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Estudo dos mecanismos de cristalização em semicondutores amorfos
Período: 01/04/2007 - 30/03/2009
Este Projeto de Pesquisa teve por objetivo o estudo dos mecanismos de cristalização de semicondutores amorfos. Para tanto, filmes à base de Si e de Ge, foram preparados pela técnica de sputtering de rádio frequência sob diferentes condições experimentais: dopados com diferentes espécies metálicas (Ni, Fe, Mn, etc.) e/ou sob diferentes concentrações atômicas; com diferentes espessuras e/ou geometrias; etc. Uma vez preparados, a cristalização dos filmes ocorreu: sob a influência de tratamentos térmicos; induzida pela presença de espécies metálicas (fenômeno denominado metal-induced crystallization- MIC); devido à incidência de radiação laser (laser-induced crystallization- LIC); sob a aplicação de potenciais elétricos; ou devido à ação de deformações mecânicas externas ou pressão, por exemplo. Com o intuito de realizar um estudo detalhado dos mecanismos microscópicos de cristalização, as amostras foram investigadas utilizando diferentes técnicas experimentais: espalhamento Raman, espectroscopia óptica (transmissão nas regiões UV-VIS e IR, fotoluminescência, etc.), técnicas de microscopia (óptica, eletrônica e de força atômica), análise por feixe de íons (Rutherford backscattering- RBS), etc. Por fim, e a partir de uma abordagem original e sistemática, conseguimos explorar com relativo detalhe alguns dos principais fenômenos que regem, sob o ponto de vista microscópico, a cristalização de alguns filmes semicondutores amorfos – um tema de grande interesse atual, tanto sob o ponto de vista acadêmico quanto tecnológico.
Coordenador(es): Antonio Ricardo Zanatta
Financiador(es): FAPESP- Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo
Pesquisa e desenvolvimento de novos materiais de interesse em nanotecnologia: aplicações na indústria (micro-)eletrônica e metal-mecânica
Período: 01/06/2006 - 31/05/2010
Este projeto se propõe a estudar, experimental e teoricamente, as propriedades ópticas, elétricas, estruturais, e mecânicas de filmes finos e de nano-estruturados, depositados por feixe iônico (Dual Ion Beam Assisted Deposition, DIBAD), pulverização catódica (sputtering), descarga de arcos, assim como metais implantados pela técnica de plasma pulsado. Serão estudadas ligas de CN, SiN, AlN, TiN, e aços para aplicações na indústria metal-mecânica, materiais luminescentes (a-Si:H, a-SiN, a-GeN, a-TiN, a-GaAs(N), etc.) dopados com íons terra-rara, bem como filmes duros para aplicações em recobrimentos protetores.
Visando um entendimento global das propriedades ópticas, eletrônicas e estruturais destes compostos, aprofundaremos nossas investigações teóricas e experimentais, mediante a utilização de diferentes e variadas abordagens: (1) espectroscopia de fotoelétrons nas energias de camadas profundas e de valência (XPS e UPS), a fim de explorar as propriedades eletrônicas-estruturais; (2) microscopia eletrônica (TEM, SEM) e de força atômica com o intuito de entender aspectos morfológicos; (3) estudo das propriedades de emissão por efeito de campo de nanotubos de carbono puro e dopados com nitrogênio; (4) estudo das propriedades estruturais por difração de raios-x para determinação estrutural e eventual surgimento de fases; etc. Finalmente, continuaremos aprofundando as pesquisas do stress gerado nos filmes durante o crescimento, bem como o estudo de suas propriedades elásticas. Na área teórica, faremos cálculos a partir de primeiros princípios semi-empíricos para poder entender nossos resultados e assim projetar novos materiais.
Estes objetivos estão ligados à tradição científica do nosso grupo de pesquisas e irão fortalecer a formação de estudantes nos níveis de Iniciação Científica, Mestrado e Doutorado. Pretende-se também neste projeto atualizar parte dos equipamentos assim como renovar e adquirir novo instrumental e continuar incrementando nosso relacionamento com a indústria local para transferência de conhecimentos.
Coordenador(es): F Alvarez - Coordenador / A R Zanatta - Integrante
Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica (CePOF- USP)
Período: 01/10/2000 - 30/09/2008
Description and Characteristics of the Center:
I. The Center acts in the field of Optics. It engages in three principal activities: a broadly based multi-disciplinary research program in optical physics, materials, instrumentation and applications, education and science diffusion programs involving out-reach to students of high-school age and to adults, and an industrial associates program, where the partnership with small high-tech industries in optics allows research results to be incorporated into their products. The Center has a well-established optics shop that helps to support all these activities.
II. Research Activities: The Center conducts research on the nature of light-matter interactions along three distinct axes: (1) basic research at the atomic scale, investigating the physics of dilute Bose-condensed gases and atom-atom interactions in the presence of optical fields, (2) materials and instrumentation research, emphasizing those properties of materials significant for the development of new optics instrumentation, and (3) development and application of optical solutions to problems in a wider social and economic context such as medicine, dentistry, ophthalmology and agriculture. Most of the research programs developed at the Center are multi-disciplinary and involves different fields of knowledge such as chemistry, mechanical and electrical engineering, biology and others.
III. Knowledge Transfer: One of the important characteristics of the Center is to spread information in the field of Optics. In order to accomplish this goal, two programs are developed:
a) Education and Science Diffusion: Activities involving out-reach to students of high-school age and to adults have already been developed in an ad hoc way during the past three years. Six independent, but complementary programs are directed to education and diffusion of science, mainly in the field of Optics. These programs are: a) Semóptica (a week on optics), b) science diffusion through video production and the use of local public TV, c) high-school propagator program, d) library of optics in cyberspace, e) training in optical microscope maintenance for technicians and f) scientific initiation for undergraduate students.
b) Industrial Associates Program: The Optics group has already a tradition in the association with high-tech industries. Their participation at the Center is planned to take place in three different stages: a) exploratory research, where members of the center will do research in partnership with the industry, aiming to solve some industrial problem they have or to verify the viability for the development of new techniques and products, b) prototype and instrumentation development, where the development of an instrument prototype is sought, and c) commercialization, where projects developed in association with industries and already being commercialized, will have a continuous up-grading.
Coordenador(es): V S Bagnato - Coordenador / A R Zanatta - Integrante
Propriedades opto-eletrônicas de filmes finos
Período: 01/09/2000 - 31/08/2002
Este projeto de pesquisa teve como objetivo principal o estudo de novos compostos semicondutores emissores de luz. Os semicondutores de trabalho tiveram por base compostos de Si: amorfo, micro-cristalino, sob a forma de ligas de N e, dopados com íons terras-raras (Er3+, Nd3+, Pr3+, Tm3+, etc.). Em termos práticos, o estudo dos referidos compostos apresenta um grande apelo tecnológico no que diz respeito à obtenção de dispositivos emissores de luz operando a diferentes comprimentos de onda. Levando-se em conta a complexidade dos fenômenos físico-químicos existentes nestes compostos, vários tipos de caracterização fazem-se necessários. Dentre eles e, em função de nossos objetivos finais (construção de um dispositivo eletro-óptico simples tal como um LED, por exemplo), diferentes técnicas espectroscópicas serão utilizadas. Dentre estas técnicas merecem destaque as de: espectroscopia óptica [absorção nas regiões do UV-VIS-IR, espalhamento Raman, foto-luminescência), microscopias eletrônica e de força atômica, ressonância magnética, espectroscopia de foto-elétrons (XPS e Auger), RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry), NRA (Nuclear Reaction Analysis)], etc., e devem ser amplamente utilizadas durante o desenvolvimento deste programa.
Espectroscopia óptica de íons terras-rara em matrizes desordenadas
Período: 01/04/1998 - 30/09/1999
Através do presente projeto, várias técnicas de espectroscopia óptica foram empregadas para o estudo de matrizes desordenadas contendo íons terra-rara. Dentre as técnicas utilizadas destacamos: foto-luminescência (convencional, ressonante, em função da temperatura, em função do tempo); espalhamento Raman e absorção óptica nas regiões do infra-vermelho e visível, entre outras. Como matrizes foram utilizados vidros à base de metais pesados e filmes finos de silício amorfo hidrogenado (a-Si:H e ligas correlatas). Em um primeiro momento foram investigados sistemas contendo os íons terra-rara Er3+ e Er3+ em conjunto com Yb3+. Além do entendimento e controle sobre muitas das propriedades destes compostos, foi possível confeccionar o protótipo de um dispositivo eletroluminescente.