Influência de bolhas de hélio e da microestrutura sobre a evolução térmica de filmes de alumínio implantados com cobre

Este trabalho apresenta os resultados de um estudo sistemático sobre as influências do tamanho de grão de filmes finos de Al e da implantação de íons de He sobre a evolução térmica de distribuições de átomos de Cu e formação de precipitados de Al-Cu. Filmes finos de Al depositados sobre substrato de SiO2/Si através de dois processos diferentes foram implantados com íons de Cu+ e He+ produzindo uma solução sólida supersaturada de Al-Cu (≈ 2,5 a 3,5 at. %) e nano-bolhas de He. Os valores de energia dos íons foram escolhidos de tal forma a produzirem uma camada rica em Cu e He na região a aproximadamente 100nm da superfície. Tais filmes foram tratados termicamente em alto-vácuo nas temperaturas de 200ºC e 280ºC por tempos de 0,5h e 2h. Os filmes foram analisados por Retroespalhamento Rutherford, para determinação do perfil de concentração dos átomos de Cu, e por Microscopia Eletrônica de Transmissão, para determinação da microestrutura do Al e dos sistemas de nano-partículas Al-Cu e Al-He. Os resultados experimentais mostraram que a evolução térmica da distribuição dos átomos de Cu e a formação de precipitados de Al-Cu são significativamente afetadas pela configuração e tamanho de grão do filme de Al e pelas implantações de He. O presente estudo mostrou que existe uma forte correlação entre o fluxo de vacâncias e a estabilidade da microestrutura de filmes finos de Al (Al/SiO2/Si) implantados com íons de Cu+ e He+ e tratados termicamente. A possibilidade de controlar os fluxos de vacâncias através de configurações da microestrutura dos filmes de Al é, portanto, um tema de grande interesse tecnológico relacionado a durabilidade das interconexões metálicas de dispositivos microeletrônicos.

Estudo exploratório da deposição de filmes de diamante em alguns substratos cerâmicos

o presente trabalho é um estudo exploratório a respeito da síntese de filmes de diamante via deposiçãoquímica a vapor (CVD) sobre alguns substratos cerâmicos: diboreto de titânio (TiB2), ítria (Y20a), zircão (ZrSi04), zircônia parcialmente e totalmente estabilizada com ítria (Zr02), pirofilita ( Al2Si4OlO(OHh), .alumina (Al2Oa) e nitreto de boro hexagonal (h-BN). Estes substratos foram produzidos, em sua maioria, a partir da sinterização de pós micrométricos em altas temperaturas. Além do estudo em relação a possíveis candidatos alternativos ao tradicional silício para o crescimento de filmes auto-sustentáveis, procuramos encontrar substratos onde o filme aderisse bem e cujas propriedades tribológicas pudessem ser melhoradas com o recobrimento com filme de diamante.Dentre os materiais selecionados, constatamos que a topografia da superfície relacionada à densidade de contornos de grão, desempenha um papel relevante na nucleação do diamante. Além disso, os materiais que favorecem a formação de carbonetos conduziram a melhores resultados na nucleação e crescimento do filme, indicando que a ação da atmosfera reativa do CVD com o substrato também contribui decisivamente para o processo de nucleação. A partir dos resultados obtidos, concluímos que a aderência do filme de diamante ao zircão é excelente, assim como a qualidade do filme, o que pode serexplorado convenientemente caso as propriedades mecânicas do sinterizado de zircão sejam adequadas. No caso da zircônia parcialmente estabilizada, os resultados obtidos foram surpreendentes e este material poderia substituir o convencional substrato de silício para a deposição de filmes auto-sustentados de diamante, com inúmeras vantagens, dentre elas o fato de ser reutilizável e de não ser necessário ataque com ácidos para remoção do substrato, o que evita a geração de resíduos químicos.

Análise por feixes de íons de filmes finos dielétricos depositados por sputtering reativo e crescidos termicamente

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.

Gestão de resíduos tóxicos : o caso das lâmpadas fluorescentes descartadas em quatro empresas do setor automotivo da região metropolitana de Curitiba-PR

A necessidade de dar um destino adequado aos resíduos tóxicos e a preocupação com a contaminação do meio ambiente e dos lençóis freáticos são aspectos que já vêm sendo discutidos há vários anos. As lâmpadas fluorescentes, quando descartadas, não devem ser quebradas e encaminhadas para os aterros sanitários, pois contêm mercúrio, substância que provoca sérios problemas de contaminação ao homem e à natureza. A pesquisa realizada em Curitiba identificou que parte das lâmpadas fluorescentes descartadas continua sendo enviada para os aterros sanitários ou para aterros químicos. As pessoas e organizações conscientes dos impactos ambientais causados pelo mercúrio destinam as lâmpadas fluorescentes para centros de descontaminação (reciclagem) ou armazenam-nas em containers. Após identificar os centros de descontaminação (reciclagem) de lâmpadas fluorescentes existentes no Brasil, o autor analisou os custos necessários para a execução da descontaminação das lâmpadas. Através de entrevistas com gestores ambientais de quatro empresas do setor automotivo da região metropolitana de Curitiba - PR, foram identificados os fatores motivadores para a busca de alternativas de destino para as lâmpadas fluorescentes descartadas.

Estudo do desempenho de pavimentos flexíveis a partir de instrumentação e ensaios acelerados

Neste trabalho, são apresentados os resultados obtidos em estudos realizados com o propósito de compreender e quantificar o desempenho de estruturas de pavimentos flexíveis em concreto asfáltico submetidas a ensaios acelerados em escala real com um simulador linear de tráfego. Para tornar possível o monitoramento evolutivo da degradação oferecida por pavimentos flexíveis ao longo do tempo, em termos dos mecanismos principais que condicionam a vida de serviço deste tipo de estrutura, foram construídas e instrumentadas seis seções experimentais, das quais duas foram submetidas aos esforços das cargas do tráfego durante o desenvolvimento deste trabalho. O monitoramento das condições funcional e estrutural das pistas experimentais permitiu o estabelecimento de modelos de regressão que reproduzem o desempenho dos pavimentos em termos da evolução do trincamento do revestimento asfáltico, ocorrência de afundamentos em trilha de roda e evolução das tensões verticais no subleito Os pavimentos foram instrumentados com medidores de tensões e deformações instalados em diferentes pontos no seu interior. Analisam-se processos para cálculo de tensões e deformações em estruturas de pavimentos flexíveis com base na interpretação da instrumentação instalada nas pistas experimentais. Foram investigados aspectos relativos à previsão do desempenho estrutural das seções avaliadas, visando trazer subsídios para a estruturação de modelos de previsão de desempenho. Foi confirmada uma tendência logarítmica de crescimento dos afundamentos em trilha de roda com o tráfego acumulado. Conclui-se pela necessidade da identificação de fatores de correção para determinação de tensões através de células de tensão total em solos. Os resultados das avaliações realizadas revelam que os módulos de elasticidade retroanalisados do FWD e da viga eletrônica se mostraram adequados à interpretação do desempenho estrutural dos pavimentos experimentais. Em contrapartida, os módulos de elasticidade derivados de ensaios laboratoriais, realizados em diferentes épocas, não refletiram as condições apresentadas pelos pavimentos no campo.

Métodos de avaliação visual de pavimentos flexíveis : um estudo comparativo

Com objetivo de comparar duas metodologias de inspeção visual de pavimentos asfálticos para utilização em área urbana foram realizadas avaliações em 104 seções viárias, tanto utilizando-se o método Vizir quanto o método SHRP de avaliação de pavimentos. Os resultados foram comparados através de testes t, Qui-quadrado e correlação linear simples. Em ambos os métodos foram também levantados o tempo de aplicação do método e avaliação de confiabilidade através de correlação linear simples, proporção geral de concordância e testes Kappa. A proporção geral de concordância da nota final no método Vizir foi de 0,55, enquanto a proporção geral de concordância da nota final no método SHRP foi de 0,95. As áreas totais acometidas por defeitos não apresentaram diferença significativa entre os dois métodos. A correlação entre as áreas de defeitos foi de 0,41. Foi realizada também a comparação entre as notas finais do estado dos pavimentos pelos dois métodos, que demonstraram uma diferença significativa. Estes resultados demonstraram que o método SHRP foi mais confiável que o método Vizir, no presente trabalho. Também concluiu-se que as notas finais nos dois métodos de avaliação visual não são equivalentes entre si.

Filmes finos dielétricos para dispositivos microeletrônicos avançados

Apresentamos mecanismos de formação e de degradação térmica de filmes fi- nos (espessura da ordem de 10 nm) de diferentes dielétricos sobre substrato de silício monocristalino. Tendo em vista a aplicação dessas estruturas em MOSFETs (transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor), estudamos o consagrado óxido de silício (SiO2), os atuais substitutos oxinitretos de silício (SiOxNy) e o possível substituto futuro óxido de alumínio (Al2O3). Nossos resultados experimentais baseiam-se em técnicas preparativas de substituição isotópica e de caracterização física com feixes de íons (análise com reações nucleares) ou raios- X (espectroscopia de fotoelétrons). Observamos que: (a) átomos de silício não apresentam difusão de longo alcance (além de ~ 2 nm) durante o crescimento de SiO2 por oxidação térmica do silício em O2; (b) nitretação hipertérmica é capaz de produzir filmes finos de oxinitreto de silício com até dez vezes mais nitrogênio que o resultante do processamento térmico usual, sendo que esse nitrogênio tende a se acumular na interface SiOxNy/Si; e (c) átomos de oxigênio, alumínio e silício migram e promovem reações químicas durante o recozimento térmico de estruturas Al2O3/SiO2/Si em presença de O2. Desenvolvemos um modelo de difusão-reação que poderá vir a permitir o estabelecimento de condições ótimas de processamento térmico para filmes finos de Al2O3 sobre silício a serem empregados na fabricação de MOSFETs.

Estudo da estabilidade termodinâmica de filmes ultrafinos de HfO/sub 2/ sobre Si

O presente estudo relata a composição, transporte atômico, estabilidade termodinâmica e as reações químicas durante tratamentos térmicos em atmosfera de argônio e oxigênio, de filmes ultrafinos de HfO2 depositados pelo método de deposição química de organometálicos na fase vapor (MOCVD) sobre Si, contendo uma camada interfacial oxinitretada em NO (óxido nítrico). A caracterização foi realizada utilizando-se técnicas de análise por feixes de íons e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS). Também foram realizadas medidas elétricas sobre os filmes. Os estudos indicaram que esta estrutura é essencialmente estável aos tratamentos térmicos quando é feito um pré-tratamento térmico em atmosfera inerte de argônio, antes de tratamento em atmosfera reativa de oxigênio, exibindo uma maior resistência à incorporação de oxigênio do que quando foi diretamente exposta à atmosfera de oxigênio. Tal estabilidade é atribuída a um sinergismo entre as propriedades do sistema HfO2/Si e a barreira à difusão de oxigênio constituída pela camada interfacial oxinitretada. A composição química dos filmes após os tratamentos térmicos é bastante complexa, indicando que a interface entre o filme e o substrato tem uma composição do tipo HfSixOyNz. Foi observada a migração de Hf para dentro do substrato de Si, podendo esta ser a causa de degradação das características elétricas do filme.

Estudo de obtenção de número estrutural em pavimentos flexíveis

O presente trabalho estuda a obtenção de número estrutural em pavimentos flexíveis existentes. O estudo foi realizado em trechos pertencentes a duas regiões do Rio Grande do Sul, com a mesma formação geológica. De posse dos dados de levantamentos das deflexões obtidos com um equipamento tipo FWD (Falling Weight Deflectometer) e, com valores das espessuras dos pavimentos fornecidas pelo DAER-RS, foram realizadas retroanálises de todas as bacias de deformação levantadas, para cada ponto dos trechos estudados. Encontrados os Módulos de Resiliência de cada camada dos pavimentos, foram determinados, através das correlações da AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), os coeficientes estruturais e conseqüentemente os números estruturais para cada camada de pavimento. Por outro lado, determinou-se o raio de curvatura, para cada ponto levantado pelo equipamento, através da parábola de segundo grau utilizada pelo DNER (Departamento Nacional de Estradas de Rodagens). Verificou-se que os valores de número estrutural dos pavimentos e os raios de curvatura variam em proporções semelhantes, permitindo então a identificação de correlações entre os mesmos. As correlações entre raio de curvatura e número estrutural apresentadas neste trabalho facilitam a obtenção do número estrutural, sem utilizar retroanálises.

Crescimento térmico de filmes dielétricos sobre SiC e caracterização das estruturas formadas

Na presente tese, foi investigado o crescimento térmico de filmes dielétricos (óxido de silício e oxinitreto de silício) sobre carbeto de silício. Além disso, os efeitos da irradiação iônica do SiC antes de sua oxidação, com o intuito de acelerar a taxa de crescimento do filme de SiO2, também foram investigados. A tese foi dividida em quatro diferentes etapas. Na primeira, foram investigados os estágios iniciais da oxidação térmica do SiC: mudanças no ambiente químico dos átomos de Si foram observadas após sucessivas etapas de oxidação térmica de uma lâmina de SiC. A partir desses resultados, em conjunto com a análise composicional da primeira camada atômica da amostra, acompanhou-se a evolução do processo de oxidação nesses estágios iniciais. Na etapa seguinte, foram utilizadas as técnicas de traçagem isotópica e análise por reação nuclear com ressonância estreita na curva de seção de choque na investigação do mecanismo e etapa limitante do crescimento térmico de filmes de SiO2 sobre SiC. Nesse estudo, compararam-se os resultados obtidos de amostras de óxidos termicamente crescidos sobre Si e sobre SiC. Na terceira etapa, foram investigados os efeitos da irradiação iônica do SiC antes de sua oxidação nas características finais da estrutura formada. Finalmente, comparam-se os resultados da oxinitretação térmica de estruturas SiO2/SiC e SiO2/Si utilizando dois diferentes gases: NO e N2O.

Filmes finos dielétricos para a tecnologia do silício : processamento térmico e caracterização

O rápido avanço tecnológico coloca a tecnologia do Si diante de um grande desafio: substituir o dielétrico de porta utilizado por mais de 40 anos em dispositivos MOSFET (transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor), o óxido de silício (SiO2), por um material alternativo com maior constante dielétrica. Nesse contexto, vários materiais têm sido investigados. Nesta tese concentramos nossa atenção em três candidatos: o óxido de alumínio (Al2O3), o silicato de zircônio (ZrSixOy) e o aluminato de zircônio (ZrAlxOy). Nossos resultados experimentais baseiam-se em técnicas de análise com feixes de íons ou raios-X e de microscopia de força atômica. No caso do Al2O3, investigamos a difusão e reação de oxigênio através de filmes relativamente espessos (35 nm) quando submetidos a tratamento térmico em atmosfera oxidante, e os efeitos que esses processos provocam em filmes finos (6,5 nm) de Al2O3 depositados sobre uma estrutura SiO2/Si. Observamos que o processo de difusão-reação em filmes de Al2O3 é diferente do observado em filmes de SiO2: no primeiro caso, oxigênio difunde e incorpora-se em todo o volume do filme, enquanto que em filmes de SiO2, oxigênio difunde através do filme, sem incorporar-se em seu volume, em direção à interface SiO2/Si, onde reage. Além disso, quando oxigênio atinge a interface Al2O3/Si e reage com o Si, além da formação de SiO2, parte do Si migra em direção ao Al2O3, deslocando parte dos átomos de Al e de O. Modelos baseados em difusão e reação foram capazes de descrever qualitativamente os resultados experimentais em ambos os casos. A deposição de filmes de Al2O3 sobre Si por deposição química de camada atômica a partir de vapor também foi investigada, e uma nova rotina de deposição baseada em préexposição dos substratos de Si ao precursor de Al foi proposta. As estruturas ZrSixOy/Si e ZrAlxOy/Si (ligas pseudobinárias (ZrO2)z(SiO2)1-z e (ZrO2)z(Al2O3)1-z depositadas sobre Si) foram submetidas a tratamentos térmicos em oxigênio ou vácuo com o objetivo de investigar possíveis instabilidades. Os tratamentos térmicos não provocaram instabilidades na distribuição de Zr, mas migração e incorporação de Si no filme dielétrico foram observadas durante os dois tratamentos para ambos os materiais.

Síntese de novas bases de tröger, fluorescentes via transferência protônica intramolecular no estado excitado (ESIPT)

Neste trabalho, realizou-se a síntese e a caracterização de quatro novas bases de Tröger. Estes compostos pertencem à classe de heterociclos 2-hidroxifenibenzazóis, que caracterizam-se por apresentar uma forte emissão de fluorescência, devido à reação de transferência protônica intramolecular no estado excitado -ESIPT- por eles sofrrida quando excitados por luz ultravioleta. Os heterociclos sintetizadosapesentam ligações de hidrogênio intramolecular entrte o nitrogênio azólico e a hidroxila fenólica e um granded deslocamento de Stokes, características tíicas de compostos que sofrem a ESIPT. As bases de Tröger, que são quirais, são bem conhecidas como receptores moleculares devido a concavidade que estas moléculas apresentam, Os compostos obtidos são os primeiro exmeplos de bases de Tröger fluorescentes, via ESIP, na literatura, por isso, despertam grande interesse na síntese de sondas biológicas moleculares fluorescentes. A partir da resolução quiral das bases de Tröger, estas potencialmente podem vir a ser utilizadas como indutores quirais e/ou par ao reconhecimento enantiosseletivo do DNA. A resolução quiral foi feita para uma das bases de Tröger sintetizadas.

Estudo do crescimento de filmes de carbono sobre silício devido à irradiação com feixes de H e He

É bem conhecido que técnicas experimentais que fazem uso de feixes iônicos induzem sobre a superfície dos alvos irradiados o depósito de diversos tipos de impurezas. Este depósito é causado pelas interações entre o feixe de íons, as moléculas de gás residual no interior das câmaras de irradiação e a superfície da amostra. Apesar do fato deste processo poder alterar significativamente os parâmetros de irradiações, bem como afetar a análise de materiais tratados, os parâmetros experimentais que influenciam na deposição das impurezas ainda não são bem conhecidos e nem o depósito se encontra suficientemente quantificado. No presente trabalho relatamos um estudo quantitativo da deposição de carbono sobre amostras de Si (100) irradiadas com feixes de He e H. A deposição de carbono foi determinada em função da fluência de irradiação, variando diversos parâmetros experimentais, tais como: pressão na câmara de irradiação, temperatura do alvo, densidade de corrente do feixe, energia do feixe e o estado da carga do íon. Em todos os casos a análise das amostras irradiadas foi feita pela técnica de Retroespalhamento de Rutherford em direção Canalizada (RBS/C) e através da reação nuclear ressonante 12C(a, a´)12C na energia de 4265 keV. Os resultados experimentais mostram que se consegue minimizar a deposição de C através: a) da redução do tempo de irradiação, b) da redução da pressão na câmara de irradiação, c) do aumento da temperatura do alvo durante a irradiação e d) minimização do poder de freamento do íon no alvo.

Estudo de propriedades magnéticas de filmes finos de cobalto sobre Si(111)

O crescimento de lmes nos ferromagnéticos sobre uma superfícies vicinal induz uma anisotropia uniaxial que atua juntamente com a anisotropia magnetocrislanina. Neste estudo, lmes nos de Co foram depositados sobre Si(111) para investigar o papel dessa anisotropia nas propriedades magnéticas do lme. Os substratos foram preparados quimicamente via uma solução de NH4F e caracterizados via microscopia de força atômica. Os lmes, depositados via desbaste iônico, foram caracterizados estruturalmente via difratometria de raio-x e microscopia de tunelamento. As propriedades magnéticas foram determinadas via magnetometria a efeito Kerr magnetoóptico, onde observou-se a presen ça de uma anisotropia uniaxial dominante. Um modelo fenomelógico de reversão da magnetização via rotação coerente foi aplicado para ajustar as curvas de histerese, e as constantes de anisotropia uniaxial para cada espessura foram determinadas.

Eletrosíntese de filmes de polímeros a partir de naftilaminas substituídas sobre metais oxidáveis e síntese química : aplicação na proteção contra a corrosão

Neste trabalho é apresentado um estudo da síntese e caracterização de polinaftilaminas substituídas com vistas à sua utilização na proteção contra a corrosão. É mostrada a possibilidade de eletrosíntese de filmes destes polímeros intrinsecamente condutores sobre metais oxidáveis passiváveis em meio aquoso ácido pelos métodos potenciostático e potenciodinâmico sem dissolução dos eletrodos. A caracterização química, morfológica e eletroquímica destes filmes poliméricos demonstrou que não há sensíveis diferenças em relação aos mesmos filmes obtidos sobre eletrodos inertes e que é preservada uma das funções na cadeia polimérica. Os filmes de naftilaminas substituídas oferecem uma barreira parcial contra a corrosão do aço carbono e quando polimerizado o 1,5-diaminonafttaleno juntamente com a anilina forma-se o compósito Poli 1,5-diaminonaftaleno/Polianilina que passiva anódicamente o Fe em meio sulfato pH 4. É apresentada também a síntese química do poli 5-amino 1-naftol, que se mostra passivante anódico do aço inox SS 430 em ácido sulfúrico aquoso 1M.