Orientador: Carlos Alexandre Costa Crusciol / Banca: Carlos Alexandre Costa Crusciol / Banca: Eduardo Negrisoli / Banca: Munir Mauad / Banca: Marcelo de Almeida Silva / Banca: Roberto Estevão Bragion de Toledo / Resumo: O presente trabalho teve por objetivo avaliar a eficiência da aplicação foliar de silício associado ou não a maturadores químicos em início e final de safra, com diferentes mecanismos de ação, e suas implicações na produtividade, qualidade tecnológica e rebrota da cana-de-açúcar. O presente estudo foi composto por experimento em cana soca. Os experimentos foram instalados e conduzidos em duas áreas com diferentes condições climáticas e tipos de solo, situadas no município de Olímpia/SP, pertencente a Tereos- Petrobrás/Usina Guarani S.A e em Igaraçú do Tietê/SP, pertencente à Raízen Energia S.A/Usina da Barra, por dois anos consecutivos e subdivididos em início de safra, nos anos agrícolas de 2009 e 2010 e final de safra, nos anos agrícolas de 2008 e 2009, totalizando 24 experimentos. O delineamento experimental utilizado foi de blocos casualizados com cinco repetições. Nos dois experimentos em início de safra, foi utilizada a variedades de cana-deaçúcar RB855453 (maturação precoce). Nos experimentos em final de safra foi utilizada a variedade SP80-3280 (maturação média-tardia) na área pertencente a Raízen Energia S.A, e a variedade RB867515 (maturação média-tardia) na área pertencente a Tereos-Petrobrás. Os tratamentos foram constituídos da aplicação de três maturadores químicos (sulfumeturon metil, etil-trinexapac e ethephon) mais a testemunha (maturação natural), associados à aplicação de silício foliar. Para os maturadores químicos, as doses empregadas foram respectivamente: 20 g p.c. ha-1,0,8 L p.c. ha-1 e 0,66 L p.c. ha-1. Quanto à aplicação de silício, cuja fonte foi o silicato de potássio, a dose foi: 1,4 kg ha-1. A aplicação dos tratamentos ocorreu nos meses de março... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This study aimed to evaluate effectiveness of silicon foliar application with or without chemical ripeners in cane productivity and technological analysis changes. This study was consisted in cane ratoon. The experiments were conducted at Guarani mill/Tereos- Petrobras join-stock Company in Olympia, São Paulo State, and Barra mill/Raízen Energy join stock company in Igaraçu do Tietê / São Paulo State, for two consecutive years, subdivided into early and end harvest season, totaling 24 experiments. The experimental design was a randomized block with five replications. In the beginning of harvest season was used RB855453 varieties (early maturing) in both local and in the final harvest season was used SP80-3280 variety (late ripening) in the Raízen Energy Company areas and RB867515 (middle-late ripening) in the Tereos-Petrobrás . The treatments consisted of foliar application of silicon associated with three chemical ripeners (ethyl-trinexapac ethephon and sulfumeturon methyl) over the control. For chemical ripeners, were used: 0.8 L.ha-1, 0.66 L.ha-1 and 20 g.ha-1. The source of silicon was potassium silicate. The spraying occurred in March and October, using equipment pressurized (CO2) emissions. Was evaluated biometric... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A Medida de Corrente Induzida por Feixe de Elétrons (EBIC - do inglês Electron Beam-induced Current ) é uma técnica focada nas propriedades de transporte dos portadores de carga minoritários em materiais semicondutores, permitindo a medição direta de propriedades elétricas tais como comprimento de difusão e vida média dos portadores, localização de defeitos e caracterização de zonas de depleção em junções p-n. O contraste EBIC depende da eficiência da coleção de corrente na amostra, permitindo assim a direta visualização de características eletricamente ativas. A avaliação da metodologia de medida EBIC foi realizada através da caracterização de amostras de silício tipo-p e tipo-n, e comparação dos resultados com dados da literatura. Uma vez que a profundidade de penetração do feixe de elétrons do MEV na amostra depende da tensão de aceleração utilizada, foram realizadas medidas EBIC com diferentes tensões de aceleração para avaliar a resolução em profundidade da posição de uma junção p-n formada em uma amostra de silício tipo n implantada com íons de Ga com energia de 5 keV.A medida EBIC na seção transversal de células solares é promissora para a caracterização destes dispositivos, considerando a habilidade da técnica de resolver espacialmente regiões menores do que o tamanho de grão típicos (em torno de 1 m), fornecendo informações que seriam inacessíveis através das técnicas usualmente empregadas, como luminescência e curvas I-V, cujos resultados constituem valores médios representativos de escalas maiores do que a da camada ativa das células. Embora imagens EBIC sejam comumente utilizadas para a análise de defeitos em células solares, poucos trabalhos aplicam a técnica para a caracterização de seções transversais de células solares, especialmente células de terceira geração sensibilizadas por corante (DSSC) do tipo estado sólido. A estabilidade dos dispositivos durante as medições foi verificada, apoiando a aplicação da técnica EBIC na caracterização desse tipo de DSSC. Foram analisadas células com diferentes estruturas e espessuras da camada ativa, e caracterizações complementares com as técnicas EDS e GID foram feitas. Observou-se também a possibilidade de utilização da técnica no controle de qualidade e avaliação dos métodos de produção das células. Diferentes métodos de deposição da camada intermediária na estrutura das DSSCs foram testados, de forma a melhorar a adesão insatisfatória desta camada. A técnica EBIC mostrou-se adequada para a distinção entre células com boa adesão desta camada e células com defeitos de construção, permitindo a introdução de melhorias significativas na fabricação destes dispositivos. / Electron Beam-induced Current (EBIC) measurement is a technique focused on minority carrier transport properties in semiconductor materials, allowing direct measurements of several electrical properties, such as diffusion lengths and lifetime of the carriers, location of defects and depletion zone characterization in p-n junctions. EBIC contrast depends on the current collection efficiency in the sample, thus permitting a direct visualization of electronically active features. The evaluation of the EBIC measuring methodology was performed by the characterization of p- and n-type silicon and the comparison with results from the literature. Since the penetration depth of the electron beam in a sample depends on its acceleration voltage, the EBIC signal was acquired for variable voltage in order to evaluate the depth-resolved location of the p-n junction formed in the n-type silicon implanted with gallium at 5 keV. Direct measurement of EBIC profiles in cross-sections of solar cells is a promising method for device characterization, considering its spatial resolution is smaller than the typical grain sizes (about 1 m), providing informations otherwise inaccessible by the usually employed techniques, such as luminescence and V-I curves, that yield results that represent mean values of scales larger than that of the cell’s active layer. Although the EBIC imaging method is commonly used for defect analysis of solar cells, very few works have applied the thechnique to 3rd. generation solid state dye sensitized solar cell (DSSC) cross-sections. The stability of the devices during the measurement was verified in this work, supporting the application of the EBIC technique for the characterization of this type of DSSCs. DSSCs with different structures and active layer thickness were analyzed, and complementary characterizations with EDS and GID techniques were performed. The applicability of the EBIC thecnique in device quality control, as well as production methods evaluation was observed. Different deposition methods of the intermediate layer of the DSSC structure were tested, in orde to improve the unsatisfactory adhesion of this layer. EBIC showed to be the adequate thechnique to differentiate between well adhered and poorly constructed DSSCs, allowing to introdenuce significant improvements in the device fabrication.

Orientador: Durvalina Maria Mathias dos Santos / Banca: Fábio Luís Ferreira Dias / Banca: Priscila Lupino Gratão / Resumo: Aiming to evaluate if Silicon (Si) ameliorates Aluminum (Al) toxicity in young sugarcane plants, at this work were assessed physiological parameters of biomass accumulation, lipid peroxidation through evaluation of hydrogen peroxide (H2O2) and malondialdehyde (MDA), contents of the non-enzymatic compounds proline (Pro) and glycine betaine (GB), and chlorophyll pigments (chl a and b). Furthermore, to determine if there was Si attenuated deleterious effects caused by Al, an anatomical study of roots was carried out. The experimental design was a 2x4x4 layout, with two sugarcane cultivars (CTC9002 and CTC9003), four Al sulfate concentrations (0.0; 10.0; 15.0; and 20.0 mg L-1) and two potassium silicate concentrations, absence (0.0 mg L-1) and presence (2.0 mmol L-1). There were three replicates in triplicate for each evaluation, except for growth. For obtaining young plants, micro seed pieces were sown and grown in sterilized sand for 30 days. After this period, the plants were acclimated in nutrient solution for 30 days. Then, the plants were submitted to the Al treatments, and grown in hydroponics for 15 days. Only then Si treatments were applied, with plants growing under Al toxicity and in the presence or absence of Si for additional 20 days. All the biological evaluations were performed 35 days after the plants were exposed to Al and Si treatments. Comparing the results obtained from young plants under Al toxicity and without Si, it was verified that Si supply improved grow... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Visando constatar se o silício (Si) atenua a toxidez do alumínio (Al) em plantas jovens de cana-de-açúcar, neste trabalho foram estudados em plantas jovens de cana-de-açúcar, os parâmetros fisiológicos de acúmulo de biomassa, peroxidação lipídica com a avaliação do peróxido de hidrogênio (H2O2) e ácido malondialdeído (MDA), teores de compostos não-enzimáticos antioxidantes, prolina (Pro) e glicina betaína (GB), pigmentos clorofilianos (chl a e b) e anatômia das raízes. O delineamento experimental foi em esquema fatorial 2x4x2, com duas cultivares (CTC9002 e CTC9003), quatro concentrações de sulfato de Al (0,0; 10,0; 15,0 e 20,0 mg L-1) e duas concentrações de silicato de potássio, ausência (0,0 mg L-1) e presença (2,0 mmol L-1). Foram realizadas três repetições em triplicata em todas as avaliações, exceto para crescimento, onde foram realizadas apenas as repetições. Para a obtenção de plantas jovens, os minitoletes de ambas cultivares foram cultivados em areia esterilizada por 30 dias. Após este período, as plantas foram aclimatadas por 10 dias em solução nutritiva. A seguir, procedeu-se aos tratamentos de Al nas plantas jovens, as quais foram cultivadas hidroponicamente por 15 dias. Os tratamentos com Si foram realizados ao término deste período, permanecendo as plantas sob toxidez de Al e tratadas na ausência ou presença de Si por mais 20 dias. Todas as avaliações biológicas foram realizadas aos 35 dias dos tratamentos de Al e Si. Comparando-se os resultados obtidos nas plantas jovens de cana-de-açúcar sob toxidez de Al e com ausência de Si, verificou-se que em plantas com suplementação de Si houve significativa melhora do crescimento, que pode ser atribuída pela redução da peroxidação lipídica devido à diminuição de H2O2 e MDA, pelo maior acúmulo d... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Neste trabalho, foi realizado um estudo experimental sistemático da perda de energia de íons canalizados ao longo das direções h100i , h111i e h110i de cristais de Si. Foram abordados dois aspectos distintos, porém correlatos, do problema. No primeiro tópico, estudamos o poder de freamento de íons pesados (Eu e Bi) com energias entre 15 e 50 keV, para os quais o mecanismo predominante de perda de energia é o freamento nuclear. O segundo tópico está relacionado ao freamento de íons leves (He e Li) com energias no intervalo entre 0.3 e 8 MeV. Neste caso, os íons perdem energia, predominantemente, em colisões com elétrons. O estudo do freamento dos íons pesados foi realizado de maneira indireta, pela comparação dos perfis de concentração de Eu e Bi implantados em direção canalizada com as previsões do programa MARLOWE, que simula a interação de feixes de íons com alvos sólidos. Nós observamos pela primeira vez, em implantações em direção canalizada, o chamado efeito Z1, ou seja, a deformação das núvens eletrônicas do projétil e do alvo em colisões binárias de baixa energia. Enquanto nossos dados para implantações de Bi são muito bem reproduzidas pelo MARLOWE, os perfis de Eu apresentam caudas mais profundas que as preditas por este programa. Além disso nós demonstramos que este comportamento é explicado por cálculos ab initio de estrutura molecular baseados na Teoria Funcional da Densidade (DFT). Com relação os íons leves, a perda de energia foi obtida pela técnica de retroespalhamento Rutherford em amostras do tipo SIMOX, que consistem em uma camada de Si monocristalino de 200 nm sobre uma camada de 500 nm de SiO2 enterrada numa matriz de Sih100i . Com esta técnica nós realizamos medidas da perda de energia como função da energia e do ângulo de incidência do feixe com relação á direção de canalização. A análise teórica dos resultados foi realizada por intermédio de simulações das trajetórias canalizadas e de cálculos da dependência da perda de energia com o parâmetro de impacto. Estas comparações permitiram determinar o papel desempenhado pelos diversos mecanismos de perda de energia envolvidos no freamento dos íons canalizados. / In this work we have performed a systematic sudy of the energy loss of channeled ions along the h100i , h111i and h110i directions of Si single crystals. Two different, but related, topics of the problem were investigated. On the first topic we have studied the stopping powers of heavy ions (Eu and Bi) with energies ranging between 15 and 50 keV, for which the main slowing down mechanism is the nuclear stopping power. The second topic is related to the slowing down of light ions (He and Li) with energies ranging between 0.3 and 8 MeV. In this case, the projectile energy is lost mainly in electronic collisions. The study of the slowing down of channeled heavy ions was performed in an indirect way, by comparing the depth profiles of Eu and Bi ions implanted under channeling conditions with calculations with the program MARLOWE which simulates the interactions of ion beams with solid targets. We have observed for the first time in channeling implantations the Z1 effect, namely, the deformation of the periphery of the electronic clouds of the projectile and target in low energy atomic collisions. While our data for Bi implantations are very well reproduced by MARLOWE predictions the Eu profiles present long tails that go farther in the Si bulk than predicted by MARLOWE. Furthermore, we have demostrated that this behavior is explained in terms of molecular structure ab initio calculations based on the Density Fuctional Theory (DFT). Concerning the light ions, the stopping powers were measured by the Rutherford Backscattering technique with SIMOX samples that consist on a Si single crystal layer 200nm thick on the top of a 5000 nm thick SiO2 layer buried on a Sih100i single cristal. With this technique we have measured both the energy and the angular dependency of the the channeling stopping power. The theoretical analysis of the results was performed by means of computer simulations of the channeled trajectories and in calculatios of the impact parameter dependent energy loss. These comparisons allowed us to determine the relative role played by the energy loss processes under channeling conditions

Espalhamento de íons com energia média (MEIS), em conjunto com as técnicas de sombreamento e bloqueio, representa um poderoso método para a determinação de parâmetros estruturais e vibracionais de superfícies cristalinas. Esta determinação é realizada pela comparação do rendimento de íons detectados em função do Ângulo de espalhamento, as chamadas curvas de bloqueio, com simulaçõe computacionais. Em geral, um número grande de estruturas-tentativa é utilizada e a melhor concordância entre resultados experimentais e teóricos encontrada é considerada a estrutura real. Apesar do imenso sucesso, este tipo de abordagem na determinação da superfície não é únivoco em determinados sistemas. Além disso, as formas do espectro de perda de energia iônica não são, normalmente, analisadas pois requerem um conhecimento profundo dos mecanismos de transferência de energia. A probabilidade de excitação/ionização para cada camada interna em uma colisão única representa um aspecto importante. Neste trabalho, cálculos por Canais Acoplados são usados para o descrever os mecanismos de transferência de energia em conjunto com a simulação Monte Carlo das trajetórias iônicas no interior do cristal. Este método possibilita a simulação da distribuição de perda de energia do pico de superfície para diversos sistemas físicos. Primeiramente, foi realizado estudo com deposição de Y e a formação do siliceto bidimensional Si(111)(1×1)-Y para diversas preparações da superfície e diferentes ângulos de espalhamento. Os resultados mostraram que existem contribuições para o espectro em energia referentes á rugosidade e não homogeneidade da superfície. Entretanto, para incidência e detecção do feixe de íons quase-normais á superfície da amostra, a concordância entre os espectros em energia simulados e experimentais é satisfatória. Posteriormente, foi realizado um estudo com a deposição de fração de monocamada de metais alcalinos (K, Rb e Cs) sobre Al(111). A perda de energia, neste caso, pode ser completamente atribuída a colisões atômicas únicas nos metais alcalinos. Os espectros de energia experimentais referentes a Rb e Cs apresentam notável assimetria em relação ao K, fenômeno este atribuído ás excitaçõesde elétrons 3d e 4d, respectivamente, e a múltiplas ionizações destes estados. Houve excelente concordância entre teoria e experimento referente aos espalhamentos por Rb e Cs. Com relação ao K, ocorreu discrepÂncia na região de baixa energia do espectro, resultante de problemas com a preparação da amostra. Finalmente, tanto o espectro em energia quanto as curvas de bloqueio referentes á medidas na superfície limpa de Cu(111) foram simulados e comparados com resultados experimentais. A determinação da superfície através do método “clássico” mostrou que alguns conjuntos de parâmetros estruturais e vibracionais podem resultar em curvas de bloqueio idênticas. Por outro lado, a simulação dos espectros em energia, não apresentou estes problemas, o que sugere fortemente a necessidade de um modelo com correlação (ƒcorr = 0,4). Este resultado mostra que a simulação do espectro em energia pode ser utilizado em conjunto com a simulação das curvas de bloqueio de forma a servir de ferramenta auxiliar na determinação de parâmetros estruturais e vibracionais de superfícies. / Medium-energy ion scattering (MEIS) in connection with shadowing and blocking techniques is a powerful method for the determination of structural and vibrational parameters of crystalline surfaces. This determination has been done by comparing the yield of detected ions as function of scattering angle, the so-called blocking curves, between experimental data with computational simulations. In general, a large set of guess-structures has to be simulated, and the best fit is regarded as the real structure. Besides its enourmous success, this kind of approach for surface determination may give rise to non-unique structures for some physical systems. Moreover, the shape of ion energy-loss spectrum is usually not fully analyzed, because this requires an improved knowledge on the energy-transfer mechanisms. The differential excitation/ ionization probability for each subshell in a single collision is the important quantity. In the present work, Coupled Channels calculations are used to describe energy-transfer mechanisms in connection with Monte Carlo simulations for the ionic trajectories inside the crystal. This method describes reliable energy-loss distribution for the surface peak of several physical systems. Firstly, the study of Y overlayers and Si(111)(1×1) two-dimensional silicide phase formed by Y on this surface, in various scattering geometries and with different surface preparations was performed. The experimental results indicate that additional broadening contributions arise from surface inhomogeneity and roughness, but for near-normal incident and outgoing trajectories the theory and experiment agree satisfactory. Subsequently, the study of alkali-metals (K, Rb and Cs) adsorbed onto Al(111) surface was done. The energy losses can be attributed entirely to single atomic collisions from the alkali atoms, and the experiments reproduce the markedly increased asymmetry in scattering from Rb and Cs relative to K, attributable largely to the role of 3d and 4d excitations, respectively, and particularly the role of multiple excitations of these states. For Rb and Cs scattering, the data show excellent quantitative agreement between theory and experiment. In the case of K scattering, a discrepancy of a low-energy shoulder is attributed to a problem associated with the sample preparation. At last, both energy loss spectrum and blocking curves related to clean Cu(111) measurements were simulated and compared to experimental results. The surface determination through the “classical” method showed that a set of different structural and vibrational parameters can result in nearly identical simulated blocking curves. On the other hand, the energy loss spectrum simulation, which did not present this behaviour, strongly suggests the adoption of a correlated surface model (ƒcorr = 0,4). This result shows that the energy loss spectra simulation can be used in connection with the blocking curve simulation as an important tool in performing structural and vibrational surface determination.

Esta tese trata do estudo experimental de fenômenos de transporte atômico e reação química em filmes ultra-finos dielétricos sobre Si. Esses dielétricos são materiais alternativos ao óxido de silício utilizado em dispositivos basedos na estrutura metal-óxido-semicondutor. Foram investigados os seguintes materiais: silicato e aluminato de háfnio, aluminato de lantânio e bicamada óxido de alumínio/ óxido de háfnio. O tema principal da investigação aqui descrita é a estabilidade destas estruturas frente à duas etapas críticas do processo de fabricação. A primeira é o tratamento térmico após deposição do filme, usualmente realizada à temperaturas entre 600 e 800 C. A segunda é a ativação de dopantes de fonte e dreno dos transistores à efeito de campo do tipo metal-óxido-semicondutor. Esta etapa é realizada a temperaturas ao redor de 1000 C, durante intervalos de tempo ao redor de 10 s. Para a produção destas estruturas foram utilizados diversos métodos, entre eles pulverização catódica reativa e deposição por camada atômica. Para a observação dos fenômenos induzidos por tratamentos térmico, foram usados diferentes métodos de caracterização, entre eles os de análises por espalhamento de íons de altas, médias e baixas energias, análise por reações nucleares ressonantes ou não ressonantes, espectroscopia de fotoelétrons, microscopia eletrônica de transmissão, determinação de características I×V e C×V e outras. Os resultados mostram que estas etapas críticas do processo de fabricação de dispositivos microeletrônicos avançados com dimensões nanoscópicas induzem transporte atômico de várias espécies e reações químicas nas interfaces dos dielétricos investigados e o substrato de Si. Muitas vezes isto acontece contrariando as expectativas formadas quando se considera apenas as energias de formação dos diferentes compostos. Esta tendência é fortemente modificada de acordo com a atmosfera em que é realizado o tratamento térmico (nitrogênio, oxigênio e suas misturas), bem como pela introdução de nitrogênio nos filmes. / This thesis reports on experimental investigation of atomic transport and chemical reaction phenomena in ultrathin dielectric films on Si. These materials are alternative to silicon oxide used in metal-oxide-semiconductors based devices. The dielectrics investigated were: hafnium silicate and aluminate, lanthanum aluminate, and aluminum oxide/hafnium oxide bilayers. The main aim of the investigation here reported is the stability of structures against two critical steps of the fabrication process. The first one is post-deposition annealing, usually performed at temperatures between 600 and 800 C. The second one is source and drain dopant activation of the fabricated metal-oxide-semiconductor field effect transistors, which is usually performed at temperatures around 1000 C for times around 10 s. The production of the structures was accomplished by different deposition methods, among them reactive sputtering and atomic layer deposition. The observation of the thermal stability induced phenomena was accomplished with different characterization methods, such as high, medium, and low energy ion scattering, narrow nuclear reaction profiling, photoelectron spectroscopy, atomic resolution electron microscopy, and I×V and C×V characteristics. The results showed that the critical fabrication steps of advanced, nanoscopic microelectronic devices lead to atomic transport of different species and interfacial chemical reactions in the dielectrics on Si. In many cases this is not in agreement with the expectations based only on the formation energy of the concerned compounds. This trend is strongly modified according to the annealing atmospheres (nitrogen, oxygen, and their mixtures) as well by the introduction of nitrogen in the films.

Neste trabalho, apresentamos um estudo sistemático das propriedades estruturais e ópticas de nanopartículas FeSi2, sintetizadas em matriz SiO2/Si por implantação iônica, seguida de cristalização epitaxial induzida por feixe de íons (IBIEC) e tratamentos térmicos em atmosfera 95 % N2 - 5 % H2. A cada etapa do processo de síntese, a formação e crescimento de nanopartículas FeSi2, bem como a produção de defeitos, foi caracterizada estruturalmente e correlacionada com as propriedades de emissão de luz. Para fins de interpretação dos resultados, um conjunto de amostras contendo Ni foi sintetizado nas mesmas condições experimentais que as amostras de Fe e suas propriedades estruturais e ópticas também foram estudadas. Através do processo de recristalização IBIEC obtivemos importantes informações sobre as propriedades vibracionais da fase metálica γ-FeSi2 e sua metaestabilidade quando formada a baixa concentração de Fe. Em particular, a transição desta fase via temperatura de recozimento para a fase semicondutora β-FeSi2 foi investigada detalhadamente. A natureza do gap fundamental de energia do composto semicondutor também foi avaliada. Em experimentos em função da temperatura de tratamento térmico, observou-se que concomitantemente à formação e crescimento de nanopartículas semicondutoras, existe uma complexa evolução de defeitos opticamente ativos. De acordo com a temperatura de recozimento, bandas de fotoluminescência (PL) na região espectral do infravermelho próximo (0.7 eV - 0.9 eV) com diferentes intensidades e morfologias foram detectadas a 2 K. Baseado nos resultados das caracterizações estruturais e ópticas do sistema SiO2/Si + nanopartículas FeSi2, juntamente com resultados PL experimentais comparativos da formação do composto metálico NiSi2, as origens físicas das distintas luminescências observadas foram discriminadas em termos de emissões intrínsecas do semicondutor β-FeSi2 e de específicos tipos de defeitos na matriz de Silício que atuam como centros de recombinação radiativa. / In this work, we present a systematic study of the structural and optical properties of FeSi2 nanoparticles, synthesized in SiO2/Si matrix by ion implantation, followed by ion beam induced epitaxial crystallization (IBIEC) and several thermal treatments under 95 % N2 - 5 % H2 atmosphere. Each step of the syntheses process, the formation and growth of the FeSi2 nanoparticles, as well as the damage production, were structurally characterized and correlated with their light emission properties. For purposes of interpreting the results, a set of samples containing Ni was synthesized in the same experimental conditions that the Fe samples and their structural and optical properties were also studied. Through IBIEC recrystallization process, important informations were obtained about vibrational properties of the metallic γ-FeSi2 phase and its metastability when formed at low Fe concentration. In particular, the phase transition from γ-FeSi2 to semiconducting β-FeSi2 via annealing treatment was investigated in detail. Furthermore, the nature of the energy fundamental gap of the semiconductor compound was also evaluated. Thermal treatment experiments at different temperatures showed that concomitantly to the formation and growth of the semiconducting nanoparticles, there is a complex evolution of the optically active defects. According to the annealing temperature, photoluminescence (PL) bands in the near-infrared spectral region (0.7 eV - 0.9 eV) with different intensities and morphologies were detected at 2 K. Based on the structural and optical characterization results of the SiO2/Si + FeSi2 nanoparticles, combined with the comparative experimental PL results of the metallic NiSi2 compound formation, the physical origin of the distinct observed luminescence were discriminated in terms of intrinsic emissions of the semiconducting β-FeSi2 and specific types of defects in the Si matrix, that acts as radiative recombination centers.

Neste trabalho apresentamos medidas de perfil de distribuição de ions para uma série de elementos (29‘Zi;:.03) implantados a diversas energias entre 10 a 390 keV em Silicio amorfo. Estas medidas são comparadas com os novos cálculos de Biersack e Ziegler. Para altas energias (E>70 keV) observa-se que as predições teóricas apresentam boa concordância com os dados experimentais. Nas energias mais baixas encontramos diversos casos onde as medidas são fortemente subestimadas pelos cálculos. Mostramos que tais diferenças podem ser atribuídas ao recentemente observado efeito Zl para Oscilações em Alcance de Tons. Os dados experimentais são analisados comparando-os com cálculos de alcance baseados em simulações de uma diminuição da energia de interação durante as colisões atómicas de baixas energias. Esta aproximação é fenomenologicamente relacionada com modificações nas distribuições de carga durante as colisões. Os resultados obtidos apresentam uma melhor concordância com nossos dados experimentais e com a grande maioria dos dados de alcances de baixas energias em alvos de Sillco existentes na literatura. / In this work we present range profile measurements for a series of elements (2W,Z1 83) implanted from 10 to 390 keV in amorphous silicon. These measurements are compared with the recent Biersack-Ziegler calculations. While the theoretical predictions are in good agreement with the high energy (E>70 keV) range data, the low energy results for several elements are strongly under-estimated by the calculations. We show explicitly that these differences are ascribed to the recent observed Z1-Range-Oscillation effect. We perform range calculations simulating a decrease of the elastic interaction at low energies. This approach is phenomenologically related with modifications of the charge distribution during the collisions. The results obtained show a better agreement between the calculations and the great majority of the existing low energy experimental ranges in silicon substract.

A utilização de reações nucleares ressonantes estreitas em baixas energias é uma ferramenta importante para a determinação de distribuições de elementos leves em filmes finos com resolução em profundidade subnanométrica. O objetivo do trabalho descrito ao longo da presente dissertação é aprimorar os métodos utilizados para a aquisição e interpretação das curvas experimentais. A obtenção das curvas experimentais consiste na detecção dos produtos das reações nucleares em função da energia das partículas incidentes, fazendo necessária variar a energia das partículas do feixe em passos discretos no intervalo desejado. Neste trabalho implementou-se um sistema automático para o controle e incremento da energia do feixe e monitoramento dos produtos das reações nucleares. Esse sistema de varredura automático de energia, além de aumentar consideravelmente a velocidade da medida, aumenta a qualidade das curvas experimentais obtidas. Para a interpretação das curvas de excitação experimentais, foi implementado um programa em linguagem de programação C, baseado na teoria estocástica, que permite simular numericamente as curvas de excitação. Para demonstrar a sua funcionalidade o método desenvolvido foi aplicado para verificar a estabilidade termodinâmica de filmes dielétricos ultrafinos depositados sobre silício, que foram posteriormente nitretados por plasma.

Neste trabalho, foi realizado um estudo experimental sistemático da perda de energia de íons canalizados ao longo das direções h100i , h111i e h110i de cristais de Si. Foram abordados dois aspectos distintos, porém correlatos, do problema. No primeiro tópico, estudamos o poder de freamento de íons pesados (Eu e Bi) com energias entre 15 e 50 keV, para os quais o mecanismo predominante de perda de energia é o freamento nuclear. O segundo tópico está relacionado ao freamento de íons leves (He e Li) com energias no intervalo entre 0.3 e 8 MeV. Neste caso, os íons perdem energia, predominantemente, em colisões com elétrons. O estudo do freamento dos íons pesados foi realizado de maneira indireta, pela comparação dos perfis de concentração de Eu e Bi implantados em direção canalizada com as previsões do programa MARLOWE, que simula a interação de feixes de íons com alvos sólidos. Nós observamos pela primeira vez, em implantações em direção canalizada, o chamado efeito Z1, ou seja, a deformação das núvens eletrônicas do projétil e do alvo em colisões binárias de baixa energia. Enquanto nossos dados para implantações de Bi são muito bem reproduzidas pelo MARLOWE, os perfis de Eu apresentam caudas mais profundas que as preditas por este programa. Além disso nós demonstramos que este comportamento é explicado por cálculos ab initio de estrutura molecular baseados na Teoria Funcional da Densidade (DFT). Com relação os íons leves, a perda de energia foi obtida pela técnica de retroespalhamento Rutherford em amostras do tipo SIMOX, que consistem em uma camada de Si monocristalino de 200 nm sobre uma camada de 500 nm de SiO2 enterrada numa matriz de Sih100i . Com esta técnica nós realizamos medidas da perda de energia como função da energia e do ângulo de incidência do feixe com relação á direção de canalização. A análise teórica dos resultados foi realizada por intermédio de simulações das trajetórias canalizadas e de cálculos da dependência da perda de energia com o parâmetro de impacto. Estas comparações permitiram determinar o papel desempenhado pelos diversos mecanismos de perda de energia envolvidos no freamento dos íons canalizados. / In this work we have performed a systematic sudy of the energy loss of channeled ions along the h100i , h111i and h110i directions of Si single crystals. Two different, but related, topics of the problem were investigated. On the first topic we have studied the stopping powers of heavy ions (Eu and Bi) with energies ranging between 15 and 50 keV, for which the main slowing down mechanism is the nuclear stopping power. The second topic is related to the slowing down of light ions (He and Li) with energies ranging between 0.3 and 8 MeV. In this case, the projectile energy is lost mainly in electronic collisions. The study of the slowing down of channeled heavy ions was performed in an indirect way, by comparing the depth profiles of Eu and Bi ions implanted under channeling conditions with calculations with the program MARLOWE which simulates the interactions of ion beams with solid targets. We have observed for the first time in channeling implantations the Z1 effect, namely, the deformation of the periphery of the electronic clouds of the projectile and target in low energy atomic collisions. While our data for Bi implantations are very well reproduced by MARLOWE predictions the Eu profiles present long tails that go farther in the Si bulk than predicted by MARLOWE. Furthermore, we have demostrated that this behavior is explained in terms of molecular structure ab initio calculations based on the Density Fuctional Theory (DFT). Concerning the light ions, the stopping powers were measured by the Rutherford Backscattering technique with SIMOX samples that consist on a Si single crystal layer 200nm thick on the top of a 5000 nm thick SiO2 layer buried on a Sih100i single cristal. With this technique we have measured both the energy and the angular dependency of the the channeling stopping power. The theoretical analysis of the results was performed by means of computer simulations of the channeled trajectories and in calculatios of the impact parameter dependent energy loss. These comparisons allowed us to determine the relative role played by the energy loss processes under channeling conditions