Produção e análise do desempenho óptico e elétrico de filmes finos de SnO2:F para aplicações fotovoltaicas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

Influência da desordem estrutural nas propriedades magnéticas de filmes finos de Co2FeAl

Thin films of Co2FeAl (CFA) and trilayers with CFA/M/CFA, where M is Au or Ag, produced by magnetron sputtering onto glass and oriented (MgO (100)) substrates were investigated. The structural, magnetic static and magnetic dynamics properties were analyzed by distinct experimental techniques. Through X-ray diffraction was observed an A2 phase for the samples (completely disordered), where the atoms are randomly located in the lattice. The static magnetic behavior, in some samples, reveal a plateau behavior generated by a biphasic system. The magnetoimpedance measurements were performed by varying the angle between the external magnetic field and current with respect of anisotropy direction. For this reason, the MI results show a asymmetric magnetoimpedance (AMI) behavior. For the single and trilayers samples with 500 nm-thick, the AMI effect is more evident in comparison with samples with 1000 nm-thick. Therefore, in this work was stablished a route to produce Heusler alloy samples with A2 phase in thin film geometry onto amorphous and oriented substrates, and due to structural disorder was possible to study the hysteretic and MI asymmetric effects.

Estudo da deposição de filmes finos de BaTi(1-X)Zr(X)O3 por meio de planejamento Box-Behnken

Ferroelectric ceramics with perovskite structure (ABO3) are widely used in solid state memories (FeRAM’s and DRAM's) as well as multilayered capacitors, especially as a thin films. When doped with zirconium ions, BaTiO3-based materials form a solid solution known as barium zirconate titanate (BaTi1-xZrxO3). Also called BZT, this material can undergo significant changes in their electrical properties for a small variation of zirconium content in the crystal lattice. The present work is the study of the effects of deposition parameters of BaTi0,75Zr0,25O3 thin films by spin-coating method on their morphology and physical properties, through an experimental design of the Box-Behnken type. The resin used in the process has been synthesized by the polymeric precursor method (Pechini) and subsequently split into three portions each of which has its viscosity adjusted to 10, 20 and 30 mPa∙s by means of a rotary viscometer. The resins were then deposited on Pt/Ti/SiO2/Si substrates by spin-coating method on 15 different combinations of viscosity, spin speed (3000, 5500 and 8000 rpm) and the number of deposited layers (5, 8 and 11 layers) and then calcined at 800 ° C for 1 h. The phase composition of the films was analyzed by X-ray diffraction (XRD) and indexed with the JCPDS 36-0019. Surface morphology and grain size were observed by atomic force microscopy (AFM) indicating uniform films and average grain size around 40 nm. Images of the cross section of the films were obtained by scanning electron microscopy field emission (SEM-FEG), indicating very uniform thicknesses ranging from 140-700 nm between samples. Capacitance measurements were performed at room temperature using an impedance analyzer. The films presented dielectric constant values of 55-305 at 100kHz and low dielectric loss. The design indicated no significant interaction effects between the deposition parameters on the thickness of the films. The response surface methodology enabled better observes the simultaneous effect of variables.

Modificação do eletrodo AWS E7018 com adição de filmes finos externos de PVC e Al, para soldagem de aço C-Mn

This paper suggests modifications in coating of electrodes providing an alternative for execution of welding with low hydrogen electrode AWS E7018 without having to dry it, reducing thus the cost and time of manufacturing of high resistance welds. The welds in this research were developed with basic coated electrodes (hygroscopic) – SMAW process – externally painted with aluminum spray paint for high temperatures or wrapped with thin plastic films (PVC) and aluminum foil films used commonly for food protection. The basic premise is that establishing a barrier between the atmosphere and the electrode coating could reduce the effects of high hygroscopicity presented by coatings of low hydrogen, minimizing this way the main source of supply of hydrogen to the fusion pool during welding. It is also expected that the addition of new materials from the electrode coating to the fusion pool would induce metallurgical changes in the deposited metal and, as a consequence, modifications in its mechanical properties. This research dealt with measuring the dissolved hydrogen in the deposited metal after welding with modified electrodes, evaluating the influence of these changes in the produced microstructures and in the mechanical properties of the resulting weld, and comparing the obtained results with the standard welding procedures and with the recently developed waterproof electrodes. The results obtained in most samples welded with modified electrodes showed increased mechanical resistance and increased tenacity due to the increased percentage of acicular ferrite in metal deposited without significant elevation of hardness, when compared with the traditional welding with AWS E7018 electrode and with ELBRÁS BRH4R waterproof electrode. The diffusing hydrogen measured in the modified electrodes was kept inside the parameters defined by international codes.

Modificação do eletrodo AWS E7018 com adição de filmes finos externos de PVC e Al, para soldagem de aço C-Mn

This paper suggests modifications in coating of electrodes providing an alternative for execution of welding with low hydrogen electrode AWS E7018 without having to dry it, reducing thus the cost and time of manufacturing of high resistance welds. The welds in this research were developed with basic coated electrodes (hygroscopic) – SMAW process – externally painted with aluminum spray paint for high temperatures or wrapped with thin plastic films (PVC) and aluminum foil films used commonly for food protection. The basic premise is that establishing a barrier between the atmosphere and the electrode coating could reduce the effects of high hygroscopicity presented by coatings of low hydrogen, minimizing this way the main source of supply of hydrogen to the fusion pool during welding. It is also expected that the addition of new materials from the electrode coating to the fusion pool would induce metallurgical changes in the deposited metal and, as a consequence, modifications in its mechanical properties. This research dealt with measuring the dissolved hydrogen in the deposited metal after welding with modified electrodes, evaluating the influence of these changes in the produced microstructures and in the mechanical properties of the resulting weld, and comparing the obtained results with the standard welding procedures and with the recently developed waterproof electrodes. The results obtained in most samples welded with modified electrodes showed increased mechanical resistance and increased tenacity due to the increased percentage of acicular ferrite in metal deposited without significant elevation of hardness, when compared with the traditional welding with AWS E7018 electrode and with ELBRÁS BRH4R waterproof electrode. The diffusing hydrogen measured in the modified electrodes was kept inside the parameters defined by international codes.

Caracterização microestrutural, morfológica e fotocatalítica de filmes finos de TiO2 obtidos por deposição química de organometálicos em fase vapor

Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear)

Construção de um aparato experimental para monitoramento in situ da deposição de filmes finos de titânio por magnetron sputtering

The technique of surface coating using magnetron sputtering is one of the most widely used in the surface engineering, for its versatility in obtaining different films as well as in the micro / nanometric thickness control. Among the various process parameters, those related to the active species of the plasma are of the most fundamental importance in the mechanism and kinetics of deposition. In order to identify the active species of the plasma, parameters such as gas flow, pressure and density of electric power were varied during titanium coating on glass substrate. By flowing argon gas of 10, 20, 30, 40 and 50 sccm (cubic centimeters per minute) for each gas flow a sequential scan of the electric current of 0.10, 0.20, 0.30, 0.40 , 0.50 A. The maximum value of 0.50 A was chosen based both on literature data and on limitations of the equipment. The monitoring of plasma species present during the deposition was carried out in situ by the technique of optical emission spectroscopy (OES) through the spectrometer Ocean Optics USB2000 Series. For this purpose, an apparatus was developed to adapt the OES inside the plasma reactor to stay positioned closest to the target. The radiations emitted by the species were detected by an optical fiber placed behind the glass substrate and their intensities as a function of wavelength were, displayed on a monitor screen. The acquisition time for each condition of the plain parameters was related to the minima of spectral lines intensities due to the film formed on the substrate. The intensities of different emission lines of argon and titanium were then analyzed as a function of time, to determine the active species and estimate the thickness of the deposited films. After the deposition, the coated glasses thin films were characterized by optical transmittance through an infrared laser. It was found that the thickness and deposition rate determined by in situ analysis were consistent with the results obtained by laser transmittance

Coeficientes de difusão de metais em materiais não convencionais (agarose e acetato de celulose) usados na técnica de difusão em filmes finos por gradientes de concentração

The DGT technique allows one to measure quantitatively free and labile metal species in aquatic systems. Nevertheless, for this approach, knowledge is required of the diffusion coefficients of the analytes in a diffusive layer. In this study, the diffusion coefficients of Hg(II), As(III), Mn(II), Mg(II), Cu(II), Cd(II) were determined in agarose gel and those of Ba(II), Cd(II), Cu(II), Mg(II), Mn(II) e Zn(II) in cellulose acetate membranes. These materials presented good performance and the reported results can be used as a data base for further DGT studies.

Degradação de glifosato por fotocatálise heterogênea utilizando filmes finos de TiO2 suportados em anéis de quartzo seguida de análise por cromatografia líquida com detecção por fluorescência.

2006

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 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.

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.

Estudo das propriedades magnéticas e estruturais de filmes ultrafinos de Fe, Co e Ni/Au(111) produzidos por eletrodeposição

Neste trabalho foram estudadas as propriedades magnéticas e estruturais de filmes ultrafinos de Fe, Co e Ni produzidos por eletrodeposição sobre substratos de Au(111). Os estágios iniciais de crescimento dos filmes foram estudados por técnicas de caracterização “in-situ”. Uma nova técnica de caracterização do estado magnético de filmes ultrafinos eletrodepositados (EC-AGFM) foi utilizada, mostrando-se uma poderosa ferramenta para o estudo das propriedades magnéticas dos filmes. Outras técnicas, como STM “in-situ”, PMOKE “in-situ”, EXAFS, XRD, RBS foram utilizadas. A análise dos dados revelaram resultados diferentes para os filmes de Fe e Co/Au(111), em comparação aos filmes de Ni/Au(111). Enquanto a anisotropia magnética perpendicular (PMA) foi observada para os filmes de Fe e Co/Au(111), não foi observada para os filmes de Ni/Au(111). Os resultados são interpretados em termos das contribuições para a anisotropia magnética dos filmes. No caso do níquel, a degradação de suas propriedades magnéticas são atribuídas à incorporação de hidrogênio durante a deposição. Os resultados das análises magnética e estrutural são correlacionados a fim de compreender o comportamento das propriedades observadas. Os resultados são comparados aos obtidos por técnicas em vácuo.