Raman scattering and photoluminescence analysis of silicon on insulator structures obtained by single and multiple oxygen implants

An analysis of silicon on insulator structures obtained by single and multiple implants by means of Raman scattering and photoluminescence spectroscopy is reported. The Raman spectra obtained with different excitation powers and wavelengths indicate the presence of a tensile strain in the top silicon layer of the structures. The comparison between the spectra measured in both kinds of samples points out the existence in the multiple implant material of a lower strain for a penetration depth about 300 nm and a higher strain for higher penetration depths. These results have been correlated with transmission electron microscopy observations, which have allowed to associate the higher strain to the presence of SiO2 precipitates in the top silicon layer, close to the buried oxide. The found lower strain is in agreement with the better quality expected for this material, which is corroborated by the photoluminescence data.

Intense green-yellow electroluminescence from Tb+-implanted silicon-rich silicon nitride/oxide light emitting devices

High optical power density of 0.5 mW/cm2, external quantum efficiency of 0.1%, and population inversion of 7% are reported from Tb+-implanted silicon-rich silicon nitride/oxide light emitting devices. Electrical and electroluminescence mechanisms in these devices were investigated. The excitation cross section for the 543 nm Tb3+ emission was estimated under electrical pumping, resulting in a value of 8.2 × 10−14 cm2, which is one order of magnitude larger than one reported for Tb3+:SiO2 light emitting devices. These results demonstrate the potentiality of Tb+-implanted silicon nitride material for the development of integrated light sources compatible with Si technology.

The effects of electron-hole separation on the photoconductivity of individual metal oxide nanowires

The responses of individual ZnO nanowires to UV light demonstrate that the persistent photoconductivity (PPC) state is directly related to the electron¿hole separation near the surface. Our results demonstrate that the electrical transport in these nanomaterials is influenced by the surface in two different ways. On the one hand, the effective mobility and the density of free carriers are determined by recombination mechanisms assisted by the oxidizing molecules in air. This phenomenon can also be blocked by surface passivation. On the other hand, the surface built-in potential separates the photogenerated electron¿hole pairs and accumulates holes at the surface. After illumination, the charge separation makes the electron¿hole recombination difficult and originates PPC. This effect is quickly reverted after increasing either the probing current (self-heating by Joule dissipation) or the oxygen content in air (favouring the surface recombination mechanisms). The model for PPC in individual nanowires presented here illustrates the intrinsic potential of metal oxide nanowires to develop optoelectronic devices or optochemical sensors with better and new performances.

Model for the emission of Si+ ions during oxygen bombardment of Si(100) surfaces

The variation in the emission of Si+ ions from ion-beam-induced oxidized silicon surfaces has been studied. The stoichiometry and the electronic structure of the altered layer has been characterized using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The XPS analysis of the Si 2p core level indicates the strong presence of suboxide chemical states when bombarding at angles of incidence larger than 30 °. Since the surface stoichiometry or degree of oxidation varies with the angle of incidence, the corresponding valence-band structures also differ among each other. A comparison between experimental measurements and theoretically calculated Si and SiO2 valence bands indicates that the valence bands for the altered layers are formed by a combination of those two. Since Si-Si bonds are present in the suboxide molecules, the top of the respective new valence bands are formed by the corresponding 3p-3p Si-like subbands, which extend up to the Si Fermi level. The changes in stoichiometry and electronic structure have been correlated with the emission of Si+ ions from these surfaces. From the results a general model for the Si+ ion emission is proposed combining the resonant tunneling and local-bond-breaking models.

Evolução quantitativa de planossolos do agreste do estado de Pernambuco

A pedogênese dos solos planossólicos, especialmente da região do Agreste de Pernambuco, tem sido pouco estudada, havendo indicações e dúvidas relativas a alguns aspectos como a possível dualidade ou retrabalhamentos diferenciados na formação do material de origem, total das perdas e ganhos e a relativa mobilidade dos principais elementos constitutivos durante a evolução dos solos. Foram estudados três solos com marcantes contrastes texturais em uma topossequência da região. Foram estudados três solos com marcantes contrastes texturais em uma topossequência no Agreste de Pernambuco. Os objetivos da pesquisa foram averiguar a compatibilidade dos solos com os materiais geológicos subjacentes e avaliar quantitativamente as perdas e os ganhos ocorridos durante a pedogênese. Para isso foram realizadas análises química total e de zircônio (Zr) e quartzo, tomados como base para determinação de um índice de intemperização, em todos os horizontes dos solos e no material de origem. Verificou-se que os solos são constituídos por materiais autóctones, com apenas pequenas indicações de retrabalhamento dos materiais mais superficiais. Durante o processo de intemperização ou pedogênese, verificou-se perda de, aproximadamente, 50 % do peso original do solo. As perdas referentes aos principais elementos constituintes dos solos apresentaram a seguinte ordem: MgO > CaO > Fe2O3 > Al2O3 > SiO2. Os nítidos contrastes texturais, devido à argilização dos horizontes Bt, parecem ser principalmente resultado de uma combinação de outros processos, que não simples eluviação-iluviação.

Raman microstructural analysis of silicon-on-insulator formed by high dose oxygen ion implantation: As-implanted structures

A microstructural analysis of silicon-on-insulator samples obtained by high dose oxygen ion implantation was performed by Raman scattering. The samples analyzed were obtained under different conditions thus leading to different concentrations of defects in the top Si layer. The samples were implanted with the surface covered with SiO2 capping layers of different thicknesses. The spectra measured from the as-implanted samples were fitted to a correlation length model taking into account the possible presence of stress effects in the spectra. This allowed quantification of both disorder effects, which are determined by structural defects, and residual stress in the top Si layer before annealing. These data were correlated to the density of dislocations remaining in the layer after annealing. The analysis performed corroborates the existence of two mechanisms that generate defects in the top Si layer that are related to surface conditions during implantation and the proximity of the top Si/buried oxide layer interface to the surface before annealing.

Relações solo-paisagem em uma topossequência sobre substrato granítico em Santo Antônio do Matupi, Manicoré (AM)

Considerando as dimensões da região amazônica e a necessidade de estudos que estabeleçam conexões entre os solos e a expressão da paisagem, o objetivo deste trabalho foi estudar as relações solo-paisagem em uma topossequência sobre substrato granítico em Santo Antônio do Matupi, Manicoré, AM. Foi estabelecido um caminhamento de 3.000 m a partir do "espigão" da vertente, no seu sentido mais suave, com identificação dos segmentos da vertente com base na "quebra" do declive do terreno. Foram abertas trincheiras nos segmentos de vertente mapeados, e perfis foram caracterizados morfologicamente, coletando-se amostras de seus horizontes. Foram realizadas análises físicas (textura, ADA e GF, Ds e Dp, Pt e CHSS), químicas (pH em água e KCl, Ca, Mg, K, Na e Al trocáveis, P disponível, H + Al e C orgânico; SiO2, Al2O3 e Fe2O3 (método do H2SO4) e óxidos de Fe "livres" extraído com ditionito-citrato-bicarbonato e o Fe mal cristalizado extraído com oxalato de amônio) e mineralógicas (frações areia, silte e argila), usando difratometria de raios X. As variações do relevo favoreceram a presença de solos distróficos nos topos e solos eutróficos no sopé de transporte. As variáveis ΔpH, relação silte/argila, V % e relação Fed/Fet indicaram a presença de solos mais intemperizados nas áreas de topo da paisagem e solos com menor grau de evolução na encosta e no sopé de transporte. A composição mineralógica da fração argila mostrou-se relativamente homogênea, com predominância de caulinita e gibbsita e menor proporção de mica e quartzo.

Relações solo-superfície geomórfica em uma topossequência várzea-terra firme na região de Humaitá (AM)

O conceito de superfície geomórfica permite uma interligação entre os diferentes ramos da ciência do solo, tais como geologia, geomorfologia e pedologia. O objetivo deste trabalho foi estudar as relações solo-superfície geomórfica em uma topossequência de 4.500 m na transição várzea/terra firme, na região de Humaitá (AM). Do divisor de águas até a planície do rio Madeira, as superfícies geomórficas foram identificadas com base na ruptura do declive do terreno, em critérios estratigráficos e em outras observações de campo. Foram abertas trincheiras nos segmentos mapeados da topossequência, os perfis de solos foram caracterizados morfologicamente e amostras foram coletadas de seus horizontes. Foram realizadas análises físicas de granulometria, argila dispersa em água, grau de floculação, densidade do solo, densidade das partículas, porosidade total e condutividade hidráulica do solo saturado. As análises químicas incluíram pH em água e KCl; Ca, Mg, K, Na e Al trocáveis; P disponível; H + Al e C orgânico; SiO2, Al2O3 e Fe2O3 do ataque sulfúrico; Fe "livre" extraído com ditionito-citrato-bicarbonato; e ferro mal cristalizado, extraído com oxalato de amônio. Os índices ∆pH, relação silte/argila, Ki e Fe d/Fe t indicaram solos mais intemperizados na parte mais elevada da paisagem em comparação ao declive de infiltração, declive convexo e sopé aluvial, coincidindo com a maior idade da superfície geomórfica I em relação às superfícies geomórficas II e III. As variações dos solos na transeção estudada mostraram solos mais intemperizados nos ambientes de terra firme quando comparados aos solos dos ambientes de várzeas. O entendimento dos eventos geomórficos favoreceu a compreensão da variação dos atributos dos solos na topossequência.

An ultra-sensitive impedimetric immunosensor for detection of the serum oncomarker CA-125 in ovarian cancer patients.

Effective treatment of ovarian cancer depends upon the early detection of the malignancy. Here, we report on the development of a new nanostructured immunosensor for early detection of cancer antigen 125 (CA-125). A gold electrode was modified with mercaptopropionic acid (MPA), and then consecutively conjugated with silica coated gold nanoparticles (AuNP@SiO2), CdSe quantum dots (QDs) and anti-CA-125 monoclonal antibody (mAb). The engineered MPA|AuNP@SiO2|QD|mAb immunosensor was characterised using transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM), cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Successive conjugation of AuNP@SiO2, CdSe QD and anti-CA-125 mAb onto the gold electrode resulted in sensitive detection of CA-125 with a limit of detection (LOD) of 0.0016 U mL(-1) and a linear detection range (LDR) of 0-0.1 U mL(-1). Based on the high sensitivity and specificity of the immunosensor, we propose this highly stable and reproducible biosensor for the early detection of CA-125.

Electrical and optical properties of Zn-In-Sn-O transparent conducting thin films

Indium tin oxide (ITO) is one of the widely used transparent conductive oxides (TCO) for application as transparent electrode in thin film silicon solar cells or thin film transistors owing to its low resistivity and high transparency. Nevertheless, indium is a scarce and expensive element and ITO films require high deposition temperature to achieve good electrical and optical properties. On the other hand, although not competing as ITO, doped Zinc Oxide (ZnO) is a promising and cheaper alternative. Therefore, our strategy has been to deposit ITO and ZnO multicomponent thin films at room temperature by radiofrequency (RF) magnetron co-sputtering in order to achieve TCOs with reduced indium content. Thin films of the quaternary system Zn-In-Sn-O (ZITO) with improved electrical and optical properties have been achieved. The samples were deposited by applying different RF powers to ZnO target while keeping a constant RF power to ITO target. This led to ZITO films with zinc content ratio varying between 0 and 67%. The optical, electrical and morphological properties have been thoroughly studied. The film composition was analysed by X-ray Photoelectron Spectroscopy. The films with 17% zinc content ratio showed the lowest resistivity (6.6 × 10 - 4 Ω cm) and the highest transmittance (above 80% in the visible range). Though X-ray Diffraction studies showed amorphous nature for the films, using High Resolution Transmission Electron Microscopy we found that the microstructure of the films consisted of nanometric crystals embedded in a compact amorphous matrix. The effect of post deposition annealing on the films in both reducing and oxidizing atmospheres were studied. The changes were found to strongly depend on the zinc content ratio in the films.

Substrate influence on the properties of doped thin silicon layers grown by Cat-CVD

We present structural and electrical properties for p- and n-type layers grown close to the transition between a-Si:H and nc-Si:H onto different substrates: Corning 1737 glass, ZnO:Al-coated glass and stainless steel. Structural properties were observed to depend on the substrate properties for samples grown under the same deposition conditions. Different behaviour was observed for n- and p-type material. Stainless steel seemed to enhance crystallinity when dealing with n-type layers, whereas an increased crystalline fraction was obtained on glass for p-type samples. Electrical conduction in the direction perpendicular to the substrate seemed to be mainly determined by the interfaces or by the existence of an amorphous incubation layer that might determine the electrical behaviour. In the direction perpendicular to the substrate, n-type layers exhibited a lower resistance value than p-type ones, showing better contact properties between the layer and the substrate.

Paragênese mineral de solos desenvolvidos de diferentes litologias na região sul de Minas Gerais

Estudos sistemáticos sobre os fatores de formação do solo são relativamente escassos no Brasil, em razão da dificuldade de amostrar vários níveis de um fator, mantendo os demais constantes. A região de Lavras, MG, possui grande diversidade geológica em uma área pequena, o que possibilita avaliar o controle exercido por diferentes litologias na mineralogia e nas demais características do solo. Foram selecionados oito solos embasados sobre quartzito, mica-xisto, gabro, itabirito, serpentinito, metacalcário, gnaisse e filito, em condições semelhantes de vegetação (floresta tropical semidecidual), relevo (terço médio de encosta) e clima. Após a descrição dos perfis, coletaram-se amostras dos horizontes e das rochas, e realizaram-se análises físicas e químicas de rotina, composição química total e mineralogia da rocha, da areia e da argila do solo. Todos os solos são pobres em bases trocáveis (exceto o Argissolo sobre itabirito), e notou-se grande variação na composição granulométrica, mineralógica e química. Os teores de Al2O3, SiO2 e Fe2O3 presentes nas rochas não evidenciaram correlação com os respectivos teores nos solos derivados, enquanto o teor de Fe2O3 foi fortemente correlacionado à densidade de partículas e suscetibilidade magnética. Apesar de evidências de material parcialmente alóctone em alguns casos, pôde-se notar forte influência da litologia subjacente na paragênese mineralógica. Os solos foram genericamente agrupados em: cauliníticos com minerais 2:1 (Argissolos sobre mica-xisto e itabirito; e Cambissolo sobre quartzito), cauliníticos (Argissolos sobre gnaisse e filito) e oxídicos (Latossolos sobre metacalcário e gabro; e Plintossolo sobre serpentinito). Os processos de monossialitização e alitização predominam na região, sendo respectivamente associados a rochas com valores intermediários e baixos em sílica, enquanto a presença de minerais 2:1 é acessória à caulinita e parece depender da presença de mica e altos teores de sílica na rocha de origem.

Pedogênese e classificação de latossolos desenvolvidos de itabiritos no Quadrilátero Ferrífero, MG

Localizado na porção centro-oeste do Estado de Minas Gerais, o Quadrilátero Ferrífero abrange uma área de aproximadamente 7.000 km². Desde o século XVII, a região é conhecida como uma província aurífera e ferrífera, sendo por essa razão uma das regiões mais bem estudadas do Brasil no contexto geológico. A região é de topografia muito acidentada, onde predominam solos pouco evoluídos pedogeneticamente, com destaque para Cambissolos Háplicos, Neossolos Litólicos e Neossolos Regolíticos. Em menor proporção e em rampas de colúvio (relevo suave ondulado), ocorrem Latossolos Vermelhos muito ricos em Fe, anteriormente denominados Latossolos Ferríferos. Neste trabalho, foram realizados estudos para caracterizar física, química e mineralogicamente amostras de nove perfis de Latossolos Vermelhos férricos e perférricos, desenvolvidos de itabirito e rochas afins no Quadrilátero Ferrífero, com os objetivos de melhor entender sua gênese e avaliar critérios taxonômicos que permitam sua diferenciação no SiBCS, em níveis categóricos mais baixos. Os elevados valores de densidade de partículas são peculiares nesses solos e, ao lado da estrutura forte, muito pequena e granular, são fatores que contribuem para subestimar os teores de argila e superestimar os de silte, resultando em relação silte/argila maior do que aquela proposta pelo SiBCS para os Latossolos. A variação dos teores de SiO2, Fe2O3, Al2O3, TiO2, MnO, P2O5 e de alguns elementos-traço aponta para a diversidade na composição química do itabirito ou, ainda, provável mistura com rochas filíticas da região. Os valores das relações Fe2O3/TiO2 (não molecular) e TiO2/Fe2O3 (molecular) revelaram-se diferentes daqueles sugeridos na literatura para separação de Latossolos Vermelhos desenvolvidos de itabirito daqueles de rochas máficas. As frações areia, silte e argila apresentaram grande variação na atração magnética, com as duas primeiras frações evidenciando maior magnetização, em razão da presença de magnetita. Os valores de substituição isomórfica de Fe por Al variaram 0,07 a 0,11 e 0,09 a 0,38 mol mol-1 nas estruturas da hematita e magnetita, respectivamente.

Geoquímica de solos do pantanal norte, Mato Grosso

A caracterização e análise geoquímica de solos permitem compreender os processos de migração, dispersão e concentração de elementos químicos no perfil, embasando a correlação dos atributos deles com as classes de solos formadas, o que possibilita inferências acerca das gêneses desses solos. Esta pesquisa teve por objetivos caracterizar e interpretar a composição geoquímica total de elementos maiores e menores em classes de solos representativas do Pantanal norte, na sub-região de Barão de Melgaço, Mato Grosso, Brasil. Foram selecionados 20 perfis das principais classes de solos do Pantanal e analisadas amostras dos horizontes A e B (ou C) quanto à concentração de óxidos totais por espectrometria de fluorescência de raios-X, além das caracterizações física, química e mineralógica. Os solos subdividiram-se em dois tipos geoquímicos: um composto por textura arenosa a franco-arenosa com teores relativamente elevados de SiO2 e predominância de caulinita e quartzo, com menor teor de bases e elementos-traço; e outro composto por textura mais argilosa, geoquimicamente heterogêneos e com teores significativos de minerais 2:1, Al2O3, óxidos de Fe e Mn, bases e elementos-traço.

SPATIAL VARIABILITY OF SOIL PROPERTIES IN AN AGRARIAN REFORM SETTLEMENT

ABSTRACT The study of soil chemical and physical properties variability is important for suitable management practices. The aim of this study was to evaluate the spatial variability of soil properties in the Malhada do Meio settlement to subsidize soil use planning. The settlement is located in Chapadinha, MA, Brazil, and has an area of 630.86 ha. The vegetation is seasonal submontane deciduous forest and steppe savanna. The geology is formed of sandstones and siltstones of theItapecuru Formation and by colluvial and alluvial deposits. The relief consists of hills with rounded and flat tops with an average altitude of 67 m, and frequently covered over by ferruginous duricrusts. A total of 183 georeferenced soil samples were collected at the depth of 0.00-0.20 m inPlintossolos, Neossolo andGleissolo. The following chemical variables were analyzed: pH(CaCl2), H+Al, Al, SB, V, CEC, P, K, OM, Ca, Mg, SiO2, Al2O3, and Fe2O3; along with particle size variables: clay, silt, and sand. Descriptive statistical and geostatistical analyses were carried out. The coefficient of variation (CV) was high for most of the variables, with the exception of pH with a low CV, and of sand with a medium CV. The models fitted to the experimental semivariograms of these variables were the exponential and the spherical. The range values were from 999 m to 3,690 m. For the variables pH(CaCl2), SB, and clay, there are three specific areas for land use planning. The central part of the area (zone III), where thePlintossolos Pétricos and Neossolos Flúvicos occur, is the most suitable for crops due to higher macronutrient content, organic matter and pH. Zones I and II are indicated for environmental preservation.