abstract: As crystalline silicon solar cells continue to get thinner, the recombination of carriers at the surfaces of the cell plays an ever-important role in controlling the cell efficiency. One tool to minimize surface recombination is field effect passivation from the charges present in the thin films applied on the cell surfaces. The focus of this work is to understand the properties of charges present in the SiNx films and then to develop a mechanism to manipulate the polarity of charges to either negative or positive based on the end-application. Specific silicon-nitrogen dangling bonds (·Si-N), known as K center defects, are the primary charge trapping defects present in the SiNx films. A custom built corona charging tool was used to externally inject positive or negative charges in the SiNx film. Detailed Capacitance-Voltage (C-V) measurements taken on corona charged SiNx samples confirmed the presence of a net positive or negative charge density, as high as +/- 8 x 1012 cm-2, present in the SiNx film. High-energy (~ 4.9 eV) UV radiation was used to control and neutralize the charges in the SiNx films. Electron-Spin-Resonance (ESR) technique was used to detect and quantify the density of neutral K0 defects that are paramagnetically active. The density of the neutral K0 defects increased after UV treatment and decreased after high temperature annealing and charging treatments. Etch-back C-V measurements on SiNx films showed that the K centers are spread throughout the bulk of the SiNx film and not just near the SiNx-Si interface. It was also shown that the negative injected charges in the SiNx film were stable and present even after 1 year under indoor room-temperature conditions. Lastly, a stack of SiO2/SiNx dielectric layers applicable to standard commercial solar cells was developed using a low temperature (< 400 °C) PECVD process. Excellent surface passivation on FZ and CZ Si substrates for both n- and p-type samples was achieved by manipulating and controlling the charge in SiNx films. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Electrical Engineering 2013

abstract: Silicon (Si) solar cells are the dominant technology used in the Photovoltaics industry. Field-effect passivation by means of electrostatic charges stored in an overlying insulator on a silicon solar cell has been proven to be a significantly efficient way to reduce effective surface recombination velocity and increase minority carrier lifetime. Silicon nitride (SiNx) films have been extensively used as passivation layers. The capability to store charges makes SiNx a promising material for excellent feild effect passivation. In this work, symmetrical Si/SiO2/SiNx stacks are developed to study the effect of charges in SiNx films. SiO2 films work as barrier layers. Corona charging technique showed the ability to inject charges into the SiNx films in a short time. Minority carrier lifetimes of the Czochralski (CZ) Si wafers increased significantly after either positive or negative charging. A fast and contactless method to characterize the charged overlying insulators on Si wafer through lifetime measurements is proposed and studied in this work, to overcome the drawbacks of capacitance-voltage (CV) measurements such as time consuming, induction of contanmination and hysteresis effect, etc. Analytical simulations showed behaviors of inverse lifetime (Auger corrected) vs. minority carrier density curves depend on insulator charge densities (Nf). From the curve behavior, the Si surface condition and region of Nf can be estimated. When the silicon surface is at high strong inversion or high accumulation, insulator charge density (Nf) or surface recombination velocity parameters (Sn0 and Sp0) can be determined from the slope of inverse lifetime curves, if the other variable is known. If Sn0 and Sp0 are unknown, Nf values of different samples can be compared as long as all have similar Sn0 and Sp0 values. Using the saturation current density (J0) and intercept fit extracted from the lifetime measurement, the bulk lifetime can be calculated. Therefore, this method is feasible and promising for charged insulator characterization. / Dissertation/Thesis / M.S. Electrical Engineering 2014

Neste trabalho, analisamos as propriedades estruturais, morfológicas e óticas de filmes finos de nitreto de índio, depositados em diferentes tipos de substratos (Si , safira-C, safira-A, safira-R, GaN/ safira e vidro) pelo método de deposição as s i s t ida por feixe de elétrons com energia de íons entre 100 e 1180 eV. A temperatura de substrato durante o processo de deposição variou da temperatura ambiente (TA) à 450oC, e ARR( I/A) ,que é a razão do f luxo de íons incidentes no feixe de íons relativa ao f luxo de átomos de In evaporados , de 0,8 até 4,5. O crescimento de InN cristalino foi fortemente influenciado pela orientação cristalográfica do substrato e os filmes sobre safira-C, safira-A e GaN/ safira foram os que apresentaram maior cristalinidade. O melhor valor de energia de íons foi de 100 eV para a formação de InN cristalino e sua cristalinidade aumentou com o aumento da temperatura do substrato. Não observamos influências de ARR( I/A) sobre a cristalinidade de InN e os filmes preparados em TA sobre GaN/ safira apresentaram InN amorfo. / In thi s work, we analyzed the structural , morphological and optical properties of thin indium nitride films grown on some types of subs t rate (Si , c-plane sapphire, a-plane sapphire, r -plane sapphire, GaN/ sapphire and glass ) by the ion beam as s is ted deposition method with ion energy of 100-1180 eV. The substrate temperature during deposition ranged from room temperature (RT) to 450oC and ARR ( I/A) , from 0.8 to 4.5. The growth of crystalline InN was strongly influenced by the crystallographic orientation of substrate and the films on c-plane sapphire, a-plane sapphire and GaN/ sapphire provided more favorable result s . The best value of ion energy was found to be 100 eV for the format ion of crystalline InN and this crystallization increased with increasing the substrate temperature. We found that influence of ARR( I/A) on the crystallization of InN was imperceptible and that the f ilm prepared at RT on the GaN/ sapphire was amorphous of InN.

Orientador: Jose Alexandre Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T02:20:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zoccal_LeonardoBreseghello_D.pdf: 6734188 bytes, checksum: 05f6c64d923bafb5e071d89514d0fa43 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho apresenta um método simples de passivação de superfícies semicondutoras III-V de substratos de arseneto de gálio (GaAs) e de heteroestruturas de fosfeto de gálio-índio sobre arseneto de gálio (InGaP/GaAs), que são utilizados em transist res de efeito de campo, MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) e MISFET Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor), e transistores bipolares de heterojunção (HBT), respectivamente. O processo de passivação visa à máxima redução da densidade de estados de superfícies semicondutoras para níveis menores que 1012 cm-2. A alta densidade de estados na superfície do GaAs provoca corrente de fuga nas regiões ativas dos transistores MESFET e HBT, reduzindo o desempenho destes dispositivos. Além disso, impossibilita a formação de dispositivos MISFET sobre os substratos de GaAs, devido à alta densidade de estados na região da interface isolante-semicondutor. Para o estudo da passivação de superfícies, filmes de nitreto de silício (SiNX) são depositados diretam nte por plasma ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Vapor Deposition) sobre substratos de GaAs e heteroestruturas do tipo InGaP/GaAs. Os plasmas ECR foram analisados por espectroscopia de emissão óptica (OES), e identificou-se baixa formação de espécies H e NH na fase gasosa para pressão de processo de 2,5 mTorr. Os filmes de SiNX foram caracterizados estruturalmente por espectroscopia de absorção do infravermelho (FTIR) e por elipsometria, que indicaram, respectivamente, a formação de ligações Si-N e valores de índice de refração es de nitreto de silício. Capacitores MIS e transisto T foram fabricados para avaliar os efeitos da passivação sobre os dispositivos. Os excelentes resultados obtidos, tais como transist o e em torno de 2,0 nos filmres MISFET e HB ores HBT passivados apresentando maiores ganhos de corrente do que os não-passivados, e os transistores MISFET apresentando maiores valores de transcondutância do que os MESFET (que foram usados como dispositivos de controle), indicam que o nosso processo de passivação é muito eficiente, sendo completamente compatível com a tecnologia de fabricação de circuitos integrados monolíticos de microondas (MMIC) / Abstract: This work presents a simple passivation method for III-V semiconductor surfaces of gallium arsenide (GaAs) substrates and indium-gallium phosphide on gallium arsenide (InGaP/GaAs) heterostructures, which are us in field effect transistors MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) and MISFET (Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor) and heterojunction bip lar transistors (HBT), respectively. The passivation process aims the maximum reduction of semiconductor surface state density at levels lower than 1012 states/cm2. The high surface state density on GaAs surface produces current leakage in active regions of MESFET and HBT transistors, reducing the device performance. Furthermore, the MISFET device formation on GaAs substrate is not allowed, passivation study, silicon nitride films (SiNX) are deposited by ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Deposition Vapor) plasma directly over GaAs substrate and InGaP/GaAs heterostructures. The ECR plasmas were analyzed by optical emission spectroscopy, (OES), and low formation of H and NH molecules in the gas phase was detected at process pressure of 2.5 mTorr. The SiNX film structural characterization was obtained by infra-red absorption spectrometry (FTIR) and ellipsometry, which, respectively, indicate the Si-N bo tive index values of about 2.0 at the silicon nitride films. MIS cap BT transistors were fabricated to verify the passivation process effect on devices. The excellent results obtained, such as higher and formation and refracacitors, MISFET and H current gain of passivated device compared to unpassivated HBTs and higher transconductances of MISFET devices compared to MESFET (which were used as control devices), indicate that our simple passivation process is very efficient, being fully compatible with monolithic microwave integrated circuits (MMIC) / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

O presente trabalho avalia a deposição de filmes de TiN com caráter decorativo sobre substratos de AISI 304. Os filmes produzidos neste estudo são compostos por uma intercamada de Ti entre o substrato e o filme de TiN, produzindo assim um sistema substrato/Ti/TiN. Foram estudados os efeitos da tensão de polarização aplicada ao substrato durante a deposição da intercamada de Ti e a influência da temperatura de deposição do filme, com variação de temperatura entre 25°C e 200°C. Os filmes foram depositados através da tecnologia PVD por arco catódico em um processo de deposição reativa em escala industrial, partindo de cátodos de Ti e gases argônio e nitrogênio. Os filmes tiveram sua composição química analisada através da técnica de espectroscopia por descarga luminescente, as fases cristalinas foram determinadas por difração de raios-X e a microestrutura e espessura das camadas foram avaliadas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Também foi medida a dureza em nanoescala dos filmes e, como forma de complementar os resultados obtidos, a carga crítica para início de deformação plástica dos filmes foi medida através de ensaios de esclerometria linear. Os resultados mostraram que ambos os parâmetros de processos analisados exercem influência significativa nas propriedades e características dos filmes formados, principalmente no teor de contaminação por oxigênio presente nos filmes e na carga crítica para deformação plástica. Além disso, também se observou que o filme depositado à 200°C apresenta uma mudança significativa na sua orientação cristalográfica e composição química em comparação com os depositados em temperaturas inferiores. Como resultado do trabalho, pôde-se determinar os parâmetros ideais para a deposição de filmes finos de TiN decorativos, possibilitando o desenvolvimento e a aplicação da tecnologia em escala industrial. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. / This work studies the deposition of titanium nitride (TiN) thin films on stainless steel AISI 304 substrate for decorative applications. The films studied here are composed of a layer of Ti working as an interlayer between the substrate and the TiN thin film, creating a system substrate/Ti/TiN. The BIAS applied on the substrate during the deposition of the Ti interlayer and the deposition temperature of the films between 25°C and 200°C were studied. The films were deposited by a PVD cathodic arc evaporation technique in a reactive deposition process, working with Ti cathodes and argon and nitrogen as gases. The equipment utilized for these depositions was an industrial PVD coating equipment. The chemical composition of the TiN films was analyzed by glow-discharge optical emission spectroscopy technique (GD-OES) and the crystalline structure by X-ray diffraction (XRD) and the microstructure and thickness by scanning electron microscopy (SEM). Also, the hardness at the nanoscale of the films was measured and scratch analyses were made to determine the critical load for the beginning of plastic deformation of the films. The results show that both analyzed process parameters significantly affect the properties and characteristics of the films, especially on the oxygen contamination content and the critical load for plastic deformation. Furthermore, it was also observed that the film deposited at 200°C presents a significant change on its crystallographic orientation and chemical composition compared with those deposited at lower temperatures. As a result of this research, it was possible to determine the optimized process conditions for the deposition of TiN thin films for decorative purposes, enabling the development and application of this technology in industrial scale.

Orientadores: Peter Jurgen Tatsch, Stanislav A. Moshkalyov / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T15:04:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nunes_AlcineiMoura_M.pdf: 4164375 bytes, checksum: 7cc7a3a84a2aa99efc455551e270bc57 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho apresenta os resultados e as discussões dos mecanismos de corrosão por plasma de filmes de silício policristalino e nitreto de silício para aplicações em dispositivos MEMS e CMOS. A corrosão foi feita em um reator convencional de corrosão por plasma em modo RIE (Reactive Ion Etching). Para aplicação em MEMS, corrosões de silício policristalino com perfis anisotrópicos e seletividade maior que 10 para óxido de silício foram obtidos. As misturas gasosas utilizadas na corrosão foram: SF6/CF4/CHF3 e SF6/CF4/N2. Processos híbridos, utilizando duas etapas de corrosão em condições diferentes, num mesmo processo, foram feitos para possibilitar a obtenção de perfis altamente anisotrópicos, com seletividade elevada. Para avaliar melhor a evolução do perfil de corrosão, foram utilizadas amostras com filmes espessos de silício policristalino (>3mm). Para aplicação em eletrodo de transistores CMOS, afinamento de linhas de 5mm para 1mm de largura foram obtidos com perfil anisotrópico (A~0,95) em processos híbridos, utilizando uma primeira etapa de corrosão com condições de maior bombardeio iônico e menor seletividade, e uma segunda etapa com menor bombardeio iônico e maiores seletividades para o óxido e fotorresiste. Corrosões de nitreto de silício (SiNx), com seletividade elevada são imprescindíveis para aplicação em tecnologia LOCOS. Resultados de corrosões e filmes de nitreto de silício para esta aplicação foram feitas utilizando as seguintes misturas gasosas: CF4/O2/N2, CF4/H2, SF6/CF4/N2 e CHF3/O2. As Maiores seletividades obtidas foram de aproximadamente 10 para óxido e aproximadamente 7 para o substrato de silício. Os filmes foram caracterizados com vários equipamentos. Um Perfilômetro foi utilizado para medir a profundidade das corrosões, e por conseguinte, calcular a taxa de corrosão através da divisão pelo tempo. Um Elipsômetro foi utilizado para medir as espessuras e índices de refração dos filmes utilizados. O FTIR (Fourier Transform Infrared Spectrocopy) foi utilizado para caracterizar a composição do filme de nitreto de silício após o tratamento térmico. Imagens SEM (Scanning Electron Microscopy) dos filmes corroídos foram feitas para analisar o perfil e mecanismo de corrosão para cada mistura / Abstract: This work presents the results and the discussion about mechanisms of plasma etching of polysilicon and silicon nitride films for applications in MEMS and CMOS devices. The etching was performed in a conventional reactor of plasma etching in a RIE mode (Reactive Ion Etching). For application in MEMS, polysilicon etching with anisotropic profile and high selectivity (>10) for silicon oxide was obtained. The mixtures used in etching were SF6/CF4/CHF3 and SF6/CF4/N2. Hybrid processes, using two etching stages in different conditions, in the same etching process, were done as possible solutions for highly anisotropic profiles with elevated selectivity. The evolution of the etching profile is better evaluated using polysilicon thick films (>3mm). For application in CMOS transistors electrode, 5mm to 1mm thinning was obtained with anisotropic profile (A~0,95) in hybrids processes, using the first stage in conditions with elevated ionic bombardment and reduction selectivity, and the second stage with reduction ionic bombardment and elevated selectivity to the oxide and photorresist. Highly selective silicon nitride etching (SiNx) is necessary for application in LOCOS technology. Results of the etching and silicon nitride films for this application was performed using the following mixtures: CF4/O2/N2, CF4/H2, SF6/CF4/N2 and CHF3/O2. High selectivity was obtained for silicon oxide (>10) and silicon substrate (~7). The films were characterized by various equipment. The Profiler was used to measure the etching depth, and herewith, the etching rate was evaluated. The Elipsometer was used to measure the refractive index and width of the films. FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) was used to characterize the composition of the nitride film after the thermal treatment. SEM (Scanning Electron Microscopy) images of the etched films were done to analyse the profile and the etching mechanism for each mixture / Mestrado / Microeletronica / Mestre em Engenharia Elétrica

O presente trabalho tem como objetivo principal a produção e estudo de filmes de nitreto de alumínio (AlN) depositados por pulverização catódica (sputtering) reativa e a fabricação e caracterização de guias de onda tipo pedestal utilizando o AlN como núcleo. Inicialmente, filmes de AlN foram fabricados por pulverização catódica reativa (sputtering) de rádio frequência (RF) utilizando um alvo de alumínio (Al) com 99,999% de pureza, e nitrogênio (N2) como gás reativo. Subsequentemente, os filmes foram caracterizados mediante as técnicas de elipsometria, difração de raios X (DRX), espectroscopia de absorção por transformada de fourier na região do infravermelho (FTIR) e espectroscopia de absorção na região do ultravioleta e do visível (UV-VIS). Tendo as melhores condições ópticas e físicas para a deposição de filmes de AlN, foram fabricados neste trabalho guias de onda tipo pedestal utilizando estes filmes como núcleo. O guia de onda pedestal traz um processo de fabricação alternativo, em que a geometria do guia de onda determina-se na camada anterior ao do núcleo, assim já não é necessário delinear as paredes laterais da camada de núcleo facilitando desta forma, o processo de fabricação do dispositivo. Os guias de tipo pedestal fabricados neste trabalho foram definidos através da corrosão parcial do óxido de silício (SiO2) mediante a técnica de RIE (Reactive Ion Etching) usando gases trifluorometano (CHF3) e oxigênio (O2) como gases reativos. Uma vez definido o pedestal, um filme de nitreto de alumínio é depositado sobre o SiO2 com a finalidade de constituir o núcleo do guia de onda. O ar foi utilizado como revestimento superior, cujo índice de refração (n = 1) aumenta o confinamento da luz no núcleo e também para poder possibilitar a caracterização das perdas ópticas do dispositivo. Para esta caracterização usamos a técnica de vista superior que permitiu a análises das perdas ópticas de propagação para diferentes alturas de pedestal e diferentes espessuras de núcleo tanto para filmes de AlN orientado no plano cristalino (002) quanto para filmes de AlN amorfos. / The main objective of this work is the production and study of Aluminum Nitride (AlN) films deposited by reactive sputtering and the fabrication and characterization of pedestal optical waveguides using AlN as core. Initially, aluminum nitride films were produced by reactive sputtering using a 99.999% aluminum (Al) purity target, and nitrogen (N2) as the reactive gas. Subsequently, the films were characterized by ellipsometry, X-ray Diffraction, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Ultraviolet-visible spectroscopy (UV-VIS). Once the best optical and physical conditions for the deposition of AlN films were obtained, pedestal waveguides using these films as a nucleus were fabricated in this work. The pedestal waveguide provides an alternative manufacturing process where the geometry of the waveguide is determined in the pre-core layer, so it is no longer necessary to delineate the side walls of the core layer thereby facilitating the device fabrication process. The pedestal waveguides fabricated in this work were defined by the partial corrosion of SiO2 by the RIE (Reactive Ion Etching) technique using CHF3 and O2 gases as reactive gases. Once the pedestal is completed, an aluminum nitride film is deposited onto the SiO2 layer as the waveguide core. The air was used as an upper cladding, whose refractive index (n ? 1) increases the confinement of the light in the core and also allows the optical loss characterization. For this characterization, we used the superior view technique that allowed the analysis of optical propagation losses for different pedestal heights and different core thicknesses for both highly (002) oriented and amorphous AlN films.

Orientador: Jacobus Willibrordus Swart / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T14:49:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_AlissonSoares_M.pdf: 5063750 bytes, checksum: 2502df6540499f8d119aa5b993966ec5 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Filmes ultrafinos (espessuras inferiores a 20 nm) de nitreto de titânio (TiN) para serem usados como eletrodos de porta para tecnologia CMOS (Complementary Metal Oxide Semicon-duc-tor) foram obtidos. Estes filmes ultrafinos foram obtidos através da evaporação por feixe de elétrons de camadas ultrafinas (de 1 ou 2 nm de espessura) de titânio (Ti) com posterior ni-tretação por plasma ECR (Electron Cyclotron Resonance) de nitrogênio (N2). Após a deposição e nitretação do titânio, a fim de evitar a oxidação dos filmes, no mesmo reator ECR da nitreta-ção, executou-se a deposição CVD (Chemical Vapor Deposition) de filmes de a-Si:H (silício amorfo hidrogenado) usando plasma de SiH4/Ar. Estes filmes de a-Si:H foram implantados com fósforo (P+) e recozidos por processamento térmico rápido para torná-los dopados n+ e policris-talinos. Assim, foram formados eletrodos de porta (Metal Gate) MOS com estruturas Poli-Si n+/TiN e esta dissertação apresenta as seguintes contribuições científicas: ¿ Obtenção de eletrodos de porta Poli-Si n+/TiN que suportam processos RTA em alta tempe-ratura de 1000 ºC. Esta característica foi observada por análises Raman, que identificaram picos relativos ao TiN dos modos TA (~195 cm-1) e LA (~315 cm-1) e ao Si cristalino (~ 521 cm-1); ¿ Obtenção de filmes ultrafinos de TiN, com espessuras menores que 20 nm e contínuos. Qua-tro amostras apresentaram espessuras menores que 10 nm, que é um valor desejado para ob-ter eletrodos de porta MOS que caibam nos dispositivos fabricados para nós tecnológicos com dimensões menores que 22 nm. Esta característica foi identificada por imagens SEM (microscopia eletrônica de varredura); ¿ Obtenção de eletrodos de porta Poli-Si n+/TiN do tipo midgap, pois os valores de VFB estão entre -0,31 V e -0,48 V. Estas características foram extraídas de medidas de Capacitância¿Tensão (C-V); Portanto, eletrodos de Poli-Si n+/TiN do tipo midgap, com espessuras menores que 10 nm, resistentes a processos de alta temperatura e que podem ser usados em dispositivos fabrica-dos para nós tecnológicos com dimensões menores que 22 nm, foram obtidos / Abstract: Ultrathin films (thickness of less than 20 nm) of titanium nitride (TiN) to be used as gate electrodes for CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) technology were obtained. These ultrathin films were obtained by electron beam evaporation of ultrathin layers (1 or 2 nm thick) of titanium (Ti) followed by ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma nitriding of nitrogen (N2). After deposition and nitriding of the titanium, in order to prevent oxidation of the films, in the same nitriding ECR reactor, a-Si:H (hydrogenated amorphous silicon) films were deposited by CVD (Chemical Vapor Deposition) using SiH4/Ar plasma. These films of a-Si:H were implanted with phosphorus (P+) and annealed by rapid thermal annealing to turn them n+ dopped and polycrystalline. Thus, MOS metal gate electrodes were formed with Poly-Si n+/TiN structures and this dissertation presents the following scientific contributions: ¿ Gate electrodes of Poly-Si n+/TiN that support RTA processes in high temperature of 1000 ºC were obtained. This characteristic was observed by Raman analysis, that identified peaks associated to TiN at TA mode (~195 cm-1) and LA mode (~315 cm-1), and related to the crys-talline Si at (~ 521 cm-1); ¿ Ultrathin films of TiN, less than 20 nm thick and continuous, were obtained. Four samples were less than 10 nm thick, which represents a thickness that is desirable to obtain MOS gate electrodes that fit devices manufactured for technological nodes with dimensions smaller than 22 nm. This feature was identified by SEM images (Scanning Electron Micros-copy); ¿ Midgap metal gate electrodes Poly-Si n+/TiN were obtained, as VFB values are between -0.31 V and -0.48 V. These features were extracted from measurements of capacitance-voltage (C-V); Therefore, midgap electrodes of Poly-Si n+/TiN, less than 10 nm thick, resistant to high temperature processes and that can be used in devices manufactured for technological nodes with dimensions smaller than 22 nm were obtained / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Ioshiaki Doi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T04:10:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreira_MilenadeAlbuquerque_D.pdf: 14247893 bytes, checksum: d1c3fea8288827b46285a590dc311de4 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Os requisitos do mercado consumidor de dispositivos de alta frequência têm sido cada vez mais exigentes nas últimas décadas. Assim, é necessária uma melhoria contínua no desempenho dos dispositivos a fim de atender a estes requisitos. Numa visão macro, alterações no desenho dos dispositivos podem resultar em melhoria de desempenho. Em uma visão micro, as propriedades físicas dos materiais que compõem os dispositivos têm uma forte influência no desempenho final dos mesmos. No caso de dispositivos de alta frequência baseados em materiais piezoelétricos, uma forma natural de melhorar o seu desempenho é através da melhoria das propriedades da camada piezoelétrica. O material piezoelétrico estudado neste trabalho é o Nitreto de Alumínio (AlN), o qual destaca-se entre outros materiais piezoelétricos devido à sua combinação única de propriedades. Esta tese apresenta o resultado de estudos experimentais na síntese de filmes finos de AlN tendo em vista aplicações em altas frequências, microeletrônica e sensores. O principal objetivo desta tese é a melhoria nas propriedades funcionais do AlN para melhor atender aos requisitos das aplicações em questão. Isto é obtido através do controle cuidadoso da estrutura, textura cristalográfica e composição do filme. As propriedades piezoelétricas dos filmes de AlN foram melhoradas através da dopagem dos filmes com Sc. Amostras com diferentes concentrações de Sc foram fabricadas e analisadas, e o valor do coeficiente de acoplamento eletromagnético (kt2) foi duplicado ao adicionar 15 % de Sc aos filmes de AlN. O aumento no valor de kt2 é desejável uma vez que pode diminuir as restrições no projeto de dispositivos de alta frequência. Neste trabalho é proposta também uma nova configuração experimental com o objetivo de obter um melhor controle na deposição de filmes de AlN inclinados no eixo-c. Filmes com uniformidade em espessura e inclinação foram obtidos ao utilizar-se a referida configuração experimental. Filmes com tais características são aplicáveis em sensores baseados em dispositivos eletroacústicos operando em meio líquido/viscoso. Foram também realizados estudos com o objetivo de obter filmes de AlN orientados no eixo-c e depositados diretamente sobre substratos de Si e a temperaturas reduzidas. A técnica de deposição utilizada foi HiPIMS e os resultados indicam melhorias significativas na textura dos filmes quando comparados com o processo de deposição convencional por corrente-direta pulsada / Abstract: The requirements of the consumer market on high frequency devices have been more and more demanding over the last decades. Thus, a continuing enhancement of the devices¿ performance is required in order to meet these demands. In a macro view, changing the design of the device can result in an improvement of its performance. In a micro view, the physical properties of the device materials have a strong influence on its final performance. In the case of high frequency devices based on piezoelectric materials, a natural way to improve their performance is through the improvement of the properties of the piezoelectric layer. The piezoelectric material studied in this work is AlN, which is an outstanding material among other piezoelectric materials due to its unique combination of material properties. This thesis presents results from experimental studies on the synthesis of AlN thin films in view of telecom, microelectronic and sensor applications. The main objective of the thesis is to custom design the functional properties of AlN to best suit these for the specific application in mind. This is achieved through careful control of the crystallographic structure and texture as well as film composition. The piezoelectric properties of AlN films were enhanced by doping with Sc. Films with different Sc concentrations were fabricated and analyzed, and the coupling coefficient (kt2) was enhanced a factor of two by adding 15 % of Sc to the AlN films. The enhancement of kt2 is of interest since it can contribute to a more relaxed design of high frequency devices. Further, in order to obtain better deposition control of c-axis tilted AlN films, a new experimental setup were proposed. When this novel setup was used, films with well-defined thicknesses and tilt uniformity were achieved. Films with such characteristics are very favorable to use in sensors based on electroacoustic devices operating in viscous media. Studies were also performed in order to obtain c-axis oriented AlN films deposited directly on Si substrates at reduced temperatures. The deposition technique used was HiPIMS, and the results indicated significant improvements in the film texture when comparing to the conventional Pulsed DC deposition process / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutora em Engenharia Elétrica

Orientador: Fernando Alvarez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T11:28:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MoralesCorredor_Monica_M.pdf: 2275286 bytes, checksum: d91a17b2e37d2c4976aa37dc6d5d5026 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Dado o interesse nas propriedades e aplicações dos nanotubos de carbono devidas às suas características morfológicas, este trabalho tem como objetivo principal o estudo da influência do substrato no crescimento dos nanotubos de carbono. Com este objetivo em mente foram preparados filmes de nitreto de titânio, com o intuito de ser usados como suporte para a deposição dos nanotubos de carbono. Os nanotubos foram crescidos por decomposição térmica de acetileno, usando partículas de níquel como precursor catalisador. Os filmes finos não estequiométricos de TiNx foram depositados sobre silício cristalino utilizando a técnica de Deposição por Feixe de Íons (IBD). Análise composicional dos substratos mostrou a presença de Ti, N e O. Distintas concentrações destes elementos permitiram a variação na estrutura e dureza dos substratos. Nos filmes bem caracterizados, partículas de níquel e nanotubos de carbono foram crescidos sequencialmente. Os carpetes de nanotubos obtidos no substrato mostraram diferentes densidades populacionais (nanotubos por unidade de área) e diâmetro. Este comportamento está associado com a presença do oxigênio, elemento que inibe o fenômeno conhecido como Ostwald ripening. O efeito de Ostwald ripening55 causa a coalescência do níquel formando partículas maiores a expensas das menores, um estado final mais favoravelmente energético. A presença do oxigênio impede a difusão do níquel na superfície, interferindo no processo de coalescência. Consequentemente, uma grande densidade de partículas catalisadoras por unidade de área é mantida levando a maior densidade de nanotubos assim como modificações morfológicas das nanoestruturas. Portanto, estes resultados indicaram que filmes finos de TiNx, além de atuar como barreira difusora entre as partículas catalisadoras e o substrato de silício, também influencia a cinética dos nanotubos de carbono / Abstract: Given the increasing interest in the properties and applications of carbon nanotubes due to their morphological characteristics, this work has as main objective the study of the influence of substrate on the growth properties of carbon nanotubes. With this main goal in mind were first prepared titanium nitride films in order to be used as substrate support for carbon nanotubes deposition. The nanotubes were growth by thermal decomposition of acetylene using nickel particles as catalyst precursors. The thin films non-stoichiometric TiNx were deposited on crystalline silicon by ion beam deposition (IBD) technique. Compositional analysis of the substrates showed the presence of Ti, N and O. The different concentrations of these elements led to the variation in the structure and hardness of the coating. On the well characterized substrate coating, nickel particles and nanotubes growth were sequentially deposited. The quite well organized carpets of nanotubes obtained on the substrate show different population density (nanotubes per unit of area) and diameter. This behavior is associated with the presence of oxygen, element inhibiting the phenomenon known as ¿Ostwald ripening?. The Ostwald ripening effect55 causes the coalescence of nickel by forming bigger nickel particles at expenses of smaller ones, a more energetic favorable final state. The presence of oxygen prevents the nickel surface diffusion and thus interfering on the coalescence process. Consequently, a larger density of relatively small catalyst nickel islands per unit of area is preserved leading to higher nanotubes density as well as morphology modifications of the nano structures. Therefore, these results indicate that thin films of TiNx, besides acting as diffusion barrier between the catalyst particles and the silicon substrate also influences the kinetics of growth of carbon nanotubes / Mestrado / Mestra em Física