ab8 (MD5) / Amostras de aço 1020 são nitretadas ionicamente num plasma de N2+ H2. São feitos estudos da evolução das camadas de nitretos em função da temperatura, do tempo de nitretação e da composição da mistura gasosa N2 + H2. No estudo da temperatura de nitretação, são nitretadas amostras durante três horas em temperaturas que variam de 400 a 600 °C . Este estudo é feito para duas composições da mistura gasosa: 80%N2 + 20%H2 e 20%N2 + 80%H2. No estudo sobre a influência do tempo de nitretação são nitretadas amostras com tempos entre 0.25h e 12.0h. Este estudo é realizado com uma única composição da mistura (80%N2 + 20%H2) e em duas temperaturas: 490 e 550°C . No estudo da mistura gasosa N2 + H2 são nitretadas amostras em 480°C durante uma hora, com misturas gasosas que variam entre 10 e 100% de N2. As camadas de nitretos formadas são analisadas por metalografia, difração de raios X e microdureza. É identificada a formação de uma camada branca de fase e -Fe2-3N e/ou g'-Fe4N . Pode haver também a formação de uma camada escura, sob a camada branca, identificada como uma mistura das fases g' e nitroferrita. A microdureza da camada branca é da ordem de 800 Vickers e a da camada escura é da ordem de 400 Vickers enquanto que a microdureza do aço 1020 não nitretado é de 200 Vickers. A espessura da camada branca, em função da temperatura de nitretação, passa por um máximo e depois decresce. Em função do tempo de nitretação, a camada branca também passa por um máximo de espessura e depois decresce, porém de maneira mais suave. A camada escura, que se forma sob a camada branca, tem um crescimento contínuo no início do processo de nitretação com tendência à saturação no final. Esta camada pode ser considerada como um estágio intermediário de decomposição da camada branca. Uma taxa de hidrogênio maior que 5%, na mistura N2 +H2, diminui a espessura da camada de nitretos e evita a formação da camada escura. A mistura de 95%N2 + 5%H2 apresenta os melhores resultados quanto a espessura e microdureza da camada de nitretos bem como da estabilidade do plasma.

Utilizando a Teoria do Funcional da Densidade e uma Dinâmica Molecular Quântica que envolve o formalismo de pseudopotenciais de primeiros princípios, fizemos cálculos de energia total, estrutura atômica e eletrônica, e ligação química para o cristal perfeito e a superfície do GaAs e das fases cúbicas do BN, AlN, GaN e InN para determinar o papel da aproximação do gradiente generalizado (GGA) no funcional da energia de troca e correlação. Nossos cálculos mostram que o efeito combinado da correção não linear de caroço e da aproximação GGA é responsável por mudanças significativas nos parâmetros estruturais e na estrutura eletrônica das superfícies polares (001), independentemente da ionicidade do elemento estudado, mas não é decisivo para o cristal perfeito e para a superfície não polar (110). Nossos cálculos para a superfície (110) sugerem que o ângulo de rotação da ligação entre o cátion e o ânion que compõe a superfície é muito menor para os nitretos: em torno de '15 GRAUS' comparado com '30 GRAUS'^='2 GRAUS' observado para outros semicondutores III-V. Neste trabalho propomos um modelo com uma relação linear entre o deslocamento vertical do cátion e do ânion da camada superficial e o comprimento de ligação superficial após a relaxação para todos os semicondutores III-V e II-VI. Além disso, observamos que a superfície (110) de todos os compostos III-V e II-V apresentam estruturas eletrônicas muito similares. Também procedemos estudos detalhados da estrutura atômica e eletrônica das reconstruções (1x1), (2x2), c(2x2) e (1x4) terminadas em gálio da fase cúbica do GaN crescido na direção (001). Observamos que apenas a reconstrução (1x4) apresenta caráter semicondutor e que é a mais favorável do ponto de vista energético, com um ganho de 0,29 eV por célula unitária (1x1) quando comparada a reconstrução (1x1). A incorporação do nitrogênio em estruturas cristalinas foi inicialmente testada considerando a dissociação e posterior adsorção das moléculas 'NH IND. 3' e 'NF IND. 3' sobre a reconstrução (2x1) da superfície de silício crescida na direção (001). Nossos cálculos apontam que quando da adsorção, em ambos os casos, os dímeros de Si são simétricos e seu comprimento de ligação é maior do que o observado para a superfície livre. As estruturas eletrônicas obtidas indicam que a adsorção das moléculas de amônia e de trifluoreto de nitrogênio resultam na passivação da superfície de silício.

Utilizando a Teoria do Funcional da Densidade e uma Dinâmica Molecular Quântica que envolve o formalismo de pseudopotenciais de primeiros princípios, fizemos cálculos de energia total, estrutura atômica e eletrônica, e ligação química para o cristal perfeito e a superfície do GaAs e das fases cúbicas do BN, AlN, GaN e InN para determinar o papel da aproximação do gradiente generalizado (GGA) no funcional da energia de troca e correlação. Nossos cálculos mostram que o efeito combinado da correção não linear de caroço e da aproximação GGA é responsável por mudanças significativas nos parâmetros estruturais e na estrutura eletrônica das superfícies polares (001), independentemente da ionicidade do elemento estudado, mas não é decisivo para o cristal perfeito e para a superfície não polar (110). Nossos cálculos para a superfície (110) sugerem que o ângulo de rotação da ligação entre o cátion e o ânion que compõe a superfície é muito menor para os nitretos: em torno de '15 GRAUS' comparado com '30 GRAUS'^='2 GRAUS' observado para outros semicondutores III-V. Neste trabalho propomos um modelo com uma relação linear entre o deslocamento vertical do cátion e do ânion da camada superficial e o comprimento de ligação superficial após a relaxação para todos os semicondutores III-V e II-VI. Além disso, observamos que a superfície (110) de todos os compostos III-V e II-V apresentam estruturas eletrônicas muito similares. Também procedemos estudos detalhados da estrutura atômica e eletrônica das reconstruções (1x1), (2x2), c(2x2) e (1x4) terminadas em gálio da fase cúbica do GaN crescido na direção (001). Observamos que apenas a reconstrução (1x4) apresenta caráter semicondutor e que é a mais favorável do ponto de vista energético, com um ganho de 0,29 eV por célula unitária (1x1) quando comparada a reconstrução (1x1). A incorporação do nitrogênio em estruturas cristalinas foi inicialmente testada considerando a dissociação e posterior adsorção das moléculas 'NH IND. 3' e 'NF IND. 3' sobre a reconstrução (2x1) da superfície de silício crescida na direção (001). Nossos cálculos apontam que quando da adsorção, em ambos os casos, os dímeros de Si são simétricos e seu comprimento de ligação é maior do que o observado para a superfície livre. As estruturas eletrônicas obtidas indicam que a adsorção das moléculas de amônia e de trifluoreto de nitrogênio resultam na passivação da superfície de silício.

Made available in DSpace on 2015-03-03T11:52:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-05-27Bitstream added on 2015-03-03T12:06:56Z : No. of bitstreams: 1 000808135.pdf: 2777565 bytes, checksum: e57516b1335c820bcfe63c7183d37b8b (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O nitreto de Gálio (GaN) têm recebido grande atração nos últimos anos devido a sua possível aplicação em semicondutor magnético diluído (DMS) pela incorporação de íons como o Manganês (Mn). No entanto, a preparação destes tipos de amostras tem sido conseguida nos últimos anos usando Epitaxia por Feixe Molecular (Molecular Beam Epitaxy, MBE) e Deposição de Vapor Químico com precursoresMetalorgânicos (Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), que são técnicas de crescimento muito caras e necessitam de condições especiais de substrato, tal como alta temperatura de crescimento. Uma alternativa é a utilização de técnicas de crescimento como o Sputerring. A vantagem desta técnica de sputerring é o baixo custo e a possibilidade de crescimento de filme em temperatura relativamente baixa. Neste trabalho, foram realizadas medidas de fotoluminescência, espectroscopia Raman e espectroscopia no infravermelho nos filmes de Ga1-xMnxN e GaN obtidos por RF Magnetron Sputtering Reativo. Os espectros de fotoluminescência proporcionaram o entendimento da concentração máxima de Mn incorporado nos filmes de Ga1-xMnxN. Ainda, os dados revelaram a presença de emissões de fotoluminescência em aproximadamente 3,31 eV atribuída à incorporação de Mn, em aproximadamente 3,35 eV atribuída à contaminação por Hidrogênio e em 3,36 eV atribuída a éxciton ligado a falta de empilhamento. Os dados de fotoluminescência são consistentes com os dados de espectroscopia Raman que mostram o efeito da tensão sobre os modos vibracionais com o aumento de concentração de Mn. Isto ocorre devido à diferença de raio iônico do Mn em relação ao Ga que gera tensão na estrutura do cristal. Estes resultados proporcionaram um melhor entendimento do processo de crescimento de filmes de GaN e Ga1-xMnxN por RF Magnetron Sputtering Reativo / Galium nitride (GaN) has gained an unprecedented attention in the last years due to their possible application in dilute magnetic semiconductor (DMS) by incorporation of ions like Mn. However, the preparation of these samples is very complicated and has been achieved only in the past few years by using Molecular Beam Epitaxy and Metal Organic Chemical Vapor Deposition, which are very expensive techniques and require special condition like high temperature of growth. One alternative route is to use growth techniques like reactive magnetron sputtering. The advantage of sputtering technique is the low cost and the possibility to grow film at relatively low temperature. In this work, we perform measurements of photoluminescence, Raman spectroscopy and infrared spectroscopy in Ga1-xMnxN and GaN films obtained by RF Reactive Magnetron Sputtering. The photoluminescence spectra have provided he understanding of the maximum Mn concentration in Ga1-xMnxN films. In addition, the data revealed the presence of photoluminescence emission, around 3.31 eV assigned by incorporation of Mn, around 3.35eV assigned by hydrogen and 3.36eV assigned by exciton bound to stacking faults. The photoluminescence data is consistent with Raman spectroscopy data that show the tension effect at the vibrational models with increasing Mn concentration. This is due to the difference in ionic radius of Mn relative to Ga that generates tensions in the crystal lattice. These allow understanding the growth process of GaN and Ga1-xMnxN films by RF Reactive Magnetron Sputtering

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. / Made available in DSpace on 2012-10-17T04:08:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T22:57:03Z : No. of bitstreams: 1 152857.pdf: 5570061 bytes, checksum: 0b159667055f7d180be4f175a1c34be6 (MD5) / O objetivo deste trabalho é determinar a possibilidade de se obter camadas superficiais de nitretos de ferro em amostras de aço ABNT 1020, posicionadas na região de pós- descarga de descargas elétricas em nitrogênio puro e misturas nitrogênio/hidrogênio. Um dispositivo experimental específico para este fim foi construído, de tal maneira que se pode submeter uma amostra de aço a um gradiente de temperatura e a ação do meio quimicamente ativo da pós-descarga. As amostras obtidas deste processo foram analisadas utilizando-se técnicas de difratometria de raios-X, microscopia ótica e microdureza, que revelaram camadas de nitretos de espessura e microdureza semelhantes àquelas obtidas pelo processo de nitretação em descarga anormal.

Orientador: Aguinaldo Robinson de Souza / Banca: Jose Humberto Dias da Silva / Banca: Armando Beltran Flors / Banca: João Batista Lopes Martins / Banca: Nelson Henrique Morgon / Resumo: Este trabalho é resultado de um estudo teórico sobre o GaN e o Semicondutor Magnético Ga1-xMnxN, tanto para bulk (sólido) como para as superfícies nanoestruturadas mais estáveis, dada sua importância para o desenvolvimento como material spintrônico. Analisamos deste material suas propriedades estruturais, energéticas e eletrônicas, a partir de cálculos periódicos baseados na teoria do Funcional da Densidade (DFT), como o funcional híbrido B3LYP, e também apresentamos resultados preliminares do estudo das propriedades magnéticas deste material. Realizamos um estudo pormenorizado das estruturas de bandas e da densidade de estados, do Ga1-xMnxN bulk (x~0,02 a 0,18) quanto em superfícies (x~0,0 a 0,17) para os modelos de supercélula de 32 e 96 átomos bulk e modelos de superfícies com 12 e 24 camadas. Os resultados obtidos nos mostram que para concentrações acima de 6% ocorre um acréscimo na distância de ligação Mn-N na direção c, pelo fato do Mn apresentar um raio atômico superior ao Ga e propriedades físicas e químicas distintas. Para os cálculos com superfícies, foi realizada a substituição do Ga por Mn em diferentes posições relativas na superfície, sub-superfície e core, ocorrendo o aumento da energia total conforme os átomos de Mn se movem para os sítios mais internos da superfície e ao considerar a forma de equilíbrio baseada na estabilidade termodinâmica, os valores das energias superficiais das superfícies (1010) e (1120) do GaN wurtzita são as mais estáveis para a concentração de ~8%. Com o aumento da concentração, ocorre nas estruturas de bandas uma diminuição do gap, tanto para o bulk quanto para as superfícies, porém ele se mantém direto no bulk, com exceção para concentração de 18% e, na superfície (1010), enquanto que na superfície (1120) o gap é indireto... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work is the result os a theoretical study concerning GaN and the Magnetic Semiconductor Ga1-xMnxN, in both the bulk and the most stable nanoestructured surfaces, due to its importance in the development as spintronic material. We analyze the structural, energetic and electronic properties of this material, by means of periodic calculations based on the Functional Density Theory (DFT), at the hybrid functional B3LYP level, and also present the preliminary results of the study of the magnetic properties of this material. We carried out a detailed study of the band structures and the density of states, for both the Ga1-xMnxN bulk (x~002 a 0,18) and its surfaces (x~0,0 a 0,17) using supercell models constitued by 32 and 96 atoms for the bulk and 12 and 24 atomic layers for the surface slab model. Our results show that for Mn concentrations above 6% there is an increase in the Mn-N bond distance in the c direction, due to the fact that the Mn has an atomic radium greater than that of the Ga and different physical and chemical properties. For the surface calculations, we substituted the Ga for the Mn in different positions relative to the external surface, sub-surface and corre, it was observed that the total energy increased as the Mn atoms moved from the surface layer to the interior sites and when we consider the equilibrium shape based in the thermodynamic stability, the most stable surface energies for the (1010) and (1020) planos of wurtzite GaN are found for the ~8% Mn concentration. When the Mn concentration increases, the band gap decreases for the bulk as well as for the surfaces, the gap being direct for the bulk, except for the 18% concentration, and for the (1010) surface, whereas the gap is found indirect for the (1120) surface for the concentrations 6 and 17%. The analysis of the density... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Américo Sheitiro Tabata / Banca: Virgilio de Carvalho dos Anjos / Banca: Alexandre Levine / Banca: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Banca: Dayse Iara dos Santos / Resumo: O nitreto de Gálio (GaN) têm recebido grande atração nos últimos anos devido a sua possível aplicação em semicondutor magnético diluído (DMS) pela incorporação de íons como o Manganês (Mn). No entanto, a preparação destes tipos de amostras tem sido conseguida nos últimos anos usando Epitaxia por Feixe Molecular ("Molecular Beam Epitaxy", MBE) e Deposição de Vapor Químico com precursoresMetalorgânicos ("Metal Organic Chemical Vapor Deposition", MOCVD), que são técnicas de crescimento muito caras e necessitam de condições especiais de substrato, tal como alta temperatura de crescimento. Uma alternativa é a utilização de técnicas de crescimento como o "Sputerring". A vantagem desta técnica de "sputerring" é o baixo custo e a possibilidade de crescimento de filme em temperatura relativamente baixa. Neste trabalho, foram realizadas medidas de fotoluminescência, espectroscopia Raman e espectroscopia no infravermelho nos filmes de Ga1-xMnxN e GaN obtidos por RF Magnetron Sputtering Reativo. Os espectros de fotoluminescência proporcionaram o entendimento da concentração máxima de Mn incorporado nos filmes de Ga1-xMnxN. Ainda, os dados revelaram a presença de emissões de fotoluminescência em aproximadamente 3,31 eV atribuída à incorporação de Mn, em aproximadamente 3,35 eV atribuída à contaminação por Hidrogênio e em 3,36 eV atribuída a éxciton ligado a falta de empilhamento. Os dados de fotoluminescência são consistentes com os dados de espectroscopia Raman que mostram o efeito da tensão sobre os modos vibracionais com o aumento de concentração de Mn. Isto ocorre devido à diferença de raio iônico do Mn em relação ao Ga que gera tensão na estrutura do cristal. Estes resultados proporcionaram um melhor entendimento do processo de crescimento de filmes de GaN e Ga1-xMnxN por RF Magnetron Sputtering Reativo / Abstract: Galium nitride (GaN) has gained an unprecedented attention in the last years due to their possible application in dilute magnetic semiconductor (DMS) by incorporation of ions like Mn. However, the preparation of these samples is very complicated and has been achieved only in the past few years by using Molecular Beam Epitaxy and Metal Organic Chemical Vapor Deposition, which are very expensive techniques and require special condition like high temperature of growth. One alternative route is to use growth techniques like reactive magnetron sputtering. The advantage of sputtering technique is the low cost and the possibility to grow film at relatively low temperature. In this work, we perform measurements of photoluminescence, Raman spectroscopy and infrared spectroscopy in Ga1-xMnxN and GaN films obtained by RF Reactive Magnetron Sputtering. The photoluminescence spectra have provided he understanding of the maximum Mn concentration in Ga1-xMnxN films. In addition, the data revealed the presence of photoluminescence emission, around 3.31 eV assigned by incorporation of Mn, around 3.35eV assigned by hydrogen and 3.36eV assigned by exciton bound to stacking faults. The photoluminescence data is consistent with Raman spectroscopy data that show the tension effect at the vibrational models with increasing Mn concentration. This is due to the difference in ionic radius of Mn relative to Ga that generates tensions in the crystal lattice. These allow understanding the growth process of GaN and Ga1-xMnxN films by RF Reactive Magnetron Sputtering / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-09-22Bitstream added on 2014-06-13T20:07:27Z : No. of bitstreams: 1 gomes_mc_dr_bauru.pdf: 4074042 bytes, checksum: d6522228622688cc96df0482f8a71eca (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Mato Grosso (FAPEMAT) / Este trabalho é resultado de um estudo teórico sobre o GaN e o Semicondutor Magnético Ga1-xMnxN, tanto para bulk (sólido) como para as superfícies nanoestruturadas mais estáveis, dada sua importância para o desenvolvimento como material spintrônico. Analisamos deste material suas propriedades estruturais, energéticas e eletrônicas, a partir de cálculos periódicos baseados na teoria do Funcional da Densidade (DFT), como o funcional híbrido B3LYP, e também apresentamos resultados preliminares do estudo das propriedades magnéticas deste material. Realizamos um estudo pormenorizado das estruturas de bandas e da densidade de estados, do Ga1-xMnxN bulk (x~0,02 a 0,18) quanto em superfícies (x~0,0 a 0,17) para os modelos de supercélula de 32 e 96 átomos bulk e modelos de superfícies com 12 e 24 camadas. Os resultados obtidos nos mostram que para concentrações acima de 6% ocorre um acréscimo na distância de ligação Mn-N na direção c, pelo fato do Mn apresentar um raio atômico superior ao Ga e propriedades físicas e químicas distintas. Para os cálculos com superfícies, foi realizada a substituição do Ga por Mn em diferentes posições relativas na superfície, sub-superfície e core, ocorrendo o aumento da energia total conforme os átomos de Mn se movem para os sítios mais internos da superfície e ao considerar a forma de equilíbrio baseada na estabilidade termodinâmica, os valores das energias superficiais das superfícies (1010) e (1120) do GaN wurtzita são as mais estáveis para a concentração de ~8%. Com o aumento da concentração, ocorre nas estruturas de bandas uma diminuição do gap, tanto para o bulk quanto para as superfícies, porém ele se mantém direto no bulk, com exceção para concentração de 18% e, na superfície (1010), enquanto que na superfície (1120) o gap é indireto... / This work is the result os a theoretical study concerning GaN and the Magnetic Semiconductor Ga1-xMnxN, in both the bulk and the most stable nanoestructured surfaces, due to its importance in the development as spintronic material. We analyze the structural, energetic and electronic properties of this material, by means of periodic calculations based on the Functional Density Theory (DFT), at the hybrid functional B3LYP level, and also present the preliminary results of the study of the magnetic properties of this material. We carried out a detailed study of the band structures and the density of states, for both the Ga1-xMnxN bulk (x~002 a 0,18) and its surfaces (x~0,0 a 0,17) using supercell models constitued by 32 and 96 atoms for the bulk and 12 and 24 atomic layers for the surface slab model. Our results show that for Mn concentrations above 6% there is an increase in the Mn-N bond distance in the c direction, due to the fact that the Mn has an atomic radium greater than that of the Ga and different physical and chemical properties. For the surface calculations, we substituted the Ga for the Mn in different positions relative to the external surface, sub-surface and corre, it was observed that the total energy increased as the Mn atoms moved from the surface layer to the interior sites and when we consider the equilibrium shape based in the thermodynamic stability, the most stable surface energies for the (1010) and (1020) planos of wurtzite GaN are found for the ~8% Mn concentration. When the Mn concentration increases, the band gap decreases for the bulk as well as for the surfaces, the gap being direct for the bulk, except for the 18% concentration, and for the (1010) surface, whereas the gap is found indirect for the (1120) surface for the concentrations 6 and 17%. The analysis of the density... (Complete abstract click electronic access below)

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T05:24:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:06:05Z : No. of bitstreams: 1 144961.pdf: 15270611 bytes, checksum: fd71ad5807bcc81e72cef0c9eea5583b (MD5)

Na presente tese, foi investigado o crescimento térmico de filmes dielétricos (óxido de silício e oxinitreto de silício) sobre carbeto de silício. Além disso, os efeitos da irradiação iônica do SiC antes de sua oxidação, com o intuito de acelerar a taxa de crescimento do filme de SiO2, também foram investigados. A tese foi dividida em quatro diferentes etapas. Na primeira, foram investigados os estágios iniciais da oxidação térmica do SiC: mudanças no ambiente químico dos átomos de Si foram observadas após sucessivas etapas de oxidação térmica de uma lâmina de SiC. A partir desses resultados, em conjunto com a análise composicional da primeira camada atômica da amostra, acompanhou-se a evolução do processo de oxidação nesses estágios iniciais. Na etapa seguinte, foram utilizadas as técnicas de traçagem isotópica e análise por reação nuclear com ressonância estreita na curva de seção de choque na investigação do mecanismo e etapa limitante do crescimento térmico de filmes de SiO2 sobre SiC. Nesse estudo, compararam-se os resultados obtidos de amostras de óxidos termicamente crescidos sobre Si e sobre SiC. Na terceira etapa, foram investigados os efeitos da irradiação iônica do SiC antes de sua oxidação nas características finais da estrutura formada. Finalmente, comparam-se os resultados da oxinitretação térmica de estruturas SiO2/SiC e SiO2/Si utilizando dois diferentes gases: NO e N2O.