Neste trabalho serão apresentados resultados recentes de estudos de magnetorresistência gigante (GMR), na configuração corrente perpendicular ao plano, e de transferência de spin (TS) em multicamadas magnéticas. Para tal foram desenvolvidos sistemas de análise magnetorresistiva, assim como a preparação de amostras. O ponto fundamental para este tipo de estudo está, basicamente, na construção de sistemas que apresentam alta densidade de corrente e com estabilidade. Com o objetivo de contornar estas dificuldades, o problema foi abordado em duas frentes de estudo: i) nanocontatos e nanopilares, e ii) nanoponteiras. Os nanocontatos e as nanopilares são estruturas que apresentam características similares às multicamadas convencionais, mas que apresentam dimensões laterais de ordem nanométrica. Elas podem ser fabricadas por nanolitografia, tornando a confecção das amostras bastante delicada e complexa. Nesta etapa do trabalho dois tipos de materiais foram utilizados como camada para a gravura: PMMA e alumina. No primeiro caso, PMMA, técnicas de litografia por microscopia de força atômica (AFM) e feixe de elétrons foram utilizadas. No caso da alumina utilizou-se litografia por feixe de íons focalizados (FIB). Nos estudos via nanoponteiras destacam-se duas características importantes: a construção das nanoestruturas e a estabilidade do sistema de medidas. Para a fabricação foram utilizados fio de tungstênio, os quais foram preparados por eletrocorrosão. Durante o desenvolvimento das ponteiras foram feitas algumas modificações que resultaram numa otimização da estrutura final. As principais foram: uso de um campo magnético estático durante a corrosão, gerando um melhora significativa da qualidade das ponteiras e o recobrimento da região nanoscópica por uma camada de material magnético. O aparato de medida também sofreu várias transformações durante o desenvolvimento da tese. Um conjunto de melhorias na estabilidade e na aproximação das nanoponteiras acarretaram em melhoras na qualidade e na reprodutibilidade das medidas. Os principais resultados apresentados nesta tese são: i) desenvolvimento de técnicas de fabricação de sistemas nanométricos para análise dos efeitos de magnetorresistência gigante e de transferência de spin; ii) o uso de PMMA e alumina para a gravação nanolitografada; iii) condições ótimas para a obtenção de nanoponteiras; e iv) observação da função de camada polarizadora de spin, quando a nanoponteira é recoberta por material magnético. / In this work, spin transference and current perpendicular to the plane giant magnetoresistance (GMR) studies are presented. Specific measurement system and samples were also prepared. The crucial point concern these type of measurements is the design of devices that allow stable and high current densities. In this way, two approaches were considered: i) nanocontact and nanopillar systems and; ii) nanotip systems. Nanocontacts and nanopillars are structures defined by nanometric lateral dimensions. It can be fabricated through nanolithography techniques which are intrinsically complex. In the current work, two different materials were used as lithography mask: PMMA and alumina. For the first one, PMMA, atomic force microscopy (AFM) and e-beam lithography techniques were performed. For alumina, focus ion beam (FIB) lithography was used. In the nanotips experiments, two important issues were overcome: the fabrication of the nanostructures and the measurement system stability. For the nanotip fabrication, tungsten wires were subjected to electrocorrosion. Some process improvements were developed such as the use of static magnetic field during the corrosion, which leads to better tip quality. Also, processes involving tip coating by magnetic layers were developed. The measurement apparatus was also improved during the current research. The stability of the system and the tip approach to the surface are some crucial points which were improved leading to better measurement quality and reproducibility. The principal results of this thesis can be summarized as: i) development of nanometric structures to spin transference and giant magnetoresistance experiments; ii) the use of PMMA and alumina layers in the fabrication of nanocontacs and nanopillars; iii) the improvement of nanotip fabrication; iv) the observation of exchange in the spin polarizer layer when using magnetic coated nanotips.

Neste trabalho são apresentados resultados que concernem ao estudo da magnetorresistência gigante (GMR) em amostras de multicamadas de Co/Cu com larguras de ordem micrométricas. Para isto, filmes com largura macroscópica foram depositados por sputtering e empregou-se técnica de litografia ótica, associada à corrosão úmida, para se proceder com o processo de conformação da estrutura. Foram mantidos constantes o comprimento e a espessura da amostra enquanto que a largura foi variada dentro de uma faixa de 2 a 30 m. Com o objetivo de identificar a ocorrência de possíveis modificações estruturais devidas ao aquecimento da amostra durante o processo de litografia, uma análise prévia da estabilidade térmica da estrutura se fez necessária. Para isso um sistema de tratamento térmico com monitoramento in situ de sua resistência elétrica foi operacionalizado. Foi constatado que é improvável que as temperaturas empregadas durante a conformação da amostra promovam alguma modificação perceptível na amostra. Pudemos observar efeitos sobre a curva de magnetorresistência (MR) decorrente do valor da largura da amostra e isso foi associado a possíveis mudanças no processo de magnetização. Para tanto, relacionamos as medidas MR e de efeito Hall planar (PHE), estabelecendo que, com a diminuição da largura (w), houve uma maior tendência de que as magnetizações das camadas vizinhas realizassem um tipo de “movimento de tesoura” durante suas rotações, o que progressivamente leva a um perfil mais simétrico (em torno do campo coercivo) da curva de magnetorresistência. Interpretamos que isso se deve a uma melhor correlação entre as camadas (ou mesmo domínios) vizinhas, impelidos pela aproximação de um estado de monodomínio induzido pela diminuição de w. Além disso, uma contribuição adicional ao acoplamento antiferromagnético pré-existente pode ter se originado a partir da interação magnetostática entre as bordas de camadas adjacentes. / This thesis presents results that concern the study of giant magnetoresistance (GMR) in Co / Cu multilayers bearing widths (w) of micrometer dimensions. For this, macroscopic width films were deposited by sputtering, and optical lithography associated with wet etching were employed to proceed with the changes to the structures. We kept constant both length and thickness of the sample, while the width was varied in the range 2 to 30 micrometers. In order to identify possible spurious effects from sample heating during the lithography process, a preliminary analysis of the thermal stability of the structure was performed. For this purpose, a heat treatment system with in situ monitoring of the sample’s electrical resistance was used. We found that it is unlikely that the temperatures employed during the lithographic process produce any noticeable change in the samples. We have observed effects on the magnetoresistance curve (MR) due to the sample width value, and this was associated with possible changes in the magnetization process. To do so, we used both the MR and Planar Hall effect (PHE) measurements, establishing that, with decreasing w, there was a greater tendency that the magnetization of neighboring layers perform a kind of “scissors movement” during their rotations, which gradually leads to a symmetric plot (around the coercive field) of the magnetoresistance. We interpret that this is due to a better correlation between the adjacent layers (or even domains), prompted by the approach of a monodomain state induced by the decrease in w. Furthermore, an additional contribution to the pre-existing antiferromagnetic coupling may have originated from the magnetostatic interaction between the edges of adjacent layers.

Les oxydes conducteurs transparents (TCO) sont une classe importante de matériaux possédant de nombreux domaines d’application, telles que les revêtements à faible émissivité ou comme électrodes transparentes pour les panneaux photovoltaïques et écrans plats. Parmi les matériaux TCO possibles, le ZnO dopé à l'Al (AZO) est couramment étudié notamment à cause de son coût relativement faible et de l'abondance en matières premières des éléments qui le compose. Les films minces d'AZO sont généralement produits par l’intermédiaire de procédés de dépôts physiques en phase vapeur, tels que la pulvérisation cathodique magnétron. Cependant, l’une des limitations de ces techniques repose sur l’homogénéité des films en utilisant la pulvérisation magnétron réactive (DCMS). Ce problème d'homogénéité peut être lié au bombardement du film en croissance par des ions négatifs d'oxygène, lesquels peuvent induire la présence de défauts accepteurs supplémentaires et la formation de phases secondaires isolantes. Dans ce travail, les films d'AZO sont déposés par pulvérisation cathodique magnétron en régime d’impulsions haute puissance (HiPIMS), un procédé dans laquelle des densités de courant instantanées élevées sont obtenues par l’intermédiaire de courtes impulsions de faible rapport cyclique. Dans la première partie de cette thèse, la possibilité d'améliorer l'homogénéité des films AZO par HiPIMS est démontrée. Cette amélioration peut être liée à un important taux de pulvérisation instantanée pendant chaque impulsion HiPIMS, de sorte que le processus puisse avoir lieu en régime métallique. Ceci permet de réduire l’impact du bombardement en ions d'oxygène pendant la croissance du film, évitant ainsi la formation de phases secondaires. Un autre problème de l'AZO est la stabilité des propriétés intrinsèques dans des environnements humides. Pour évaluer ce problème, la dégradation des propriétés électriques après une procédure de vieillissement a été étudiée pour des films déposés à la fois par DCMS et HiPIMS. Une méthode a été proposée pour restaurer les propriétés des films qui consiste en un recuit à basse température sous atmosphère de N2. L'amélioration des propriétés électriques des films peut être liée à un processus de diffusion dans lequel l’eau est évacuée hors des films. Ensuite, l'influence de la température du substrat sur les propriétés des films d'AZO déposés par HiPIMS a été étudiée. Les propriétés électriques, optiques et structurelles ont été améliorées avec l'augmentation de la température du substrat jusqu'à 600°C. Cette amélioration peut s’expliquer par l'augmentation de la qualité cristalline et le recuit des défauts. Dans une dernière partie, le dépôt de films d'AZO sur des substrats flexibles de PET a été étudié. Les films se développent sous la forme d'une couche épaisse, poreuse et composés de colonnes orientées de manière préférentielle selon l’axe c au-dessus d’une fine couche de départ. L’analyse de la résistance électrique après déformation mécanique a permis de déterminer une relation de proportionnalité inverse ou la résistance électrique augmente avec la diminution du rayon de courbure, cette dernière étant moins prononcée pour des films plus épais / Transparent conducting oxides (TCOs) are an important class of materials with many applications such as low emissivity coatings, or transparent electrodes for photovoltaics and flat panel displays. Among the possible TCO materials, Al-doped ZnO (AZO) is studied due to its relatively low cost and abundance of the raw materials. Thin films of AZO are commonly produced using physical vapour deposition techniques such as magnetron sputtering. However, there is a problem with the homogeneity of the films using reactive direct current magnetron sputtering (DCMS). This homogeneity problem can be related to the bombardment of the growing film with negative oxygen ions, that can cause additional acceptor defects and the formation of insulating secondary phases. In this work AZO films are deposited by high power impulse magnetron sputtering (HiPIMS), a technique in which high instantaneous current densities are achieved by short pulses of low duty cycle. In the first part of this thesis, the possibility to improve the homogeneity of the deposited AZO films by using HiPIMS is demonstrated. This improvement can be related to the high instantaneous sputtering rate during the HiPIMS pulses, so the process can take place in the metal mode. This allows for a lower oxygen ion bombardment of the growing film, which can help to avoid the formation of secondary phases. Another problem of AZO is the stability of the properties in humid environments. To assess this problem, the degradation of the electrical properties after an aging procedure was investigated for films deposited by both DCMS and by HiPIMS. A method was proposed, to restore the properties of the films, using a low temperature annealing under N2 atmosphere. The improvement of the electrical properties of the films could be related to a diffusion process, where water is diffusing out of the films. Then, the influence of the substrate temperature on the properties of AZO films deposited by HiPIMS was studied. The electrical, optical and structural properties were found to improve with increasing substrate temperature up to 600°C. This improvement can be mostly explained by the increase in crystalline quality and the annealing of defects. Finally, the deposition of AZO films on flexible PET substrates was investigated. The films are growing as a thick porous layer of preferentially c-axis oriented columns on top of a thin dense seed layer. The evolution of the sheet resistance of the films after bending the films with different radii was studied. There is an increase in the sheet resistance of the films with decreasing bending radius, that is less pronounced for thicker films

Esta tese trata de filmes finos de materiais dielétricos depositados por sputtering reativo e crescidos termicamente que são analisados por métodos de feixes de íons. Como introdução aos nossos trabalhos, são abordados os princípios da deposição por sputtering com corrente contínua, com rádio-freqüências e em atmosferas reativas. Além disso, são apresentados os princípios de crescimento térmico em fornos clássicos e em fornos de tratamento térmico rápido. Também são descritos em detalhe os métodos análiticos de espectropia de retroespalhamento Rutheford e reações nucleares ressonantes e não-ressonantes para medir as quantidades totais e os perfis de concentração em função da profundidade dos vários isótopos utilizados, bem como o método de difração de raios-X. No que concerne à deposição por sputtering reativo de filmes finos de nitreto de silicio, nitreto de alumínio e nitreto duplo de titânio e alumínio, são estudados os processos de deposição, são caracterizados os filmes desses materiais e são estabelecidas correlações entre características dos filmes e os parâmetros de deposição. Quanto ao crescimento térmico em atmosferas reativas de filmes muito finos de óxido, nitreto e oxinitreto de sílicio, são apresentados modelos para o crescimento dos filmes de óxido de sílicio, é estudada a influência da limpeza do substrato de sílicio nos mecanismos de crescimento dos filmes de óxido de sílicio e são elucidados aspectos dos mecanismos de nitretação térmica do sílicio e de filmes de óxido de sílicio.

Neste trabalho, foi realizada a síntese de nanopartículas (NPs) coloidais de Ag e Au por deposição física de vapor em líquidos (sputtering e ablação a laser) sem a adição de agentes estabilizantes e/ou redutores. As NPs coloidais obtidas diretamente em líquidos iônicos (LIs) e óleos vegetais (OVs) foram caracterizadas por microscopia eletrônica de transmissão (TEM), microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM), espectroscopia ultravioleta visível (UV-Vis), espectroscopia de energia dispersiva de elétrons (EDS) e espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS). Em um primeiro caso, após a deposição de Au por sputtering no LI bis(trifluorometilsulfonil)imida de 1-n-butil-3-metilimidazólio [BMI.N(Tf)2] observou-se a formação de NPs de Au (AuNPs) esféricas, as quais foram estabilizadas no próprio LI. Com o aumento da tensão de descarga durante o processo de deposição, o diâmetro médio das NPs esféricas formadas aumentou linearmente. Por outro lado, o aumento do tempo de deposição não causou efeitos significativos na forma ou no tamanho das NPs. Variando o ânion dos LIs, foi possível mostrar que a composição química e a orientação dos íons na superfície governam os processos de nucleação e crescimento das NPs de Au (AuNPs) e que ambos os processos ocorrem na superfície dos LIs. Funcionalizando o cátion do BMI.N(Tf)2 com um grupo nitrila (C≡N), foi possível a obtenção de AuNPs anisotrópicas pelo método de sputtering. Mais especificamente, foram obtidos nanodiscos de Au (AuNDs) de aproximadamente 7 nm de diâmetro e 3 nm de altura e NPs esféricas da ordem de 3 nm de diâmetro, anteriormente obtidas no LI não funcionalizado. A formação destes NDs foi correlacionada com a coordenação dos grupos nitrila, possivelmente apontando para fora da superfície do LI, nos átomos de Au. Com o aumento da tensão de descarga durante o processo a formação dos NDs foi inibida, sendo as amostras compostas apenas por NPs esféricas. Assim, quando menores tensões foram usadas, ou seja, quando os átomos de Au foram arrancados do alvo com menores energias, estes puderam ser facilmente coordenados pelos grupos nitrila na superfície do LI, os quais propiciaram um crescimento preferencial em duas dimensões (2D), formando os NDs. O sputtering de Ag e Au em OVs revelou a formação de AuNPs e NPs de Ag (AgNPs) com diâmetros no intervalo de 1 – 8 nm. A biocompatibilidade destes óleos aliada à pureza das NPs obtidas por este método de síntese torna estes nanomateriais altamente promissores para diversificadas aplicações nos campos da medicina e biologia. Assim, como no caso dos LIs, o diâmetro médio das NPs estabilizadas nos OVs aumentou com o aumento da tensão de descarga e ficou basicamente constante com o aumento do tempo de deposição, mostrando que este efeito é mais intimamente ligado ao processo de nucleação das NPs do que a uma propriedade específica do líquido. Adicionalmente, o tamanho médio das NPs mostrou-se fortemente dependente do tipo de OV usado para a síntese. Dependendo do óleo, mais especificamente, de sua habilidade de coordenação, uma forte interação entre os átomos ejetados do alvo e a superfície do óleo foi observada. Esta interação levou à formação de filmes finos metálicos ao invés de NPs esféricas quando tensões de descarga relativamente baixas foram aplicadas. Este resultado fortalece o conceito de que as NPs são formadas inicialmente na superfície dos OVs e difundem posteriormente para a fase líquida. A fim de investigar este fenômeno de interação com a superfície dos líquidos aliada com a energia dos átomos ejetados, e também aplicar um novo método físico de síntese de NPs em LIs, foi realizada ablação por laser de uma placa de Au localizada fora e dentro de quatro LIs contendo o mesmo cátion e diferentes ânions. A ablação realizada com a placa dentro dos LIs mostrou resultados similares reportados para outros fluidos tal como a água; ou seja, formação de AuNPs de diferentes formas e distribuição de tamanhos, porém, sem a necessidade de adição de agentes estabilizantes extras, uma vez que os próprios LIs propiciam uma estabilização do tipo estérea-eletrônica nas NPs. A habilidade de coordenação do ânion influenciou fortemente os processos de nucleação e crescimento das NPs na fase líquida dos LIs quando a ablação foi realizada dentro dos LIs. No caso da ablação fora dos LIs, os resultados mostraram que, assim como no caso do sputtering de Au, as NPs inicialmente são formadas na superfície dos líquidos. Porém, nas condições experimentais aqui empregadas, as NPs mostraram tamanhos médios maiores quando comparadas com aquelas obtidas por sputtering. Esta discrepância pode estar relacionada aos diferentes regimes de ejeção de átomos do alvo e, principalmente, às suas diferentes distribuições de energia. Independentemente, os resultados mostram que este método é promissor para a obtenção de AuNPs em grande escala, com controle de forma e geometria sem adição de agentes estabilizantes. / In this study, it was performed the synthesis of Ag and Au colloidal nanoparticles’ (NPs) by means of physical vapor deposition onto liquids (sputtering and laser ablation) without the addition of stabilizers and/or reducing agents. The NPs obtained directly in ionic liquids (LIs) and vegetable oils (OVs) were characterized by transmission electron microscopy (TEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), ultraviolet visible spectroscopy (UV-Vis), energy dispersive electron spectroscopy (EDS) and small angle X-ray scattering (SAXS). Firstly, sputtering of Au onto the 1-n-butyl-3-methylimidazolium (trifluorometilsulfonil)imide [BMI.N(Tf)2] ionic liquid revealed that the average diameter of the spherical nanoparticles formed increases linearly with increasing discharge voltage during the deposition process. Moreover, the increase in deposition time caused no significant effects either on the shape or size of NPs. Varying the anion of ILs, was possible to show that the chemical composition and ions orientation on the surface govern the processes of nucleation and growth of gold nanoparticles (AuNPs) and that both processes occur on the surface of the LIs. Anisotropic shaped AuNPs were obtained by functionalizing the cation of the LI BMI.N(Tf)2 with a nitrile group (C≡N). More specifically, it was obtained gold nanodisks (AuNDs) of approximately 7 nm in diameter and 3 nm in height, in addition to spherical NPs of about 3 nm previously obtained in non-functionalized LI. The formation of these NDs were correlated with the coordination of the nitrile groups, probably pointing out of the LI surface, on the Au atoms pulled out of the sputtering target. Increasing the discharge voltage during the process, the formation of NDs was inhibited being the samples composed mostly of spherical NPs. Thus, when lower voltages were used, i.e, when the Au atoms were ejected from the target with low energies, they could be easily coordinated by the nitrile groups on the surface of the LI, which has provided a preferential growth in two dimensions (2D), forming the NDs. The sputtering of Ag and Au onto OVs revealed the formation of AuNPs and silver nanoparticles (AgNPs) of diameters fitting in the range 1 – 8 nm. The biocompatibility of these oils combined with the purity of the obtained NPs makes these nanomaterials highly promising for diverse applications in the fields of medicine and biology. As in the LI case, the NPs’ average diameter has increased with increasing discharge voltage and remained basically constant with increasing deposition time, showing that this effect is more closely related to the nucleation process of NPs rather than a specific property of the liquid. Additionally, the average size of NPs was strongly dependent on the type of OV used for the synthesis. Depending of the oils, more specifically, of their coordination ability, a strong interaction between ejected atoms and the oil surface was ascertained by the formation of metal thin films instead of spherical NPs when relatively low discharge voltages were applied. This result reinforces the concept that the NPs are initially formed on the surface of OVs and diffuse later to the liquid phase. To investigate the interaction of the ejected atoms with the surface of the liquids and their energy, and also to implement a new physical method for synthesis of stable NPs in LIs, laser ablation of a gold plate located either inside or outside four LIs containing the same cation and different anions was performed. Ablation inside the LIs has shown similar results reported for other fluids such as water, e.g, the formation of AuNPs of different shapes and size distribution, however, without addition of extra stabilizing agents, since the LIs themselves provide a steric-electronic stabilization to the NPs. The anion coordination ability has strongly influenced the processes of nucleation and growth of NPs in the liquid phase of the LIs when ablation was performed inside the LIs. In the case of ablation outside the LIs, the results have shown that, as in the case of sputtering of Au, the NPs were initially formed on the surface of the LIs. However, in the experimental conditions used here, NPs showed larger average size when compared with those obtained by sputtering. This discrepancy may be related to the different regimes for ejecting atoms from the target and, mainly, to the differences in the energy distributions of them. Regardless, the results show that this method is promising for achieving AuNPs at large scale with controlled shape and geometry without addition of stabilizing agents.

Foram estudadas as propriedades elétricas de estruturas MOS envolvendo materiais com Zr e Hf: Al/HfO2/Si, Al/HfAlO/Si, Al/ZrO2/Si e Al/ZrAlO/Si depositadas por JVD (Jet Vapor Deposition) submetidas a diferentes doses de implantação de nitrogênio e tratamentos térmicos; Au/HfO2/Si e Au/HfxSiyOz/Si preparadas por MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) e Au/HfxSiyOz/SiO2/Si preparadas por sputtering reativo em O2 submetidas a tratamentos térmicos distintos. Para isso, além das medidas de C-V e I-V padrão, foi desenvolvido o método da condutância para estudo da densidade de estados na interface dielétrico/Si, o qual mostrou-se mais viável para as estruturas com dielétricos alternativos. A inclusão de Al na camada de dielétrico, bombardeamento por íons de nitrogênio, e tratamentos térmicos rápidos em atmosferas de O2 e N2 foram responsáveis por mudanças nas propriedades das amostras. Diversos mecanismos físicos que influenciam as propriedades elétricas dessas estruturas foram identificados e discutidos. Foi constatado que as interfaces com menores densidades de estados foram as das amostras preparadas por MOCVD e sputtering reativo.

Esse trabalho teve como objetivo a produção e a caracterização elétrica de filmes finos de telureto com nanopartículas de ouro, depositados pela técnica sputtering, para aplicação em dispositivos de memória. Os filmes finos foram produzidos a partir de alvos cerâmicos de telureto (TeO2-ZnO) e foram nucleadas nanopartículas de ouro para observar sua influência no comportamento de memória. Foi desenvolvida metodologia adequada para a nucleação das nanopartículas por meio de tratamento térmico. Foram produzidos filmes com diferentes concentrações e tamanhos de nanopartículas e diferentes fluxos de oxigênio durante a deposição. Os filmes foram caracterizados por técnicas como Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM), Perfilometria, Espectrometria por Retroespalhamento de Rutherford (RBS) e extração de curvas de Corrente x Tensão (I-V). Por meio das medidas I-V foi possível identificar as melhores condições para aplicações em memória e correlacioná-las com as variáveis de processo estudadas. Resultados obtidos mostraram que a melhor condição para aplicações em memória não volátil foi encontrada em filmes com 100 nm de espessura e depositados com fluxo de oxigênio de 1 sccm, abertura do shutter em 50 e tratados termicamente por 10 ou 20 horas à 325 ºC. Nesses casos, foi observado um abrupto aumento na corrente (4 ordens de grandeza) em aproximadamente 6,5 V para 10 horas de tratamento térmico e 3,5 V para 20 horas de tratamento térmico, indicando a transição do estado inicial de baixa condutividade para outro de alta condutividade. As nanopartículas de ouro proporcionam maior capacidade de armazenamento de elétrons e não favorecem o transporte de corrente através do isolante; elas atuam como armadilhas para as cargas elétricas, o que reduz a corrente de fuga para níveis mais baixos. Foi estudada a influência do diâmetro e da concentração volumétrica das nanopartículas de ouro no valor da tensão elétrica associada à transição abrupta da corrente. Este parâmetro desempenha um papel importante no efeito de memória, pois determina a facilidade/dificuldade em se preencher e saturar as armadilhas (nanopartículas de ouro) com elétrons. Os materiais estudados neste trabalho mostraram-se promissores para aplicações em dispositivos de memória não volátil e possuem características semelhantes aos materiais orgânicos usados para o referido fim. / This work has the objective to fabricate and characterize electrically tellurite thin films containing gold nanoparticles, deposited by the sputtering technique, for application in memory devices. Thin films were produced from ceramic tellurite targets and gold nanoparticles were nucleated in order to observe their influence on memory behavior. An appropriate method was developed for the nucleation of the nanoparticles by means of heat treatment. Films with different nanoparticles sizes and concentration and different oxygen fluxes during the deposition, were produced. The films were characterized by techniques such as Transmission Electron Microscopy (TEM), Profilometry, Rutherford Backscatter Spectrometry (RBS) and current x voltage (I-V) curves. Using I-V measurements, it was possible to identify the best conditions for memory applications and correlate them with the process variables studied. The results showed that the best condition for memory applications was found in films with 100 nm thickness and deposited with oxygen flow of 1 sccm, opening shutter in 50 and heat treated for 10 or 20 hours at 325 ºC. In these cases, current abrupt increase (4 orders of magnitude) was observed at about 6.5 V for 10 hours of heat treatment and 3.5 V for 20 hours of heat treatment, indicating the transition from high impedance state to low impedance state. Gold nanoparticles provide a larger electron storage capability, and do not favor the electric transport through the insulator; they act as traps for electrical charges, which reduces the leak current to lower levels. It was studied the influence of the gold nanoparticles diameter and volumetric concentration on the voltage associated to the abrupt current. These parameters played an important role in the memory effect, as they determined the facility/difficulty to fill and saturate the traps (Au nanoparticles) with electrons. The materials studied in the present work, based on TeO2-ZnO thin films with Au nanoparticles, are promising for applications in nonvolatile memory device with similar characteristics to organic materials used for the same purpose.

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) is a semiconductor material and the basis of the promising thin-film photovoltaic technology with the same name. The CIGS film has a typical thickness of 1-2 mm, and solar cells based on CIGS technology has recently reached efficiencies of 23.3%. Ultra-thin CIGS solar cells use sub-micrometer thick films that require significantly less material and can be manufactured in a shorter amount oftime than films with typical thicknesses. With decreasing thickness, both electrical and optical losses get more significant and lower the overall performance. Electrical losses can be decreased by increasing the overall film quality and by utilising a graded bandgap throughout the CIGS layer. The band gap can be changed by varying the[Ga]/([Ga]+[In]) (GGI) ratio. Higher overall film quality and a higher band-gap towards the back of the absorber are expected to increase the performance. In this work, sputtered CIGS solar cells were made with different CIGS layer thicknesses, that ranged between 550-950 nm. Increased heat during deposition was examined and shown to increase the film quality and performance for all thicknesses. Two different ways of doping CIGS with Na was examined and it was found that higher Na content lead to an increasing predominance of the (112) plane. The bandgap was graded by varying the GGI composition throughout the CIGS layer and depth profiles were made with Glow-Discharge Optical Emission Spectroscopy (GDOES). It was found that a sputtered CuGaSe2 (CGS)layer below the CIGS-layer lead to a steep increase of the GGI near the back contact. When CGS made up 10% of the total CIGS layer thickness, a significant increase in performance was observed for all thicknesses. CIGS-absorbers with a less graded region with low GGI, making up 30% or 60% of the total CIGS layer thickness were made. A decrease in GGI in that region, was shown to increase the current but lower the voltage. No substantial increase in total performance compared to a fully graded CIGS layer was seen regardless of layer thickness. For further work the optical losses needs to be addressed and work on increasing the optical path in the CIGS layer needs to be done.

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Banca: José Antonio Malmonge / Banca: José Humberto Dias da Silva / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Neste trabalho foi realizada a deposição através da técnica de evaporação resistiva, de filmes finos de GaAs (arseneto de gálio) e de Al (alumínio) com posterior oxidação deste último, formando 'Al IND. 2''O IND. 3' (óxido de alumínio ou alumina) e a caracterização dos filmes de GaAs e da heteroestrutura formada por 'Al IND. 2''O IND. 3' e GaAs. A confecção do dispositivo combinando estes compostos serviu para a investigação das características relevantes do sistema para potencial aplicação em transistores. O trabalho compreendeu investigação sobre as condições de deposição, e foram avaliadas principalmente as características elétricas dos filmes produzidos individualmente. Os resultados apresentados incluem: resistividade em função da temperatura, corrente-voltagem em função da temperatura, difração de raios-X e transmitância na região do infravermelho. Para caracterização do desempenho do sistema 'Al IND. 2''O IND. 3'/GaAs, um transistor simples foi construído sob um substrato de vidro borossilicato com uma camada de GaAs e outra de 'Al IND. 2''O IND. 3'. Os contatos de fonte, dreno e gate foram feitos de In. Essa estrutura permite a medida da corrente de fuga e a avaliação de outras características do sistema. Neste dispositivo foram avaliadas as características corrente-voltagem em função da temperatura, e também a interação com luz, já que GaAs, por apresentar gap direto, torna-se atraente para aplicações opto-eletrônicas. Assim medidas de elétricas foto-induzidas foram realizadas com excitação com fontes de luz branca. Com o intuito de se avaliar a qualidade dos filmes de GaAs obtidos pela evaporação resistiva, tanto a caracterização estrutural quando elétrica também foram feitas em filmes finos de GaAs depositados por sputtering, de modo a se ter um padrão de comparação. / Abstract: In this work, the deposition of GaAs (gallium arsenide) and Al (aluminum) thin films is carried out by the resistive evaporation technique. In the latter case, an oxidation of the film is accomplished, leading to 'Al IND. 2''O IND. 3' (alumina) formation. The characterization of GaAs thin films and the heterostructure formed by 'Al IND. 2''O IND. 3' and GaAs is also carried out. The elaboration of the device combining these compounds allows investigating the relevant characteristics of this system to potential application in transistors. The work evolved investigation on the deposition conditions, and the electrical characteristics of the films were also evaluated separately. Results includes: resistivity as function of temperature, X-ray diffraction and near infrared transmittance. For characterization of the performance of the 'Al IND. 2''O IND. 3'/GaAs system, a simple transistor was built on a borosilicate glass substrate, with a 'Al IND. 2''O IND. 3' layer on top of a GaAs layer. The contacts of source, drain and gate were done using In. This structure allows evaluating the leak current and other characteristics of this system. In this device, it was evaluated the current - voltage characteristics and the interaction with light, because GaAs, due to its direct bandgap, become very attractive for opto-electronic applications. The, the photo-induced electrical measurements were done under excitation with white light. Aiming the evaluation of the quality of films deposited by the resistive evaporation technique, electrical as well as structural characterization were also carried out for GaAs thin films deposited by sputtering, in order to have a comparing parameter. / Mestre

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No. of bitstreams: 1 IgorOliveiraNascimento_TESE.pdf: 5575757 bytes, checksum: c19dabd04c4f5dd3dd95968e649af7af (MD5) Previous issue date: 2017-06-23 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Filmes finos de nitreto de tit?nio foram depositados em superf?cies de sil?cio e de vidro, utilizando as t?cnicas de deposi??o: descarga em Gaiola Cat?dica e Magnetron Sputtering, a fim de verificar a influ?ncia da corrente e da temperatura na taxa de deposi??o, na estequiometria dos filmes finos e nas propriedades estruturais dos filmes finos. As deposi??es por Gaiola Cat?dica foram realizadas nas configura??es gaiola alta, gaiola baixa e por uma inova??o da t?cnica utilizando a gaiola dupla, em atmosfera gasosa composta de 75% de hidrog?nio e 25% de nitrog?nio, sob temperaturas de 300?C e 350?C, e tempos de deposi??es de 2 e 4 horas. As deposi??es foram realizadas em Magnetron Sputtering em atmosfera gasosa composta de 75% de arg?nio e 25% de nitrog?nio, utilizando correntes de 0,40 A e 0,50 A, nos tempos de deposi??es de 2 e 4 horas. Para a caracteriza??o dos filmes finos de nitreto de tit?nio, utilizou-se a espectroscopia Rama (RAMAN) que forneceu a medida direta das energias dos nodos da primeira ordem dos ?tomos constituintes dos filmes finos. Os espectros mostraram interdifusividade at?mica que comprovaram a forma??o de nitreto de tit?nio o que permitiu o c?lculo da raz?o da concentra??o N/Ti, As an?lises de difra??o de raios-X (DRX) comprovaram que os filmes finos obtidos s?o compostos por TiN, apresentando varia??es nos planos cristalinos indicando a n?o exist?ncia de um plano preferencial para o crescimento dos filmes, A espectroscopia de energia de dispers?o (EDS) analisou quantitativamente a composi??o dos filmes finos de nitreto de tit?nio, A microscopia eletr?nica de varredura (MEV) evidenciou a estrutura dos filmes finos de nitreto de tit?nio e foi poss?vel calcular as espessuras dos mesmos, A microscopia de for?a at?mica (AFM) mostrou algumas caracter?sticas microestruturais como a diferen?a entre picos e vales da topografia dos filmes finos de nitreto de tit?nio. De maneira geral, os filmes finos de nitreto de tit?nio depositados por Gaiola Cat?dica apresentaram menor cristalinidade devido ? baixa quantidade de nitrog?nio na atmosfera e, evidenciaram que quanto mais elevada a temperatura, maior ser? a espessura do filme fino. Os filmes finos depositados por Magnetron Sputtering apresentaram crescimento na espessura com o aumento da corrente e s?o mais estequiom?tricos. / Thin films of titanium nitride deposited on silicon surfaces and glass deposition techniques using: Download cathodic cage and Magnetron Sputtering to verify the influence of flow and temperature in the deposition rate in stoichiometry of thin films and structural properties of thin films. Deposits of cathodic cage was carried out in high cage configurations and cage low an innovation of the technique using atmospheric gas double cage consisted of 75% hydrogen and 25% nitrogen to temperatures of 300 ? C and 350 ? C Y deposits both 2 and 4 hours. The deposits were made in an atmosphere of sputter gas Magnetrons consisting of 75% argon and 25% nitrogen using current 0.40 A and 0.50 A in the deposition time of 2 and 4 hours. Rama spectroscopy (Raman), which makes available for the characterization of thin layers of titanium nitride direct measurement of the energy of the node of the first order of the constituent atom of the thin films. The spectra showed interdifusivity atomic of the titan nitride formation that the calculation of the concentration ratio N / Ti, X-ray diffraction analysis (XRD) showed that the thin films obtained from TiN is composite with variations of the crystal planes indicating the non-existence of preference plan for The growth of films, microscopy of the energy dispersion spectroscopy (EDS) quantitatively analysed the composition of the thin films of titanium nitride, electron scanning (MEV) structure highlight thin films of titanium nitride was able to calculate the thickness thereof, the scanning force microscopy (AFM) showed microstructural properties, Which is the difference between the peaks and valleys of the topography of the thin films of titanium nitride. In general, thin films deposited by cathodic titanium nitride cage deposited a lower crystallinity due to the small amount of nitrogen in the atmosphere, and showed that the higher the temperature, the greater the thickness of the thin film. Thin films deposited by Magnetron Sputtering have increased thickness with increasing current and are stoichiometric.