Amorphous hydrogenated carbon films treated by SF(6) plasma

This work was performed to verify the chemical structure, mechanical and hydrophilic properties of amorphous hydrogenated carbon films prepared by plasma enhanced chemical vapor deposition, using acetylene/argon mixture as monomer. Films were prepared in a cylindrical quartz reactor, fed by 13.56 MHz radiofrequency. The films were grown during 5 min, for power varying from 25 to 125 W at a fixed pressure of 9.5 Pa. After deposition, all samples were treated by SF(6) plasma with the aim of changing their hydrophilic character. Film chemical structure investigated by Raman spectroscopy, revealed the increase of sp(3) hybridized carbon bonds as the plasma power increases. Hardness measurements performed by the nanoindentation technique showed an improvement from 5 GPa to 14 GPa following the increase discharge power. The untreated films presented a hydrophilic character, which slightly diminished after SF(6) plasma treatment.

Plasma-deposition of Ag-containing polyethyleneoxide-like coatings

Ag-containing polyethyleneoxide (FEO)-like thin films have been deposited in Radio Frequency Glow Discharges fed with vapors of diethyleneglycol-dimethyl-ether and argon. Proper experimental conditions have been utilized in order to fragment the monomer in the glow and, at the same time, sputter Ag from the silver RF cathode of the reactor, in a way that polyethyleneoxide(PEO)-like coatings with embedded Ag clusters have been deposited at the ground electrode. The composition of the coatings has been investigated by means of different techniques; the plasma process has been investigated by means of Actinometric Optical Emission Spectroscopy. A correlation has been found between the amount of silver embedded in the coatings and that sputtered in the discharge, monitored by actinometry, that could eventually be utilized to control in situ the deposition process.

Mechanical and tribological properties of a-C:H:F Thin Films

a-C:H films were grown by plasma-enhanced chemical vapor deposition in atmospheres composed by 30 % of acetylene and 70 % of argon. Radiofrequency signal (RF) was supplied to the sample holder to generate the depositing plasmas. Deposition time and pressure were chosen 300 s and 9.5 Pa, respectively, while the excitation power changed from 5 to 125 W. The films were exposed to a post-deposition treatment during 300 s in RF-plasmas (13.56 MHz, 70 W) excited from 13.33 Pa of SF6. Raman and X-ray photoelectron spectroscopy were used to evaluate the microstructure and chemical composition of the films. The thickness was measured by perfilometry. Hardness and friction coefficient were determined from nanoindentation and risk tests, respectively. With increasing power, the film thickness reduced, but a further shrinkage occurred upon the fluorination process. After that, the molecular structure was observed to vary with deposition power. Fluorine was detected in all samples replacing H atoms. Consistently with the elevation in the proportion of C atoms with sp3 hybridization, hardness increased from 2 to 18 GPa. Friction coefficient also increased with power due to the generation of dangling bonds during the fluorination process. © 2012 Springer Science+Business Media, LLC.

Adesão bacteriana em braquetes metálicos com tratamento de superfície: estudo in vitro

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Estudo in vitro de braquetes ortodônticos: avaliação biomecânica e liberação de íons

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Influência da deposição de filmes de carbono tipo diamante na infiltração bacteriana pela interface entre implantes e pilares protéticos

Pós-graduação em Odontologia Restauradora - ICT

Avaliação das características de superfície e formação de biofilmes em materiais odontológicos tratados em plasmas de HMDSO

Pós-graduação em Reabilitação Oral - FOAR

Abutment coating with diamond-like-carbon films to reduce implant-abutment bacterial leakage

Backgroud: The influence of diamond-like-carbon (DLC) films on bacterial leakage through the interface between abutments and dental implants of external hexagon (EH) and internal hexagon (IH) was evaluated. Film deposition was performed by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). Sets of implants and abutments (N=180, n=30) were divided according to the connection design and the treatment of the abutment base: (1) no treatment (control); (2) DLC film deposition, and (3) Ag-DLC film deposition. Under sterile conditions, 1 µL of Enterococcus faecalis was inoculated inside the implants, and abutments were tightened. The sets were tested for immediate external contamination, suspended in test tubes containing sterile culture broth, and followed-up for five days. Turbidity of the broth indicated bacterial leakage. At the end of the period, the abutments were removed and the internal content of the implants was collected with paper points and plated in Petri dishes. They were incubated for 24 h for bacterial viability assessment and colony-forming unit (CFU) counting. Bacterial leakage was analyzed by Chi-square and Fisher exact tests (α=5%). The percentage of bacterial leakage was 16.09% for EH implants and 80.71% for IH implants (P<0.0001). The bacterial load was higher inside these implants (P=0.000). The type of implant significantly influenced the results (P=0.000), whereas the films did not (P=0.487). We concluded that: (1) IH implants showed a higher frequency of bacterial leakage and (2) the DLC and Ag-DLC films did not significantly reduce the frequency of bacterial leakage and bacteria load inside the implants.

Studio delle proprieta ottiche di film di silicon oxynitrides (sion) per applicazioni fotovoltaiche

Nelle celle solari HIT (Heterojunction Intrinsic Thin layer) attualmente in circolazione il materiale maggiormente utilizzato è sicuramente il silicio, per la sua buona caratteristica di assorbimento e disponibilità in natura. Tuttavia, la struttura amorfa del silicio impiegato come emettitore, limita fortemente la conducibilità e aumenta gli effetti di degradazione legati all'esposizione alla luce. In quest'ottica, nel presente lavoro di tesi, vengono analizzati sottili layers di Silicon Oxynitride ossigenato, depositati in forma nanocristallina presso l'Università di Costanza su substrati in vetro, tramite PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition). Il materiale, che non presenta i difetti intrinseci della forma amorfa, è dal punto di vista delle proprietà fisiche fondamentali ancora poco conosciuto e rappresenta una possibile alternativa agli analoghi campioni in forma amorfa. Le misure e le analisi presentate in questa tesi, svolte presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia di Bologna, sono finalizzate ad indagare le principali proprietà ottiche, quali l'energy gap e l'indice di rifrazione dei layers. I risultati ottenuti, espressi in funzione dei parametri di deposizione, mostrano che un aumento della concentrazione di ossigeno in fase di deposito implica un aumento lineare dell'ampiezza dell'energy gap e un calo dell'indice di rifrazione. Anche altri parametri come la potenza di deposito e il tempo di annealing sembrano giocare un ruolo importante sul valore dell'energy gap. I risultati appaiono inoltre essere in buon accordo con quanto ottenuto da studi precedenti su layers simili ma con una maggiore fase amorfa. In conclusione, la possibilità di regolare il valore dell'energy gap e l'indice di rifrazione in base ai parametri di deposizione, unita alle buone prerogative tipiche dei materiali cristallini, conferisce al materiale buone prospettive per applicazioni fotovoltaiche come emettitori in celle ad eterogiunzione o rivestimenti con proprietà antiriflettenti

Proprietà ottiche di film sottili a base di silicio per applicazioni fotovoltaiche

Questa tesi ha come obiettivo quello di misurare la dipendenza spettrale di alcune proprietà ottiche, come trasmittanza e riflettanza, al fine di ricavare l’energy gap di film sottili costituiti da nanocrystalline silicon oxynitride (nc-SiOxNy) per applicazioni in celle solari HIT (Heterojunction Intrinsic Thin layer). Questi campioni sono stati depositati presso l’Università di Konstanz (Germania) tramite tecnica PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition). Questo materiale risulta ancora poco conosciuto per quanto riguarda le proprietà optoelettroniche e potrebbe presentare una valida alternativa a silicio amorfo (a-Si) e ossido di silicio idrogenato amorfo (a-SiOx:H) che sono attualmente utilizzati in questo campo. Le misure sono state effettuate presso i laboratori del Dipartimento di Fisica e Astronomia, settore di Fisica della Materia, dell’Università di Bologna. I risultati ottenuti mostrano che i campioni che non hanno subito alcun trattamento termico (annealing) presentano un energy gap che cresce linearmente rispetto alla diluizione di protossido di azoto in percentuale. Nei campioni analizzati sottoposto ad annealing a 800°C si è osservato un aumento dell’Eg dopo il trattamento. Un risultato ottimale consiste in un gap energetico maggiore di quello del silicio amorfo (a-Si) e del silicio amorfo idrogenato (a-Si:H), attualmente utilizzati in questa tipologia di celle, per evitare che questo layer assorba la luce solare che deve invece essere trasmessa al silicio sottostante. Per questo motivo i valori ottenuti risultano molto promettenti per future applicazioni fotovoltaiche.

Nano-scale morphological and electrical characterization of nc-SiOxNy thin layers for photovoltaic applications

Il presente lavoro di tesi propone uno studio approfondito di proprietà morfologiche e di trasporto di carica di film sottili di SiOxNy amorfi (a-SiOxNy) e nanocristallini (nc-SiOxNy), che trovano importanti applicazioni in celle fotovoltaiche ad eterogiunzione in silicio, ad alta efficienza. Lo studio è condotto mediante caratterizzazione elettrica e morfologica attraverso tecniche di microscopia a forza atomica (AFM). Sono stati studiati campioni di a-SiOxNy cresciuti con tecnica PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), in cui è stata variata unicamente la distanza tra gli elettrodi durante la deposizione. Sono stati inoltre studiati campioni di nc-SiOxNy, cresciuti con PECVD con una differente percentuale di N2O come gas precursore e un differente tempo di annealing. In entrambi i casi si tratta di un materiale innovativo, le cui proprietà fisiche di base, nonostante le numerose applicazioni, sono ancora poco studiate. L'analisi morfologica, condotta mediante AFM e successiva analisi statistica delle immagini, ha permesso di determinare alcune proprietà morfologiche dei campioni. L’analisi statistica delle immagini è stata validata, dimostrandosi stabile e consistente per lo studio di queste strutture. Lo studio delle proprietà di trasporto è stato condotto mediante acquisizione di mappe di corrente con tecnica conductive-AFM. In questo modo si è ottenuta una mappa di conducibilità locale nanometrica, che permette di comprendere come avviene il trasporto nel materiale. L'analisi di questo materiale mediante tecniche AFM ha permesso di evidenziare che l'annealing produce nei materiali nanocristallini sia un clustering della struttura, sia un significativo aumento della conducibilità locale del materiale. Inoltre la distanza tra gli elettrodi in fase di deposizione ha un leggero effetto sulle dimensioni dei grani. È da notare inoltre che su questi campioni si sono osservate variazioni locali della conducibilità alla nanoscala. L’analisi delle proprietà dei materiali alla nanoscala ha contribuito alla comprensione più approfondita della morfologia e dei meccanismi di trasporto elettronico.

Optimization of laser-firing processes for silicon-heterojunction solar-cell back contacts

One of the key steps to achieve high efficiencies in amorphous/crystalline silicon photovoltaic structures is to design low-ohmic-resistance backcontacts with good passivation in the rear part of the cell. A well known approach to achieve this goal is to use laser-fired contact (LFC) processes in which a metal layer is fired through the dielectric to define good contacts with the semiconductor. However, and despite the fact that this approach has demonstrated to be extremely successful, there is still enough room for process improvement with an appropriate optimization. In this paper, a study focused on the optimal adjustment of the irradiation parameters to produce laser-fired contacts in a-Si:H/c-Si heterojunctionsolarcells is presented. We used samples consisting of crystalline-silicon (c-Si) wafers together with a passivation layer of intrinsic hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H(i)) deposited by plasma-enhanced chemical deposition (PECVD). Then, an aluminum layer was evaporated on both sides, the thickness of this layer varied from 0.2 to 1 μm in order to identify the optimal amount of Al required to create an appropriate contact. A q-switched Nd:YVO4laser source, λ = 532 nm, was used to locally fire the aluminum through the thin a-Si:H(i)-layers to form the LFC. The effects of laser fluences were analyzed using a comprehensive morphological and electrical characterization.

Microanalysis of epitaxially grown diamond tip array

Electron backscattering diffraction has been applied on polycrystalline diamond films grown using microwave plasma assisted chemical vapour deposition on silicon substrate, in order to provide a map of the individual diamond grains, grain boundary, and the crystal orientation of discrete crystallites. The nucleation rate and orientation are strongly affected by using a voltage bias on the substrate to influence and enhance the nucleation process, the bias enhanced nucleation process. In this work, the diamond surface is mapped using electron backscattering diffraction, then a layer of a few microns is ion milled away exposing a lower layer for analysis and so on. This then permits a three dimensions reconstruction of the film texture.

Synthesis and characterization of turbostratic carbons prepared by catalytic chemical vapour decomposition of acetylene

The turbostratic mesoporous carbon blacks were prepared by catalytic chemical vapour decomposition (CCVD) of acetylene using Ni/MgO catalysts prepared by co-precipitation. The relationship between deposition conditions and the nanostructures of resultant carbon black materials was investigated. It was found that the turbostratic and textural structures of carbon blacks are dependent on the deposition temperature and nickel catalyst loading. Higher deposition temperature increases the carbon crystallite unit volume V-nano and reduces the surface area of carbon samples. Moreover, a smaller V-nano is produced by a higher Ni loading at the same deposition temperature. In addition of the pore structure and the active metal surface area of the catalyst, the graphitic degree or electronic conductivity of the carbon support is also a key issue to the activity of the supported catalyst. V-nano is a very useful parameter to describe the effect of the crystalline structure of carbon blacks on the reactivity of carbon blacks in oxygen-carbon reaction and the catalytic activity of carbon-supported catalyst in ammonia decomposition semi-quantitatively. (C) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.