In situ spectroellipsometric study of the nucleation and growth of amorphous silicon

A detailed in situ spectroellipsometric analysis of the nucleation and growth of hydrogenated amorphous silicon (a:Si:H) is presented. Photoelectronic quality a‐Si:H films are deposited by plasma‐enhanced chemical vapor deposition on smooth metal (NiCr alloy) and crystalline silicon (c‐Si) substrates. The deposition of a‐Si:H is analyzed from the first monolayer up to a final thickness of 1.2 μm. In order to perform an improved analysis, real time ellipsometric trajectories are recorded, using fixed preparation conditions, at various photon energies ranging from 2.2 to 3.6 eV. The advantage of using such a spectroscopic experimental procedure is underlined. New insights into the nucleation and growth mechanisms of a‐Si:H are obtained. The nucleation mechanism on metal and c‐Si substrates is very accurately described assuming a columnar microstructural development during the early stage of the growth. Then, as a consequence of the incomplete coalescence of the initial nuclei, a surface roughness at the 10-15 Å scale is identified during the further growth of a‐Si:H on both substrates. The bulk a‐Si:H grows homogeneously beneath the surface roughness. Finally, an increase of the surface roughness is evidenced during the long term growth of a‐Si:H. However, the nature of the substrate influenced the film growth. In particular, the film thickness involved in the nucleation‐coalescence phase is found lower in the case of c‐Si (67±8 Å) as compared to NiCr (118±22 Å). Likewise films deposited on c‐Si present a smaller surface roughness even if thick samples are considered (>1 μm). More generally, the present study illustrates the capability of in situ spectroellipsometry to precisely analyze fundamental processes in thin‐film growth, but also to monitor the preparation of complex structures on a few monolayers scale.

Relaxation and derelaxation of pure and hydrogenated amorphous silicon during thermal annealing experiments

The structural relaxation of pure amorphous silicon a-Si and hydrogenated amorphous silicon a-Si:H materials, that occurs during thermal annealing experiments, has been analyzed by Raman spectroscopy and differential scanning calorimetry. Unlike a-Si, the heat evolved from a-Si:H cannot be explained by relaxation of the Si-Si network strain but it reveals a derelaxation of the bond angle strain. Since the state of relaxation after annealing is very similar for pure and hydrogenated materials, our results give strong experimental support to the predicted configurational gap between a-Si and crystalline silicon.

Materials developed by mechanical alloying and melt spinning

Materials science is a multidisciplinary research topic related to the development of physics and technology. Mechanical alloying of ribbon flakes is a two steps route to develop advanced materials. In this work, a Fe based alloy was obtained using three pathways: mechanical alloying, melt-spinning and mechanical alloying of previously melt-spun samples. Processing conditions allow us to obtain amorphous or nanocrystalline structures. Furthermore, a bibliographic revision of mechanical alloying is here presented

Importance of the embedding environment on the strain within small rings in siliceous materials

The effect of the local environment on the energetic strain within small (SiO)N rings (with N=2,3) in silica materials is investigated via periodic model systems employing density functional calculations. Through comparison of the energies of various nonterminated systems containing small rings in strained and relatively unstrained environments, with alpha quartz, we demonstrate how small ring strain is affected by the nature of the embedding environment. We compare our findings with numerous previously reported calculations, often predicting significantly different small-ring strain energies, leading to a critical assessment of methods of calculating accurate localized ring energies. The results have relevance for estimates of the strain-induced response (e.g., chemical, photo, and radio) of small silica rings, and the propensity for them to form in bulk glasses, thin films, and nanoclusters.

Off-Diagonal Magnetoimpedance Dependence of Magnetostriction and Anisotropy in Co-Based and Fe-Based Amorphous Ribbons

The object of this work is the comparison of domain structure and off-diagonal magnetoimpedance effect in amorphous ribbons with different magnetostriction coefficient. The Co66Fe4Ni1Si15B14 and Fe80B20 samples were obtained by melt-spinning. During the quenching procedure a 0.07 T transverse magnetic field was applied to some of the samples. Domain patterns obtained by the Bitter technique confirm that the differences on the samples are related to the different anisotropy and magnetostriction coefficient, and the quenching procedure. Small changes on the anisotropy distribution and the magnetostriction coefficient can be detected by the off-diagonal impedance spectra as a consequence of the different permeability values of the samples

Relaxation and derelaxation of pure and hydrogenated amorphous silicon during thermal annealing experiments

The structural relaxation of pure amorphous silicon (a-Si) and hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) materials, that occurs during thermal annealing experiments, has been analyzed by Raman spectroscopy and differential scanning calorimetry. Unlike a-Si, the heat evolved from a-Si:H cannot be explained by relaxation of the Si-Si network strain but it reveals a derelaxation of the bond angle strain. Since the state of relaxation after annealing is very similar for pure and hydrogenated materials, our results give strong experimental support to the predicted configurational gap between a-Si and crystalline silicon

Defining the criteria for the evaluation of self-study multimedia language learning materials: do they facilitate or inhibit learner autonomy?

Durant els darrers anys, s’han publicat un gran nombre de materials multimèdia destinats a l’aprenentatge de llengües, la major part dels quals son CD-ROM dissenyats com a cursos per l’autoaprenentatge. Amb aquests materials, els alumnes poden treballar independentment sense l’assessorament d’un professor, i per aquest motiu s’ha afirmat que promouen i faciliten l’aprenentatge autònom. Aquesta relació, però, no es certa, com Phil Benson i Peter Voller 1997:10) han manifestat encertadament:(…) Such claims are often dubious, however, because of the limited range of options and roles offered to the learner. Nevertheless, technologies of education in the broadest sense can be considered to be either more or less supportive of autonomy. The question is what kind of criteria do we apply in evaluating them? En aquest article presentem una investigació conjunta on es defineixen els criteris que poden ser utilitzats per avaluar materials multimèdia en relació a la seva facilitat per permetre l’aprenentatge autònom. Aquests criteris son la base d’un qüestionari que s’ha emprat per avaluar una selecció de CD-ROM destinats a l’autoaprenentatge de llengües. La estructura d’aquest article és la següent: - Una introducció de l’estudi - Els criteris que s’han utilitzar per la creació del qüestionari - Els resultats generals de l’avaluació - Les conclusions que s’han extret i la seva importància pel disseny instructiu multimèdia

Preparació de materials híbrids orgànico-inorgànics a partir de sals d'imidazoli

Estudi elaborat a partir d’una estada a l’ Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier, França, durant 2006. S’han sintetitzat materials híbrids orgànico-inorgànics mitjançant el procés sol-gel i altres estratègies sintètiques. En alguns casos, s’ha intentat estructurar aquests materials, ja sigui per autoestructuració o per mitjà de tensioactius. Com a catalitzadors de les reaccions d'hidròlisi i policondensació s’han utilitzat àcids, bases i fluorurs. Els materials obtinguts s’han caracteritzat mitjançant diferents tècniques: BET (Brunauer-Emmett-Teller), TEM (microscopia electrònica de transmissió), SEM (microscòpia electrònica de rastreig), raigs X en pols , IR i RMN (ressonància magnètica nuclear) en estat sòlid. Amb aquests materials es pretén preparar catalitzadors heterogenis de Pd per reaccions d’acoblament creuat, i de Ru per reaccions de metàtesi. També s’han sintetitzat sals d'imidazoli amb cadenes hidrocarbonades llargues amb l'objectiu de preparar gels de sílice amb aquestes molècules atrapades dins la matriu inorgànica. Aquests materials s’utilitzaran com a organocatalitzadors i també es prepararan els corresponents catalitzadors de Pd per reaccions de Heck, Suzuki i Sonogashira. Les sals d’imidazoli s’han utilitzat com a tensioactius en la preparació de gels de sílice estructurats. Aquestes molècules han resultat ser cristalls líquids i s’han caracteritzar mitjançant DSC (differential scanning calorimetry), microscopia òptica i raigs X.

Preparació i caracterització de materials mesoporosos en sistemes tensioactius

Estudi elaborat a partir d’una estada a la Universitat Nacional de Yokohama des de maig fins a mitjans de juny del 2006. S'ha estudiat el comportament fàssic i la preparació de sílica mesoporosa pels nous tensioactius fluorats d'estructura C8F17SO2(C3H7)N(C2H4O)nH (abreujat C8F17(EO)n. El tensioactiu C8F17(EO)n forma micel•les allargades i cristalls líquids en aigua, i per tant pot ser adequat per a la preparació de materials mesoporosos. Sílica mesoestructurada es va preparar pel mètode de precipitació per autoagregació cooperativa. Un estudi sistemàtic es va realitzar, investigant la influència de les concentracions de tensioactiu i precursor (TEOS), l’efecte del pH i de la longitud de cadena de poliòxid d’etilè. Els materials es van caracteritzar per raigs X a angle petit (SAXS), sorció de nitrògen i TEM. Els materials obtinguts presenten diàmetres de por petits i parets de por gruixudes. A més, aquests materials posseeixen altes superfícies específiques, que s’han obtingut emprant concentracions de tensioactiu petites, produint parets de por robustes sense microporositat significativa. La superfície específica es manté durant el procés de calcinació, malgrat un petit encongiment degut a l’entrecreuament de la sílica. Els materials de sílica obtinguts han mostrat ser significativament més robustos que altres materials similars descrits a la bibliografia, com la sílica MCM-41.

Material Flow Accounting in Chile, Ecuador, Mexico and Peru (1980-2000)

In this paper we compare the resource flows of Chile, Ecuador, Mexico and Peru between 1980 and 2000. In this time span, the domestic extraction of materials increased in the four countries, mainly due to the mining sector in Chile and Peru, biomass and oil in Ecuador and construction minerals in Mexico. Imports and exports increased too, due to the increasing integration in the international markets, prompted by the liberalization policies undertaken by the four countries between the late 1970s and the late 1990s. The four countries had a negative physical trade balance for most of the period analyzed, meaning that their exports exceeded their imports in terms of weight. However, the increase of imports reduced the physical deficit in Chile, Mexico and Peru. Ecuador’s physical deficit was the highest and did not decrease in the period analyzed. Also, a diversification of exports away from bulk commodities could be observed in Chile and Mexico, and to a lesser extent in Peru, whereas in Ecuador the export sector remained mainly based on oil and biomass. More research is needed to explore the environmental effects of this phenomenon. Also, the indirect flows associated to the direct physical flows deserve to be subject to further analysis.

Parametric analysis of different compact tension specimens for fracture toughness characterisation in woven composite materials

Estudi elaborat a partir d’una estada a l’ Imperial College London, entre juliol i novembre de 2006. En aquest treball s’ha investigat la geometria més apropiada per a la caracterització de la tenacitat a fractura intralaminar de materials compòsits laminats amb teixit. L’objectiu és assegurar la propagació de l’esquerda sense que la proveta falli abans per cap altre mecanisme de dany per tal de permetre la caracterització experimental de la tenacitat a fractura intralaminar de materials compòsits laminats amb teixit. Amb aquesta fi, s’ha dut a terme l’anàlisi paramètrica de diferents tipus de provetes mitjançant el mètode dels elements finits (FE) combinat amb la virtual crack closure technique (VCCT). Les geometries de les provetes analitzades corresponen a la proveta de l’assaig compact tension (CT) i diferents variacions com la extended compact tension (ECT), la proveta widened compact tension (WCT), tapered compact tension (TCT) i doubly-tapered compact tension (2TCT). Com a resultat d’aquestes anàlisis s’han derivat diferents conclusions per obtenir la geometria de proveta més apropiada per a la caracterització de la tenacitat a fractura intralaminar de materials compòsits laminats amb teixit. A més, també s’han dut a terme una sèrie d’assaigs experimentals per tal de validar els resultats de les anàlisis paramètriques. La concordança trobada entre els resultats numèrics i experimentals és bona tot i la presència d’efectes no previstos durant els assaigs experimentals.

Thickening of phase change materials (PCM) to avoid segregation

Estudi elaborat a partir d’una estada a Çukurova University, Turquia, al juliol del 2006. L’emmagatzematge d’energia tèrmica ha atret interès en aplicacions tèrmiques com l’aigua calenta, la calefacció i l’aire condicionat. Aquests sistemes són útils per corregir la no coincidència entre la oferta i la demanda d’energia. Principalment hi ha dos tipus de sistemes d’emmagatzematge d’energia tèrmica, emmagatzematge amb calor sensible i amb calor latent. L’emmagatzematge amb calor latent és particularment atractiu degut a la seva habilitat de donar una densitat d’emmagatzematge d’energia més alt i la seva característica d’emmagatzemar calor a una temperatura constant corresponent a la temperatura de transició de fase de la substància emmagatzemadora de calor. Les salts hidratades orgàniques tenen certes avantatges com a materials d’emmagatzematge de calor latent sobre els materials orgànics. En canvi, quan les salts hidratades s’utilitzen com a materials de canvi de fase (PCM) apareixen alguns problemes en les aplicacions d’emmagatzematge de calor latent. Aquests són el subrefredament de les salts hidratades quan es congelen degut a les seves dèbils propietats de nucleació, i la separació de fase que hi apareix degut a una fusió incongruent. En aquest estudi, s’estabilitza sal de Glauber (Na2SO4.10H2O) amb diferents concentracions de poliacrilamida i gelatina per prevenir la fusió incongruent. Per prevenir el subrefredament s’utilitza un agent nucleant amb una estructura cristal•lina semblant a la de la sal de Glauber. La capacitat d’emmagatzematge de calor de les mostres de PCM estabilitzades amb diferents concentracions de gels polimèrics es determinen amb DCS i amb el mètode T-history.

Estudio de las diferentes alternativas para mejorar la respuesta de los filtros BAW (Bulk Acoustic Wave) con topología en escalera

Los requisitos de los dispositivos empleados en los nuevos sistemas de telecomunicaciones son: unas avanzadas prestaciones, reducido tamaño y bajo coste. Actualmente, se utilizan filtros basados en la tecnología SAW para trabajar a frecuencias de microondas. Dado los inconvenientes que presentan dicho tipo de filtros, se pretende substituirlos por filtros basados en tecnología BAW. La topología en escalera es hasta el momento la más extendida para diseñar estos filtros.

FIB una eina per a l'enginyeria de materials

En aquest projecte es presenta la tecnologia FIB com una eina capaç d'oferir solucions de nanocaracterització i nanofabricació dins de l'entorn del BCN-b. En primer lloc es fa una breu descripció dels fenòmens que ocorren durant la utilització de l'equip i sobre les característiques i components que l'integren. S'analitza casos concrets d'inspecció de seccions de mostres de diferents naturalesa (materials multicapa, dispositius electromecànics i òptics, materials biològics), de preparació de mostres TEM, d'edició de circuits electrònics, de nanofabricació sobre diferents materials (conductors i aïllants) i de nanoexperimentació. Aquestes aplicacions són exemples sobre l'ús que ha tingut l'equip durant la realització d'aquest projecte i, sobretot, serveixen de carta de presentació sobre el gran ventall de possibilitats que, amb el CrossBeam 1560 XB, es pot oferir. Finalment, es conclou explicant quina serà la política de funcionament de l'equip i les previsions sobre la seva gestió.

Análisis y diseño de filtros apilados basados en resonadores acústicos

Durant els últims anys la demanda de filtres pas banda de ràdio freqüència, de reduïdes dimensions, lleugers i d'elevades prestacions destinats a sistemes de comunicacions inalàmbriques s'ha incrementat de forma significativa. Aquests sistemes principalment són els sistemes de telefonia mòbil de tercera generació UMTS y el sistema de navegació GPS. Els filtres actuals, basats en ressonadors SAW (Surface Acoustic Wave), tenen unes dimensions reduïdes però estan limitats en freqüència (3 GHz) i la seva tecnologia no és compatible amb les tecnologies estàndards de circuits integrats. Per aquestes raons s'espera que els filtres basats en ressonadors BAW (Bulk Acoustic Wave) substitueixin als SAW. Els dos tenen dimensions similars, però els filtres BAW poden funcionar a freqüències superiors a 3 GHz, poden treballar amb nivells de potència majors, i és important destacar el fet que la seva tecnologia és compatible amb les tecnologies estàndards de circuits integrats. La investigació en l'àmbit dels filtres BAW s'ha centrat en millorar els processos tecnològics i la qualitat dels materials, però s'ha treballat poc en l'adaptació de les tècniques sistemàtiques de disseny de filtres a les particularitats d'aquesta tecnologia, per tant el principal objectiu d'aquest treball és presentar mètodes sistemàtics per al disseny de filtres BAW, centrant-se en l'estudi d’estructures apilades.