Caracterização e modificação de heteroestruturas de nitretos do grupo III

Os nitretos binários semicondutores do grupo III, e respetivos compostos, são vastamente estudados devido à sua possível aplicabilidade em dispositivos optoeletrónicos, tais como díodos emissores de luz (LEDs) e LASERs, assim como dispositivos para a eletrónica de elevadas temperatura, potência e frequência. Enquanto se concretizou a comercialização na última década de LEDs e LASERs recorrendo ao ternário In1-yGayN, estudos das propriedades fundamentais estruturais e óticas, assim como de técnicas de processamento no desenvolvimento de novas aplicações de outros ternários do grupo III-N encontram-se na sua fase inicial. Esta tese apresenta a investigação experimental de filmes finos epitaxiais de Al1-xInxN crescidos sobre camadas tampão de GaN e de Al1-yGayN e o estudo do recozimento e implantação de super-redes (SL) compostas por pontos quânticos de GaN (QD) envolvidos por camadas de AlN. Apesar do hiato energético do Al1-xInxN poder variar entre os 0,7 eV e os 6,2 eV e, por isso, numa gama, consideravelmente superior à dos ternários Al1-yGayN e InyGa1-yN, o primeiro é o menos estudado devido a dificuldades no crescimento de filmes com elevada qualidade cristalina. É efetuada, nesta tese, uma caracterização estrutural e composicional de filmes finos de Al1-xInxN crescidos sobre camadas tampão de GaN e de Al1-yGayN usando técnicas de raios-X, feixe de iões e de microscopia. Mostra-se que o Al1-xInxN pode ser crescido com elevada qualidade cristalina quando a epitaxia do crescimento se aproxima da condição de rede combinada do Al1-xInxN e da camada tampão (GaN ou Al1-yGayN), isto é, com conteúdo de InN de ~18%, quando crescido sobre uma camada de GaN. Quando o conteúdo de InN é inferior/superior à condição de rede combinada, fenómenos de relaxação de tensão e deterioração do cristal tais como o aumento da rugosidade de superfície prejudicam a qualidade cristalina do filme de Al1-xInxN. Observou-se que a qualidade dos filmes de Al1-xInxN depende fortemente da qualidade cristalina da camada tampão e, em particular, da sua morfologia e densidade de deslocações. Verificou-se que, dentro da exatidão experimental, os parâmetros de rede do ternário seguem a lei empírica de Vegard, ou seja, variam linearmente com o conteúdo de InN. Contudo, em algumas amostras, a composição determinada via espetrometria de retrodispersão de Rutherford e difração e raios-X mostra valores discrepantes. Esta discrepância pode ser atribuída a defeitos ou impurezas capazes de alterar os parâmetros de rede do ternário. No que diz respeito às SL dos QD e camadas de AlN, estudos de recozimento mostraram elevada estabilidade térmica dos QD de GaN quando estes se encontram inseridos numa matriz de AlN. Por implantação iónica, incorporou-se európio nestas estruturas e, promoveu-se a ativação ótica dos iões de Eu3+ através de tratamentos térmicos. Foram investigados os efeitos da intermistura e da relaxação da tensão ocorridos durante o recozimento e implantação nas propriedades estruturais e óticas. Verificou-se que para fluências elevadas os defeitos gerados por implantação são de difícil remoção. Contudo, a implantação com baixa fluência de Eu, seguida de tratamento térmico, promove uma elevada eficiência e estabilidade térmica da emissão vermelha do ião lantanídeo incorporado nos QD de GaN. Estes resultados são, particularmente relevantes, pois, na região espetral indicada, a eficiência quântica dos LEDs convencionais de InGaN é baixa.

L’étude de l’InP et du GaP suite à l’implantation ionique de Mn et à un recuit thermique

Cette thèse est dédiée à l’étude des matériaux InMnP et GaMnP fabriqués par implantation ionique et recuit thermique. Plus précisément nous avons investigué la possibilité de former par implantation ionique des matériaux homogènes (alliages) de InMnP et GaMnP contenant de 1 à 5 % atomiques de Mn qui seraient en état ferromagnétique, pour des possibles applications dans la spintronique. Dans un premier chapitre introductif nous donnons les motivations de cette recherche et faisons une revue de la littérature sur ce sujet. Le deuxième chapitre décrit les principes de l’implantation ionique, qui est la technique utilisée pour la fabrication des échantillons. Les effets de l’énergie, fluence et direction du faisceau ionique sur le profil d’implantation et la formation des dommages seront mis en évidence. Aussi dans ce chapitre nous allons trouver des informations sur les substrats utilisés pour l’implantation. Les techniques expérimentales utilisées pour la caractérisation structurale, chimique et magnétique des échantillons, ainsi que leurs limitations sont présentées dans le troisième chapitre. Quelques principes théoriques du magnétisme nécessaires pour la compréhension des mesures magnétiques se retrouvent dans le chapitre 4. Le cinquième chapitre est dédié à l’étude de la morphologie et des propriétés magnétiques des substrats utilisés pour implantation et le sixième chapitre, à l’étude des échantillons implantés au Mn sans avoir subi un recuit thermique. Notamment nous allons voir dans ce chapitre que l’implantation de Mn à plus que 1016 ions/cm2 amorphise la partie implantée du matériau et le Mn implanté se dispose en profondeur sur un profil gaussien. De point de vue magnétique les atomes implantés se trouvent dans un état paramagnétique entre 5 et 300 K ayant le spin 5/2. Dans le chapitre 7 nous présentons les propriétés des échantillons recuits à basses températures. Nous allons voir que dans ces échantillons la couche implantée est polycristalline et les atomes de Mn sont toujours dans un état paramagnétique. Dans les chapitres 8 et 9, qui sont les plus volumineux, nous présentons les résultats des mesures sur les échantillons recuits à hautes températures : il s’agit d’InP et du GaP implantés au Mn, dans le chapitre 8 et d’InP co-implanté au Mn et au P, dans le chapitre 9. D’abord, dans le chapitre 8 nous allons voir que le recuit à hautes températures mène à une recristallisation épitaxiale du InMnP et du GaMnP; aussi la majorité des atomes de Mn se déplacent vers la surface à cause d’un effet de ségrégation. Dans les régions de la surface, concentrés en Mn, les mesures XRD et TEM identifient la formation de MnP et d’In cristallin. Les mesures magnétiques identifient aussi la présence de MnP ferromagnétique. De plus dans ces mesures on trouve qu’environ 60 % du Mn implanté est en état paramagnétique avec la valeur du spin réduite par rapport à celle trouvée dans les échantillons non-recuits. Dans les échantillons InP co-implantés au Mn et au P la recristallisation est seulement partielle mais l’effet de ségrégation du Mn à la surface est beaucoup réduit. Dans ce cas plus que 50 % du Mn forme des particules MnP et le restant est en état paramagnétique au spin 5/2, dilué dans la matrice de l’InP. Finalement dans le dernier chapitre, 10, nous présentons les conclusions principales auxquels nous sommes arrivés et discutons les résultats et leurs implications.

Effect of the fluorination of DLC film on the corrosion protection of aluminum alloy (AA 5052)

It is presented a study conducted on the physical and electrochemical properties of fluorinated a-C:H films deposited onto a commercial aluminum alloy (AA 5052). The coatings were deposited from mixtures of 91% of acetylene and 9% of argon by plasma immersion ion implantation and deposition technique, PIIID. Total gas pressure was 44 Pa and deposition time (t(dep)) was varied from 300 to 1200 s. The depositing plasmas were generated by the application of radiofrequency power (13.56 MHz, 100W) to the upper electrode and high voltage negative pulses (2400 V. 300 Hz) to the sample holder. Fluorine was incorporated in a post-deposition plasma treatment (13.56 MHz, 70W, 13 Pa) generated from sulfur hexafluoride atmosphere. Chemical structure and composition of the films were investigated using infrared reflectance/absorbance spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. The corrosion resistance of the layers was determined by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in a 3.5% NaCl solution, at room temperature. Films presented good adhesion to the substrates and are classified as hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) with oxygen traces. Fluorine was detected in all the samples after the post-deposition treatment being its proportion independent on the deposition time. Film thickness presented different tendencies with t(dep), revealing the variation of the deposition rate as a function of the deposition time. Such fluorinated a-C:H films improved the corrosion resistance of the aluminum surface. In a general way the corrosion resistance was higher for films prepared with lower deposition times. The variation of sample temperature with t(dep) was found to be decisive for the concentration of defects in the films and, consequently, for the performance of the samples in electrochemical tests. Results are interpreted in terms of the energy delivered to the growing layer by ionic bombardment. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Study of superficial properties of titanium treated by PIIID

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Lubricating coating prepared by PIIID on a forming tool

In this work, the performance of a-C: H films produced by the hybrid Plasma Immersion Ion Implantation and Deposition technique as lubricating layers for a steel forming tool has been investigated. Hardened steel (AISI M2, 64 HRC) plates coated with a commercial TiN layer were used as substrates and the films were deposited in a vacuum chamber fitted with two parallel-plate electrodes. The discharges were generated in atmospheres composed of 91% C2H2 and 9% Ar by the application of radiofrequency power (13.56 MHz, 100 W) to the upper electrode while the lower one, also used as the sample holder, was biased with high voltage negative pulses (3.6 kV, 30 mu s, 300 Hz). A deposition time of 840 s was used. The effects of the gas pressure, p, on thickness, molecular structure, wettability, surface morphology and topography, hardness and friction coefficient of the films lwere investigated. Film thickness increased from 0.3 to 0.5 mu m when p was increased from 2.7 to 16.5 Pa. Generally, the films were slightly hydrophilic, with contact angles of around 84 degrees, and the deposition decreased the roughness of the steel. A polymer-like structure was detected in high pressure depositions and an amorphous carbon structure derived from the low pressure procedures. Hardness decreased from 8.2 to 7.0 GPa with increasing p. Improvement in tribological performance was indicated by the fall in the friction coefficient from 0.5 to 0.2 as the deposition pressure was reduced. Operating at the latter value (of mu) would lead to a significant reduction in wear and hence to significant economy in diverse industrial applications.

Aplicação do eletrocapilaridade na manipulação de microgotas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Propriedades químicas e ópticas de filmes de carbono amorfo halogenados produzidos por deposição a vapor químico assistido por plasma (PECVD) e deposição e implantação iônica por imersão em plasma (DIIIP)

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Propriedades mecânicas e tribológicas de filmes sintetizados mediante técnica de deposição e implantação iônica por imersão em plasma

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Propriedades estruturais e ópticas de filmes finos a-C:H:CI obtidos por deposição à vapor químico assistido por plasma e deposição e implantação iônica por imersão em plasma

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Efeito protetivo produzido pela aplicação de um filme de carbono amorfo na superfície de um ferramental para conformação

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Síntese de filmes finos a-C:H pela técnica de implantação e deposição por imersão em plasma

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Efeito do tratamento a plasma do politetrafluoroetileno (PTFE) nas suas propriedades eletrostáticas e superficiais

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Efeito da implantação iônica por imersão em plasmas sobre a bioatividade de titânio

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Implantação iônica por imersão em plasma e deposição de filmes finos poliméricos provenientes da mistura hexametildisilazano/argônio

Thin polymeric films deposited by plasma are very atractive for many industrial and scientific applications, in areas such as electronics, mechanics, coatings, biomaterials, among others, due to its favorable properties such as good adhesion to the substrate, high crosslinking, nanomectric thickness, homogeneity, etc. In this work, thin films were deposited by plasma immersion ion implantation and deposition technique from a hexamethyldisilazane/argon mixture at different proportions. These films were subjected to several characterizations, such as, contact angle, which presented values near to 100 degrees, surface energy, with values near to 31 mJ/m2, hardness with values between 0.7 and 2.6 GPa, thickness from 100 to 200 nm, refractive index from 1.56 to 1.64, molecular structure presenting the following functional groups in the infrared spectra region: CHx from 2960 to 2900 cm-1; Si-H around 2130 cm-1; CH3 in Si-(CH3)x around 1410 cm-1; CH3 in Si-(CH3)x in 1260 cm-1; N-H around 1180 cm-1; CH2 in Si-CH2-Si bonds around 1025 cm-1; Si-O in Si-O-Si from 1020 to 1100 cm-1; Si-N in Si-H-Si bonds around 940 cm-1; CH3 in Si-(CH3)3 in 850 cm-1; Si-C bonds in Si-(CH3)2 around 800 cm-1; and Si-H in 680 cm-1 . From these characterizations, it was possible to conclude that the concentration of argon or hexamethyldisilazane in the mixture changed the resulting polymer

Filmes finos depositados pela técnica de implantação iônica por imersão em plasma e deposição (IIIPD), utilizando o monômero HMDSN e os gases argônio, hélio e nitrogênio

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)