Este trabalho foi realizado com o objetivo de caracterizar, em termos da constituição elementar, vinhos procedentes de diferentes regiões do estado do Rio Grande do Sul, Brasil, com ênfase na produção do Vale dos Vinhedos, estabelecendo se existem peculiaridades advindas da região em que o vinho é produzido, e que naturalmente estão relacionados ao ciclo de produção: solo, folha, uva e mosto. Além disto, estudar possíveis influências do processo de armazenamento do produto. Para tanto, foram utilizadas duas técnicas analíticas, PIXE e RBS. A análise por PIXE, realizada com o varietal Cabernet Sauvignon, mostrou que os vinhos, em geral, possuem elementos com número atômico entre 11 e 38, como Na, P, S, K, Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, Br, Rb e Sr. Foram observadas algumas diferenças nas concentrações de alguns elementos, de acordo com a região de procedência, como, por exemplo, nas concentrações do Mn e do Rb. Rolhas também foram analisadas. Elementos como P, K, Ca, Ti, e Fe ficam retidos na parte da rolha que manteve contato com o vinho, sendo que este efeito é mais evidente para o Si, com relação aos demais elementos. Resultados referentes ao processo de cultivo e elaboração mostraram que o Cu é um elemento que apresenta grande variação de uma amostra para outra do ciclo de produção, com maior concentração na folha e no solo e menor concentração no vinho. Outros elementos como Ni e Rb também apresentaram variações no processo de vinificação. RBS foi usada na determinação da matriz do vinho e das rolhas, que é constituída, no caso do vinho, basicamente por C (68%) e O (32%). / In this work we studied the elemental concentration of wines from different regions of Rio Grande do Sul, Brazil, with principal focus in the production steming from Vale dos Vinhedos. Two analytical techniques were used, Particle- Induced X-Ray Emission (PIXE) and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS). The PIXE spectra of wine consisted typically of seventeen elements with atomic number between 11 and 38, as Na, P, S, K, Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, Br, Rb and Sr , with some variations in the elemental concentrations between wines from different regions. We also analyzed the corks. The analysis of the internal side of the cork showed some elements stuck in the cork, as P, K, Ca, Ti and Fe. This result is more evident to Si element. Analysis of grape cultivation and wine processing samples showed Cu as an abundant element in the soil and leaves. Others elements showed variations in the vinification process, as Ni and Rb. The matrix composition of the wine was obtained by RBS. It revealed an amount of 32% of oxygen and 68% of carbon approximately.

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

O objetivo da presente dissertação é o estudo de difusão de In e Pd na matriz de a-Ti. O interesse deste estudo baseia-se na investigação sistemática, realizada pelo grupo de Implantação Iônica, de difusão de impurezas substitucionais em a-Ti com o fim de determinar uma relação entre tamanho, valência e solubilidade e os respectivos coeficientes de difusão. Considerações de tamanho, diferença de valência e solubilidade indicam que o In deverá difundir substitucionalmente. Por outro lado, não está claro qual será o mecanismo de difusão do Pd, pois a sua solubilidade não é muito alta e seu raio atômico é menor que o da matriz. A dependência do coeficiente de difusão desses dois elementos com a temperatura foi estudada entre 823 e 1073 K no caso do In, e entre 673 e 1073 K no caso do Pd. Em ambos os casos, a técnica de RBS foi utilizada para determinar os perfis de concentração. Esta técnica tem uma alta resolução em profundidade (tipicamente 10 nm), o que permite a determinação das baixas difusividades esperadas no presente experimento (D ≤ 10-17 m² s-¹). Adicionalmente, utilizamos para o caso do Pd a técnica de canalização, com a finalidade de determinar o grau de substitucionalidade dos átomos de Pd, tanto imediatamente após a implantação, quanto depois de efetuados os recozimentos e, portanto, determinar o mecanismo de difusão do mesmo em α - Ti. No caso do In, os coeficientes de difusão seguem uma lei de Arrhenius com parâmetros de difusão Q = (260 ± 10) kJ/mol e Do = (2,0 ± 1,3) x 10-6 m² s-¹ , valores estes, típicos de um comportamento difusivo substitucional. No entanto, para o Pd, os coeficientes de difusão também seguem um comportamento tipo Arrhenius, com Q = (264 ± 9) kJ/mol e Do = (2,8 ± 1,3) x 10-3 m² s-¹. Quando se comparam os resultados do Pd com outros substitucionais, tais como Pb, Au, Sn e In, os resultados indicam que o Pd é um difusor rápido, porém mais lento que os intersticiais do tipo Fe, Co ou Cu. Por outro lado, os experimentos de canalização indicam que no intervalo de temperatura estudado, 30% dos átomos de Pd ficam em posição intersticial na rede. Isto é um forte indício de que o mecanismo de difusão é do tipo misto.

Neste trabalho implementamos dois sistemas de OCT, um deles utilizando fibras ópticas e um estágio de translação linear como sistema de deslocamento e foi desenvolvido no departamento de Física da Universidade Federal de Pernambuco. O outro sistema de OCT foi baseado um interferômetro de Michelson convencional, foi implementado no Centro de Lasers e Aplicações no Ipen utilizando a técnica de introdução de atraso com grade de difração e galvanômetro (fast Fourier Scanning), como sistema de varredura longitudinal. Foi implementado e um programa computacional para aquisição de dados automática, com geração das imagens de OCT em \"tempo real\". Com os sistemas desenvolvidos, foi possível detectar objetos imersos em meios espalhadores, detectar lesões de cáries induzidas in vitro quimicamente ou microbiologicamente, sendo este último um resultado original, além de avaliar a qualidade de restaurações dentárias. É importante destacar ainda que as alterações nas propriedades ópticas dos tecidos cariados podem ser detectadas pelo método de OCT muito antes de se tornarem aparentes aos métodos convencionais de detecção. Ela pode extrair informações quantitativas sobre a birrefringência do tecido, quando a técnica for sensível à polarização. Demonstramos que a análise de Fourier aplicada ao sinal de OCT permite detectar deslocamentos em sistemas periódicos e quase periódicos, abaixo do limite de resolução espacial definido pelo comprimento de coerência da fonte óptica. Com o auxílio desta metodologia aqui desenvolvida, mostramos que nosso sistema, com resolução de 10 ?m, é capaz de detectar variações em redes periódicas de algumas centenas de nanômetros entre as estruturas espalhadoras. Este desenvolvimento é uma contribuição inédita às aplicações de OCT. / Two Optical Coherence Tomography (OCT) systems were implemented, one using optical fiber and other with a conventional Michelson interferometer. Also, two linear translation stages were utilized, and the conventional one uses a fast Fourier scanning system, where a delay in the optical path is introduced by a grating and a galvanometric mirror. A computational program allowed for a parallel time acquisition image formation. This system allowed for the detection of an immersed object in a turbid medium, subclinical caries lesion in human tooth, chemically and biologically induced by pH cycling and bacteria, and this last result being original. Besides, the method allowed for the evaluation of the quality of dental restoration. It is important to mention that the OCT technique allows the detection of optical changes much before they become apparent for conventional methods of detection and it is possible to quantify the birefringence when the polarization sensitive technique is used. Applying a Fourier transform on the OCT signal provided by periodical or quasi-periodical structures, the spatial resolution was increased well bellow the coherence length. In our case, this length was 10 ?m it was decreased to hundreds of nm.

Neste trabalho implementamos dois sistemas de OCT, um deles utilizando fibras ópticas e um estágio de translação linear como sistema de deslocamento e foi desenvolvido no departamento de Física da Universidade Federal de Pernambuco. O outro sistema de OCT foi baseado um interferômetro de Michelson convencional, foi implementado no Centro de Lasers e Aplicações no Ipen utilizando a técnica de introdução de atraso com grade de difração e galvanômetro (fast Fourier Scanning), como sistema de varredura longitudinal. Foi implementado e um programa computacional para aquisição de dados automática, com geração das imagens de OCT em \"tempo real\". Com os sistemas desenvolvidos, foi possível detectar objetos imersos em meios espalhadores, detectar lesões de cáries induzidas in vitro quimicamente ou microbiologicamente, sendo este último um resultado original, além de avaliar a qualidade de restaurações dentárias. É importante destacar ainda que as alterações nas propriedades ópticas dos tecidos cariados podem ser detectadas pelo método de OCT muito antes de se tornarem aparentes aos métodos convencionais de detecção. Ela pode extrair informações quantitativas sobre a birrefringência do tecido, quando a técnica for sensível à polarização. Demonstramos que a análise de Fourier aplicada ao sinal de OCT permite detectar deslocamentos em sistemas periódicos e quase periódicos, abaixo do limite de resolução espacial definido pelo comprimento de coerência da fonte óptica. Com o auxílio desta metodologia aqui desenvolvida, mostramos que nosso sistema, com resolução de 10 ?m, é capaz de detectar variações em redes periódicas de algumas centenas de nanômetros entre as estruturas espalhadoras. Este desenvolvimento é uma contribuição inédita às aplicações de OCT. / Two Optical Coherence Tomography (OCT) systems were implemented, one using optical fiber and other with a conventional Michelson interferometer. Also, two linear translation stages were utilized, and the conventional one uses a fast Fourier scanning system, where a delay in the optical path is introduced by a grating and a galvanometric mirror. A computational program allowed for a parallel time acquisition image formation. This system allowed for the detection of an immersed object in a turbid medium, subclinical caries lesion in human tooth, chemically and biologically induced by pH cycling and bacteria, and this last result being original. Besides, the method allowed for the evaluation of the quality of dental restoration. It is important to mention that the OCT technique allows the detection of optical changes much before they become apparent for conventional methods of detection and it is possible to quantify the birefringence when the polarization sensitive technique is used. Applying a Fourier transform on the OCT signal provided by periodical or quasi-periodical structures, the spatial resolution was increased well bellow the coherence length. In our case, this length was 10 ?m it was decreased to hundreds of nm.

Este trabalho teve como finalidade a realização da dopagem do filme de carbono tipo-diamante (DLC) em sua forma hidrogenada (a-C:H) utilizando-se átomos de nitrogênio. Essa dopagem foi realizada pela técnica de pulverização catódica reativa pela adição de N2 em quatro diferentes pressões parciais: 4, 10, 20 e 30% em uma descarga elétrica de mistura metano/argônio. Pelas técnicas de caracterizações realizadas foi observada uma variação sistemática nas propriedades físico-químicas do filme de a-C:H em decorrência do aumento da pressão parcial de nitrogênio no processo de deposição do mesmo. Através da técnica de retroespalhamento de Rutherford (RBS) foi obtida a composição química dos filmes depositados. Pelos espectros fornecidos por essa técnica observou-se que quantidade de nitrogênio na composição química do filme de a-C:H aumentou até 28 at.% em decorrência do aumento da pressão parcial de nitrogênio em até 30% no processo de deposição desse filme. Foram realizadas também medidas pela técnica de espectroscopia Raman para o estudo da estrutura das ligações químicas dos filmes depositados. Os espectros Ramam obtidos mostraram a presença de duas outras bandas, além da presença das bandas D e G características do filme de DLC, uma na posição de aproximadamente 690 cm-1 e outra na posição de aproximadamente 2200 cm-1, decorrentes da incorporação de nitrogênio no filme de a-C:H. As propriedades elétricas dos filmes depositados foram obtidas mediante a obtenção de curvas corrente-tensão (I-V) e curvas capacitância-tensão (C-V). Os resultados dessas medidas elétricas foram correlacionadas com a composição química e com a estrutura das ligações químicas dos filmes depositados. Já a dureza dos filmes obtidos foi determinada pela técnica de nanoindentação. Através dos resultados obtidos por essa técnica observou-se uma diminuição da dureza do filme de a-C:H em decorrência do nitrogênio incorporado em sua composição. Ao término deste projeto de pesquisa realizou-se uma análise correlacionando as características estruturais, elétricas e mecânicas obtidas dos filmes depositados de modo a encontrar uma janela que possibilite a produção desses filmes como características adequadas para a área de microeletrônica.

A medida da rugosidade de uma superfície costuma produzir resultados que dependem da metodologia empregada. A microscopia eletrônica de varredura, SEM, a microscopia de força atômica, AFM e a perfilometria são algumas das técnicas costumeiramente empregadas na caracterização de superfícies rugosas. Esse trabalho explora a e desenvolve o uso da espectrometria de retroespalhamento Rutherford, RBS, para medir e quantificar a rugosidade de uma superfície. Quatro diferentes amostras com rugosidade periódica e controlada (duas retangulares e duas senoidais) com razão de aspecto suficientemente grande que produzam efeitos mensuráveis por RBS, foram produzidas por interferometria óptica. Os espectros RBS experimentais foram convertidos em rugosidade rms e comparados com resultados de SEM e AFM. Medir rugosidade através de RBS permite inspecionar uma área (da ordem de alguns mm2) e profundidades muito maiores que as acessíveis por AFM, apesar de ainda limitados pela resolução em energia intrínseca da metodologia RBS. / Measuring the roughness of a surface use to produce results which depend on the employed methodology. Scanning Electronic Microscopy, Atomic Force Microscopy, profilometry, are some of the techniques used to characterize surface roughness. This work explores and develops the use of Rutherford Backscattering Spectrometry to measure and quantify the roughness of a surface. Four different samples with controlled and periodic surface profiles (two rectangular waved, and two sinusoidal), with enough aspect ratio to, give measurable effects in an RBS analysis, were produced by optical interferometry to test and verify the proposed methodology. The experimental RBS spectra were converted into rms roughness and compared to SEM and AFM measurements. Measuring roughness by RBS enables one to inspect a much bigger area (of the order of some mm2) and with more depth resolution, than by using an AFM, yet still limited by the experimental intrinsic energy resolution of the RBS methodology.

A determinação experiemntal da seção de choque de produção de raios X induzida por feixe de íons tem sido objeto de vários trabalhos nas últimas décadas, tendo em vista que este é um dos principais fatores que afetam a quantificação composicional de uma análise PIXE baseada em parâmetro fundamentais ( standardless). Compilações recentes de dados indicam a necessidade de um maior número de medidas experimentais das seções de choque de produção de raios X das várias camadas eletrônicas e com incidência de prótons e partículas alfa, dos coeficientes de fluorescência, Coster-Kronig e frações de intensidade de linhas. Avanços tecnológicos e computacionais permitem a atualização destas bases de dados, facilitama revisão da literatura, a comparação entre trabalhos e abordagens mais refinadas de parâmetros até o momento negligenciados. Por exemplo, a produção de filmes homgêneos ultrafinos (da ordem de alguns nm), que satisfazem as aproximações necessárias para obtenção experimental de parâmetros atômicos; a produção de detectores Si(Li) sem região inativa de detecção (dead layer); o desenvolvimento de códigos de ajuste para uso em computadores pessoais, que tenham a capacidade de ajuste de muitas linhas simultâneas com funções não-analíticas, e que levam em conta fenômenos físicos de processo de detecção. Este trabalho se utilizou desses avanços, tendo como objetivo principal a determinação experimental de seções de choque de produção de raios X das camadas eletrônicas K e L pela incidência de prótons e partículas alfa, para elementos selecionados. Os resultados obtidos contribuíram para preencher lacunas observadas nas bases de dados experimentais bem como propor valores de coeficientes de flourescência que permitiram maior concordância dos dados com os modelos teóricos Com o detalhamento da função resposta do detector, que passou a levar em conta a coleção incompleta de cargas no detector, foi possível constatar os efeitos de ionização múltipla dos átomos da amostra. Embora a importância desse efeito em PIXE seja reconhecida na literatura, ele é raramente percebido com detectores de Si(Li). A aplicação de parâmetros fundamentais em análises PIXe standardless foi estudada relacionando a concentração de elementos traço com a cor de amostras de opala do RS.

Neste trabalho foi desenvolvido um estudo sistemático dos mecanismos de difusão responsáveis pelo switching de resistência em memórias resistivas. Essas memórias possuem estrutura semelhante a de um capacitor, a qual sofre uma transição de resistência induzida pela aplicação de um campo elétrico. A transição é provocada pela formação de filamentos condutivos no interior da matriz semicondutora. Os filamentos podem ser constituídos por metal originado de um dos eletrodos (ECM) ou por regiões do óxido deficientes em oxigênio (VCM), geradas pela difusão de vacâncias de oxigênio. Dispositivos de TiO2 foram construídos e sua resposta elétrica foi adquirida através de medidas elétricas do tipo I-V para diferentes metais de eletrodo. Técnicas de análise por feixe de íons, como retroespalhamento Rutherford por micro-feixe e perfilometria com reação nuclear ressonante, foram usadas para detalhamento dos processos de difusão. Constatou-se uma dependência do comportamento elétrico em função do método de deposição da camada semicondutora, sua espessura e os parâmetros da medida de tensão. No caso do filamento ser composto por átomos de metal, espectros de micro-RBS foram adquiridos para identificar a sua estrutura no interior do óxido. Ainda, observaram-se bolhas na superfície do eletrodo superior dos dispositivos com difusão de vacâncias de oxigênio após o tratamento elétrico. Nesse mesmo contexto, foi medida a difusividade e energia de ativação da difusão de oxigênio em filmes finos de TiOy. / In this work we developed a systematic study of diffusion mechanisms which are responsible for resistance switching in resistive memories. The structure of these memories is similar to a capacitor which suffers resistance transition induced by electrical field. The transition is caused by the formation of conductive filaments inside the semiconductor matrix. The filaments may be constituted by metal from one of the electrodes (ECM) or by oxygen deficient areas (VCM), generated from oxygen vacancies diffusion. Devices of TiO2 have been built and its electrical response was acquired through electrical measurements (I-V) for different electrode metals. Ion beam techniques such as micro-probe Rutherford Backscattering and Nuclear Reaction Profiling were used to detail the diffusion processes. It was observed a dependence in the electrical behaviour with the semiconductor layer deposition method, its thickness and bias measurement parameters. In the case which filaments are composed by metal atoms, measurements of micro-RBS were performed to identify its structure inside the oxide. Also, bubbles have been observed over the surface of top electrode in devices with oxygen vacancies diffusion after the electrical treatment. In this context, it was measured diffusivity and activation energy for oxygen diffusion in thin TiOy films.

Neste trabalho estuda-se a difusão de Au e Hf em a-Ti. O Hf, a princípio, deve ter um comportamento substitucional, enquanto o Au não preenche de forma absoluta as regras semi-empíricas que prevêem dissolução/difusão intersticial ou substitucional. A dependência do coeficiente de difusão desses dois elementos com a temperatura foi estudada nos intervalos de temperatura entre 823 e 1023 K, no caso do Hf, e entre 823 e 973 K, no caso do Au. Em ambos os casos, a técnica de RBS foi utilizada para determinar os perfis de concentração. A mesma, devido a sua alta resolução em profundidade (tipicamente 100 Á) permite a determinação das baixas difusividades esperadas no presente experimento (D ≤ 10-17m2 .s-1 ). Adicionalmente, utilizamos, para o caso do Au, a técnica de canalização, com o fim de determinar o grau de substitucionalidade do Au em a-Ti, tanto imedi atamente após a implantação, quanto depois do recozimento. / In this work we have studied the Au and Hf diffusion in a-Ti. Hf should diffuse in a subs.titutional way. However the situation for Au is not clear, since it does not fulfill completely the semi empirical rules which predict its diffusional behaviour. The thermal dependence of the diffusion coeficients of both elements was studied in the 823-1023 K range for Hf and 823-973 K for Au. In both cases we have used the Rutherford backscattering technique in arder to determine the concentration profile. This technique with its fine depth resolution (better than 10 nm) is quite suitable for the determination of the low difusivities . found in the present work (D ≤ 10-17 m2 .s- 1 ). In addition we have used the channeling technique for the Au case in arder, to find the substitutionality of Au in a-Ti.