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Agradecimentos: The authors thank the Center of Semiconductors Components and Nanotechnologies (CCS Nano) from the University of Campinas (UNICAMP) for clean room facilities, the Carbon Sci Tech Labs of UNICAMP for the Raman spectrometer, as well as Professor Thiago Alegre and Professor Gustavo Wiederhecker for the experimental support by providing the power meter. This work was financially supported by the Brazilian Funding Agencies Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP—Grant No. 2018/02598-4), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes, Grant No. 1391856), and Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, CNPq Abstract: Strain engineering is a key technology to continue Moore's law with silicon or any other foreseen semiconductor in very large scale integration. The characterization of strain in nanostructures is important to determine the potential of these technologies, and it is typically performed using micro-Raman when investigating strained silicon. Here, we report on the Raman shift-stress behavior from the (001) silicon surface of highly strained ultra-thin (15nm-thick) suspended nanowires with stresses in the range of 0-6.3GPa along the [110] direction. We employ a strain technology that offers a precise control of stress values at large sampling while reducing variability. The stress level of the nanostructures has been accurately evaluated by the finite element method simulations and further correlated to the Raman spectra. For stresses below 4.5GPa, the aforementioned behavior was linear and the extracted stress shift coefficient was in agreement with those reported in the literature. For stresses greater than 4.5GPa, we show that the Raman shift-stress behavior resembles a quadratic function Resumo: FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ Aberto

Agradecimentos: This work is supported by grant # / processo nr. 2016/09509-1, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Abstract: In this work we present a comparative study of two processes for the fabrication of an array of microchannels for microfluidics applications, based on integrated-circuit technology process steps, such as lithography and dry etching. Two different methods were investigated in order to study the resulting microstructures: wet and dry deep etching of silicon substrate. The typical etching depth necessary to the target application is 50 mu m FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP Fechado

Agradecimentos: The authors are grateful to EMPA staff for experimental support. The work was financially supported in part by the Brazilian funding agency Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico (CNPq) through the internship program Science without Borders (process no. 200864/2015-7), the COST Action Celina CM1301, and the Swiss State Secretariat for Education, Research and Innovation SERI (project number C14.0087) Abstract: Non-noble metals, such as Cu and Co, as well as noble metals, such as Au, can be used in a number modern technological applications, which include advanced scanning-probe systems, magnetic memory and storage, ferroelectric tunnel junction memristors, metal interconnects for high performance integrated circuits in microelectronics and nano-optics applications, especially in the areas of plasmonics and metamaterials. Focused-electron-beam-induced deposition (FEBID) is a maskless direct-write tool capable of defining 3-dimensional metal deposits at nanometre scale for above applications. However, codeposition of organic ligands when using organometallic precursors is a typical problem that limits FEBID of pure metal nanostructures. In this work, we present a comparative study using a post-growth annealing protocol at 100, 200, and 300 degrees C under high vacuum on deposits obtained from Co-2(CO)(8), Cu(II)(hfac)(2), and Me2Au(acac) to study improvements on composition and electrical conductivity. Although the as-deposited material was similar for all precursors, metal grains embedded in a carbonaceous matrix, the post-growth annealing results differed. Cu-containing deposits showed the formation of pure Cu nanocrystals at the outer surface of the initial deposit for temperatures above 100 degrees C, due to the migration of Cu atoms from the carbonaceous matrix containing carbon, oxygen, and fluorine atoms. The average size of the Cu crystals doubles between 100 and 300 degrees C of annealing temperature, while the composition remains constant. In contrast, for Co-containing deposits oxygen release was observed upon annealing, while the carbon content remained approximately constant; the cobalt atoms coalesced to form a metallic film. The as-deposited Au-containing material shows subnanometric grains that coalesce at 100 degrees C, maintaining the same average size at annealing temperatures up to 300 degrees C. Raman analysis suggests that the amorphous carbonaceous matrix of the as-written Co, Cu and Au deposits turned into nanocrystalline graphite with comparable crystal sizes of 12-14 nm at 300 degrees C annealing temperature. However, we observed a more effective formation of graphite clusters in Co- than in Cu- and Au-containing deposits. The graphitisation has a minor influence on the electrical conductivity improvements of Co-C deposits, which is attributed to the high as-deposited Co content and the related metal grain percolation. On the contrary, electrical conductivity improvements by factors of 30 and 12 for, respectively, Cu-C and Au-C deposits with low metal content are mainly attributed to the graphitisation. This relatively simple vacuum-based post-growth annealing protocol may be useful for other precursors as it proved to be efficient in reliably tuning the electrical properties of as-deposited FEBID materials. Finally, a H-2-assisted gold purification protocol is demonstrated at temperatures around 300 degrees C by fully removing the carbon matrix and drastically reducing the electrical resistance of the deposit CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ Aberto

Agradecimentos: The authors are grateful to LMBT/IFGW/UNICAMP and EMPA staff for experimental support. The work was financially supported in part by the Brazilian funding agency Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) through the internship program Science without Borders (process no. 200864/2015–7), the COST Action Celina CM1301, and the Swiss State Secretariat for Education, Research and Innovation SERI (project number C14.0087) Abstract: An effective postgrowth electrical tuning, via an oxygen releasing method, to enhance the content of non-noble metals in deposits directly written with gas-assisted focused-electron-beam-induced deposition (FebID) is presented. It represents a novel and reproducible method for improving the electrical transport properties of Co-C deposits. The metal content and electrical properties of Co-C-O nanodeposits obtained by electron-induced dissociation of volatile Co-2(CO)(8) precursor adsorbate molecules were reproducibly tuned by applying postgrowth annealing processes at 100 degrees C, 200 degrees C, and 300 degrees C under high-vacuum for 10 min. Advanced thin film EDX analysis showed that during the annealing process predominantly oxygen is released from the Co-C-O deposits, yielding an atomic ratio of Co:C:O = 100:16:1 (85:14:1) with respect to the atomic composition of as written Co:C:O = 100:21:28 (67:14:19). In-depth Raman analysis suggests that the amorphous carbon contained in the as-written deposit turns into graphite nanocrystals with size of about 22.4 nm with annealing temperature. Remarkably, these microstructural changes allow for tuning of the electrical resistivity of the deposits over 3 orders of magnitude from 26 m Omega cm down to 26 mu Omega cm, achieving a residual resistivity of rho(2K)/rho(300 K) = 0.56, close to the value of 0.53 for pure Co films with similar dimensions, making it especially interesting and advantageous over the numerous works already published for applications such as advanced scanning-probe systems, magnetic memory, storage, and ferroelectric tunnel junction memristors, as the graphitic matrix protects the cobalt from being oxidized under an ambient atmosphere CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ Fechado

Agradecimentos: The authors would like to thank CCS/UNICAMP and LMBT/IFGW/UNICAMP staff for device processing and characterization. The work was supported by the Brazilian funding agencies FAPESP, CNPq and CAPES Abstract: The growing interest in magnetic nanowires (NWs) is connected to possibility of employing them for advanced applications in wide technological fields, such as data storage and biotechnology. In addition, NWs can be used as sensor devices for several applications, since they present high sensitivity to their environment. One of the major challenges when dealing with transport measurements in NWs is to trap them between electrodes, which allows electrical characterization and therefore fabrication of nanowire-based devices. Electrically neutral NWs can be deposited by dielectrophoresis (DEP) method, which requires the application of an alternating electric field between electrodes. In this work, Ni nanowires (NiNWs) fabricated by electrodeposition technique and properly dispersed in a dimethylformalmide (DMF) solution were deposited on top of Pt electrodes using the DEP method. The deposited NiNWs exhibit initially a Schottky-like current versus voltage behavior due to the high contact resistance between NiNW and electrode. Its reduction down to three orders of magnitude, reaching value less than the NiNW resistance, was achieved by depositing an ion beam-assisted 10 nm-thick Pt layer over the NWs extremities. Therefore, this method presents a suitable process of NWs deposition and electrical characterization. This can be used for investigation of electrical transport properties of individual NWs and fabrication of NWs-based devices, such as sensors and field-effect transistors. Especially for ferromagnetic NWs, one can use the present method for fabrication of magnetic field-effect transistors (MagFET) CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES Aberto

Agradecimentos: The authors would like to thank CCS/UNICAMP and LMBT/IFGW/UNICAMP staff for device processing and characterization. The work was supported by the Brazilian funding agencies Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) and Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Abstract: Nanowires (NW) have received much attention due to their high aspect ratio, shape anisotropy, relatively large surface area and particular electron transport properties. In addition, since NW present low current levels and high sensitivity, they can be used as sensor devices for several applications. One of the major challenges when dealing with transport measurements in NW is to trap them between electrodes, which allow electrical characterization and therefore fabrication of nanowire-based devices. Electrically neutral NW can be deposited by dielectrophoresis (DEP) method, which requires the application of an alternating electric field between electrodes. In this work, properly dispersed Ni nanowires (NiNW) (length = 4+/-1 mu m, diameter = 35+/-5 nm) were deposited on top of Pt electrodes using the DEP method. The effects of electrodes geometry and electric field frequency on DEP efficiency were evaluated. For optimized DEP parameters, the process efficiency is up to 85%. The deposited NiNW exhibit a Schottky-like current versus voltage behavior due to the high contact resistance between NiNW and electrode. Its reduction down to two orders of magnitude, reaching value less than the NiNW resistance (similar to 6k Omega), was achieved by depositing a 10 nm-thick Pt layer over the NW extremities. Therefore, this method presents a selection of adequate electrical DEP parameters and electrode geometry, making it a suitable process of NW deposition and electrical characterization. This can be used for investigation of electrical transport properties of individual NW and fabrication of NW-based devices, like sensors and field effect transistors FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES Fechado

Effects of annealing time on memory characteristics of Ge nanoparticles (NPs) as floating gate of metal-oxide-semiconductor (MOS) structure are investigated in this work. First, Ge NPs at 8.5 nm-near to Si/SiO 2 interface were obtained by Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD). The morphology and dimension of these NPs was estimated by the statistic treatment of Atomic Force Microscopy images, which exhibited an homogeneous distribution of NPs over SiO 2 , with a main diameter of (6.72±1.97) nm and NPs-density of 1.5×10 12 cm -2 . For the characterization of memory properties, high-frequency Capacitive-Voltage measurements as function of annealing time were performed on the MOS structure containing these Ge NPs. The results showed a memory window of 11.92 V with an electrical charge storage density of 6.61×10 12 cm -2 . The Current-Voltage measurement showed a Fowler-Nordheim tunneling as the conduction mechanism of our device COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES Fechado

Agradecimentos: We acknowledge and thank the reviewers comments that have contributed for the improvement of the paper presentation. The researches on THz materials, filters and detectors have been developed within a cooperation between the Center for Semiconductor Components of Campinas State University, Campinas, SP, Brazil, the "Bernard Lyot" Solar Observatory, Campinas, SP, Brazil, the Center for Radio Astronomy and Astrophysics, Engineering School, Mackenzie Presbyterian University, São Paulo, SP, Brazil, the Complejo Astronomico El Leoncito, Argentina, funded by Brazilian agencies FAPESP, CNPq INCT-NAMITEC, CNPq, and Mackpesquisa, and Argentina agency CONICET. The SOLAR-T THz dual photometers experiment is being funded by FAPESP Abstract: Solar observations at sub-THz frequencies detected a new flare spectral component peaking in the THz range, simultaneously with the well known microwaves component, bringing challenging constraints for interpretation. Higher THz frequencies observations are needed to understand the nature of the mechanisms occurring in flares. A THz photometer system was developed to observe outside the terrestrial atmosphere on stratospheric balloons or satellites, or at exceptionally transparent ground stations. The telescope was designed to observe the whole solar disk detecting small relative changes in input temperature caused by flares at localized positions. A Golay cell detector is preceded by low-pass filters to suppress visible and near IR radiation, a band-pass filter, and a chopper. A prototype was assembled to demonstrate the new concept and the system performance. It can detect temperature variations smaller than 1 K for data sampled at a rate of 10/s, smoothed for intervals larger than 4 s. For a 76 mm aperture, this corresponds to small solar burst intensities at THz frequencies. A system with 3 and 7 THz photometers is being built for solar flare observations on board of stratospheric balloon missions FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ Aberto

Orientador: José Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento do processo de obtenção de nanofios de silício (SiNW) para aplicações em dispositivos MOS tridimensionais utilizando as técnicas de Feixe Íons Focalizados com íons de Gálio (GaFIB) e Litografia por Feixe de Elétrons (EBL). O processo completo de fabricação foi desenvolvido para a obtenção de transistores sem junção baseados em nanofios (junctionless nanowire transistors, JNT), escolhidos devido à facilidade de processamento ¿ comparativamente a outros dispositivos, como FinFETs ¿ e à ausência de efeitos de canal curto e perfuração MOS (punchthrough). Lâminas de tecnologia SOI (Silicon on Insulator) foram utilizadas como substrato. GaFIB/SEM ¿ um sistema de duplo feixe acoplado a um microscópio eletrônico de varredura -, com resolução nominal de feixe iônico de 20 nm, foi utilizado para a definição dos nanofios de silício com dopagem local por íons de Gálio (p+ - SiNW) e deposição de dielétrico de porta de SiO2 e eletrodos de fonte, dreno e porta de Platina. Para deposição dos eletrodos metálicos e do dielétrico de porta foi utilizado feixe de elétrons disponível no SEM de modo a evitar implantação iônica extra e evitar o processo de sputtering dos nanofios de silício. As dimensões do comprimento (LFin) e altura (HFin) do nanofio, comprimento (LPorta) e largura (WPorta) da porta foram, respectivamente, 6 ?m, 15 nm, 1 ?m e 35 nm. O estudo da condução de corrente elétrica no p+-SiNW foi feito por medidas elétricas em dispositivos pseudo-MOS utilizando o dióxido de silício enterrado (BOX) da lâmina SOI como dielétrico de porta para controlar a corrente através do p+-SiNW. Curvas de corrente entre fonte e dreno (IDS) versus tensão entre a porta das costas da lâmina e fonte (VBGS) indicam regime de acumulação para o p+-SiNW. Curvas IDS versus VDS indicam que o dispositivo JNT opera como um resistor controlado pela porta. Por outro lado, a técnica EBL ¿ com resolução nominal do feixe eletrônico 2 nm ¿ foi utilizada para a fabricação de dispositivos JNT do tipo nMOS - com dopagem de Arsênio (n+-SiNW) por implantação iônica -, juntamente com o sistema de deposição a partir de fase química, ECR-CVV (Electron Cyclotron Ressonance) para a definição dos nanofios utilizando o sistema de corrosão por plasma RF e formação de dielétrico de porta. Eletrodos de fonte, dreno e porta de Titânio e Alumínio foram depositados pela técnica de sputtering. As dimensões de largura (W) e comprimento (L), assim como o número de nanofios dos transistores foram variados para permitir uma excursão de até 3 ordens de grandeza da corrente elétrica do dispositivo. As dimensões mínimas obtidas para o comprimento (LFin) e altura (HFin) do nanofio, comprimento (LPorta) e largura (WPorta) da porta foram, respectivamente, 10 ?m, 15 nm, 100 nm e 50 nm O tempo médio para fabricação de um dispositivo JNT utilizando o sistema FIB é de aproxi-madamente 2 dias e seu custo médio é estimado em US$ 4,000.00. Por outro lado, a fabricação do dispositivo utilizando a técnica EBL demanda maior tempo ¿ aproximadamente 10 dias ¿, contudo custando menos de uma ordem de grandeza do valor do FIB (aproximadamente US$ 150.00). Os resultados obtidos revelam que os métodos desenvolvidos nos sistemas FIB e EBL para fa-bricação de nanofios de silício para aplicações em nanoeletrônica são inovadores no Brasil e permitem avanços consistentes em nanofabricação. Esses processos, já calibrados, contribuirão para o desenvolvimento de novos processos, como, por exemplo, transistores do tipo FinFET ou dispositivos baseados em nanofios Abstract: This work presents the development for obtaining silicon nanowires (SiNW) for applications in 3D MOS devices using Focused Ion Beam with gallium ions (GaFIB) and Electron Beam Lithography (EBL) techniques. The complete fabrication process was developed for obtaining junctionless nanowire-based transistors, chosen due to the simplicity of processing and to the absence of short channel and punchthrough effects. Silicon on Insulator (SOI) wafers were used as substrate. GaFIB/SEM - a dual beam system coupled to a scanning electron microscope -, with nominal resolution for the ionic beam of 20 nm, was used to define silicon nanowires and dope them locally by gallium ions (p+-SiNW), in addition to deposit SiO2 dielectric gate and Pt source, drain and gate electrodes. Metal electrodes and gate dielectric deposition were taken place with the electron beam available in the SEM to avoid extra ion implantation and prevent sputtering process of silicon nanowires. The dimensions obtained for the nanowire length (LFin) and high (HFin), gate length (LGate) and width (WGate) were, respectively, 6 ?m, 15 nm, 1 ?m e 35 nm. The study of the driving electric current through p+-SiNW was achieved by electrical measurements in the pseudo-MOS devices using the buried silicon dioxide (BOX) of the SOI wafer as gate dielectric to control the current through the p+-SiNW. Electrical current between source and drain (IDS) versus gate voltage between the back-gate and source (VBGS) curves indicate accumulation regime for the p+-SiNW. IDS versus VDS curves indicate that the JNT device operates as a gated resistor gate. Still, the EBL technique ¿ with nominal resolution for the electronic beam of 2 nm ¿ was used to fabricate nMOS JNT devices - with arsenic dopant (n+-SiNW) - along with ECR-CVC (Electron Cyclotron Resonance) chemical phase deposition plasma system, for defining the nanowires using RF plasma etching and formation of the gate dielectric. Titanium and aluminum source, drain and gate electrodes were deposited by sputtering. The dimensions of width (W) and length (L), as well as the number of nanowire transistors were varied to allow a range of up to 3 orders of the electrical current magnitude through the device. The minimum dimensions obtained for the nanowire length (LFin) and high (HFin), gate length (LGate) and width (WGate) were, respectively, 10 ?m, 15 nm, 100 nm e 50 nm. The average time for the fabrication of one single JNT device using FIB system is 2 days, with the average cost of US$ 4,000.00. Still, the device fabrication using EBL technique is longer ¿ approximately 10 days ¿, however it costs less than one order of magnitude compared to FIB (approximately US$ 150.00). These results show that the methods developed for FIB and EBL systems for fabrication of silicon nanowires for applications in nanoelectronics are innovative in Brazil and allow consistent advances in nanofabrication. These processes, now calibrated, will contribute to the development of new processes, for example, FinFET transistors based on nanowires Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação Resumo: Este trabalho descreve a obtenção e a caracterização de filmes finos e ultra-finos de oxinitreto de silício (SiOxNy)através de implantação de íons moleculares de nitrogênio (N2+) com baixa energia em substrato de silício com posterior oxidação térmica. Os filmes foram caracterizados por elipsometria (espessura), por espectrometria de absorção do infta-vermelho (FTIR) (ligações químicas) e por espectrometria de massa do íon secundário (SIMS) (distribuição de nitrogênio). Estes filmes foram utilizados como isolantes de porta de transistores nMOSFETs e capacitores MOS. Caracteristicas elétricas como mobilidade entre 390 cm ² /Vs a 530 cm²/vs, e inclinação (slope) na região de sub-limiar entre 7OmV/dec e 15OmV/dec foram obtidas nos nMOSFETs. Nos capacitores MOS foram feitas medidas de capacitância x tensão (C-V) (espessura) e de corrente x tensão (corrente de fuga). Através das curvas C-v foram obtidas espessuras equivalentes (EOT) entre 2.9nm e 15.7nm. Os filmes de oxinitreto com EOT entre 2.9 cm 4.3 cm apresentaram densidades de corrente de fuga entre 4.5mA/cm² e 50nA/cm² Abstract: This work describes the formation and the characterization of ultra-thin and thin silicon oxynitride (SiOxNy)films by low-energy molecular nitrogen (N21 into silicon substrate prior to thermal oxidation. The films were characterized by ellipsometry (thiclmess), infta-red absorption spectrometry (FTIR) (chemical bonds) and secondary ion mass spectrometry (SIMS) (nitrogen distribution). These films have been used as gate insulators in nMOSFETs and MOS capacitors. NMOSFET electrical characteristics, such as field effect mobility between 390 cm²/Vs and 530 cm² /Vs, and sub-threshold slope between 70 mV/decade and 150 mV/decade, were obtained. MOS capacitors were used to obtain capacitance-voltage (C-V) and current-voltage (I-V) measurements. The Equivalent Oxide Thickness (EOT) ofthe films were obtained ftom C-V curves, resulting in values between 2.9nm and 15.7nm. SiOxNygate insulators with EOT between 2.9nm and 4.3nm have presented gate leakage current densities between 4,5mA/cm² and 50nA/cm² Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: José Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O objetivo desse trabalho é a obtenção de filmes ultrafinos de nitreto de titânio (TiN), com espessuras inferiores a 10 nm, e sua utilização na fabricação de dispositivos planares, na estrutura de capacitores e na porta de transistores CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), como também na tecnologia 3D (3 Dimensões) com FinFETs (Fin Field-Effect Transistors). Esse filme é fabricado por um método alternativo, através da evaporação de camadas nanométricas (1 nm e 2 nm) de Ti por feixe de elétrons seguida por nitretação por plasma ECR (Electron Cyclotron Resonance) de nitrogênio (N2). O TiN é utilizado como metal refratário na elaboração de três diferentes eletrodos de porta: Poli-Si n+/TiN, NiSi/TiN e Al/TiN... O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: The objective of this work is to obtain ultrathin titanium nitride (TiN) films with thicknesses lower than 10 nm and their use in the manufacture of planar devices, capacitor structures and the Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS), as well as 3D (3 Dimensions) technology with FinFETs (Fin Field-Effect Transistors). This film is manufactured by an alternative method, through the evaporation of nanometric layers (1 nm and 2 nm) of Ti by electron beam followed by Electron Cyclotron Resonance (ECR) plasma nitriding of Nitrogen (N2). TiN is used as a refractory metal in the elaboration of three different gate electrodes: Poly-Si n + / TiN, NiSi / TiN and Al / TiN... The abstract is available with the full electronic document Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica CAPES

Orientador: Jose Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Neste trabalho, filmes finos de nitreto (SixNy), oxido (SiOx) e oxinitreto (SiOxNy) de silicio sobre substrato de silicio, obtidos através da deposição química a partir da fase vapor auxiliada por plasma remoto (RPCVD), foram caracterizados e estudados para aplicações em micromáquinas (micromachining) ou sistemas micro-eletro-mecanico (MEMS). Os filmes de nitreto de silicio (SixNy) foram obtidos para aplicação em estruturas suspensas (pontes e membranas) e como mascara de proteção de dispositivos MOS para remoção do substrato, utilizando os processos de corrosão úmida do substrato de silicio pelas faces superior (front-side bulk micromachining) e inferior (back-side bulk micromachining), respectivamente. Os filmes de oxido de silicio (SiOx) foram aplicados como camada sacrificial em processos de obtenção de estruturas suspensas empregando a técnica de remoção de camadas sacrificiais na superfície (surface micromachining). Os filmes de oxinitreto de silicio (SiOxNy) foram obtidos como filmes alternativos para aplicação em estruturas suspensas (pontes e membranas), utilizando os processos de corrosão úmida do substrato de silicio pela face superior (front-side bulk micromachining). A fabricação destas estruturas e primordial para o desenvolvimento de micro-sensores e micro-atuadores. Neste trabalho foram revisadas as técnicas de processamento CVD (Chemical Vapor Deposition), apresentando a justificativa da escolha do reator ECR (Electron Cyclotron Resonance), que utiliza a tecnologia CVD com Plasma Remoto (RPCVD) para as deposições Abstract: In this work, silicon nitride (SixNy), oxide (SiOx) and oxynitride (SiOxNy) thin films obtained by remote plasma chemical vapor deposition (RPCVD) on silicon substrate were studied and characterized for micromachining or micro electro-mechanical system (MEMS) applications. Silicon nitride films (SixNy) were used in suspended structures (membranes and bridges) and as MOS device protection mask against wet substrate etching, obtained by wet substrate etching processes using the front-side and back-side bulk micromachining techniques, respectively. Silicon oxide films (SiOx) were employed as sacrificial layers to obtain suspended surface structures using the surface micromachining technique. Silicon oxynitride (SiOxNy) films were used as alternative films in suspended structures (membranes and bridges), using the front-side bulk micromachining technique. The fabrication of these structures is primordial for the micro sensor and actuator development. In these work, CVD (Chemical Vapor Deposition) techniques are revised, presenting the choice justification of ECR (Electron Cyclotron Resonance) reactor, which uses RPCVD technology for the depositions Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Mestrado Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Alexandre Diniz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Atualmente para atender à necessidade de fabricação dos sensores, dispositivos eletrônicos e circuitos integrados com dimensões micro e nanométricas, novos processo de custos e de thermal budgets reduzidos são necessários. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de alguns destes novos processos alternativos para aplicação nesta fabricação. O trabalho está dividido em quatro partes: a primeira parte apresenta a obtenção e a caracterização de filmes isolantes de nitreto de silício para aplicação em microsensores, tais como o sensor de pressão. Estes filmes foram obtidos sobre substratos de Si em baixa temperatura (20°C) utilizando-se um reator de plasma do tipo ECRCVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Vapor Deposition). Normalmente reatores do tipo Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) ou Plasma Enhanced - CVD (PECVD) em temperaturas maiores que 600ºC e 250ºC, respectivamente, são utilizados para essa aplicação. A caracterização dos plasmas ECR, que foram usados para as deposições dos nitretos, e a fabricação de membranas suspensas com estes filmes são apresentadas. A segunda parte apresenta a fabricação e a caracterização de diodos p+-n fabricados em camada de SiGe crescida por LPCVD sobre substrato de Si. Processo este alternativo em substituição aos executados em reatores epitaxiais de alto custo. Na terceira parte deste trabalho, é apresentado o desenvolvimento de processos em baixa temperatura para aplicação em diodos e tecnologia MOS (Metal-Oxide-Semiconductor). São apresentadas a fabricação e a caracterização elétrica dos capacitores MOS, utilizando as tecnologias ALD (Atomic Layer Deposition) e ICP (Inductively Coupled Plasma) para a obtenção em baixa temperatura dos dielétricos high-k de Al2O3 e SiON de porta MOS, respectivamente. Na quarta parte, são apresentadas também, a fabricação e a caracterização elétrica de diodos n+p utilizando a tecnologia de recozimento a laser. O desenvolvimento de capacitores MOS e diodos possibilitou a fabricação (usando processos em baixa temperatura (?400oC)) de n- e p-MISFETs (Metal- Insulator-Semiconductor Field Effect Transistors), como também a fabricação de um protótipo de transistor MOS de alta velocidade baseado em silício germânio chamado D-DotFET (Disposable Dot Field Effect Transistor). Os processos alternativos desenvolvidos nesta tese apresentam um enorme potencial para aplicação nas próximas gerações de dispositivos CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) de dimensões sub-22 nm Abstract: Nowadays, to attend the needs of the fabrication of sensors, electronic devices and integrated circuits with dimensions of micro and nanometrics, new processes of reduced costs and thermal budgets are needed. This work presents the development of some of these alternative processes for this fabrication. This work is divided in four parts: the first part presents the synthesis and characterization of insulating films of silicon nitride for application in microsensors, such as pressure sensors. These films were deposited on Si substrates at low temperature (20°C) using an ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Vapor Deposition) plasma reactor. Normally, Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) or Plasma Enhanced CVD - (PECVD) reactors are used for this application with high temperature process higher than 600oC and 250oC, respectively. The characterization of ECR plasmas, which were used to get the silicon nitrides, and the fabrication of suspended membranes based on these nitrides are presented. The second part presents the fabrication and the characterization of p+-n silicon germanium (SiGe) diodes fabricated on SiGe layers, which were grown by LPCVD on Si substrate. The grown of SiGe layers by LPCVD is an alternative process to replace the high cost of epitaxial reactors. In the third part of this work is presented the development of low-temperature processes for application in diodes and MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) technology. The fabrication at low temperature and electrical characterization of MOS capacitors, using technologies as: ALD (Atomic Layer Deposition) and ICP (Inductively Coupled Plasma) to get the Al2O3 and SiON high-k gate dielectrics of MOS capacitors are presented, respectively. In the four part, the fabrication and electrical characterization of n+-p diodes using the process of laser annealing are presented as well. The development of MOS capacitors and diodes have become feasible the fabrication (using processes at low temperature (? 400oC)) of n- and p-MISFETs (Metal- Insulator -Semiconductor Field Effect Transistors) and also the fabrication of a high speed MOS transistor prototype based on silicon germanium named D-DotFET (Disposable Dot Field Effect Transistor). In conclusion, the alternative processes developed in this thesis have shown to be a huge potential for application in next generations of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) devices with sub- 22 nm dimensions Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Peter Jurgen Tatsch, Jose Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Esta dissertação consiste de duas etapas. Inicialmente são estudados filmes de nitreto de silício depositados por LPCVD, Low Pressure Chemical Vapor Deposition, utilizando-se diferentes relações de concentração de gases reagentes, [SiH2Cl2]/[NH3], e utilizando-se como substrato lâminas de silício tipo p, com e sem camada almofada de oxinitreto de silício; estruturas SiNx/Si e SiNx/SiOxNy/Si, respectivamente. Os filmes foram caracterizados física e eletricamente, bem como do ponto de vista da capacidade de adsorção de monocamadas biologicamente ativas. As características dos filmes foram comparadas, buscando-se identificar um filme cujas propriedades fossem adequadas para utilização como material dielétrico a ser empregado na porta de Transistores de Efeito de Campo química e bioquimicamente sensíveis. Os resultados da elipsometria realizada apontaram filmes com índices de refração variando de 1,875 a 1,990, indicando filmes ricos em nitrogênio, e com espessura diretamente proporcional à relação de concentração dos gases reagentes, ou seja, o aumento na relação de concentração de gases produz aumento na taxa de deposição dos filmes. A espectroscopia de absorção de infra-vermelho permitiu analisar as ligações químicas presentes nos filmes e nas monocamadas automontadas formadas pela imobilização de biomoléculas. Os espectros dos filmes apresentam picos de absorção em 827/837 cm-1 e 451/484 cm-1 que correspondem a ligações Si-N, confirmando a indicação da elipsometria referente à presença de nitrogênio. Após a formação das camadas automontadas, compostas de proteínas do tipo Imunoglobulina, IgG 2,5 e 5%, os espectros mostraram bandas de absorção de IR em torno de 3300 cm-1 e nas faixas de 1700 a 1600 cm-1 e 1600 a 1500 cm-1. Este espectro caracteriza a formação de grupos amida A, I e II, respectivamente, ou seja, a formação das monocamadas biologicamente ativas. Através de espectroscopia micro-Raman foram detectados deslocamentos nos picos principais do substrato de silício. Tais deslocamentos foram relacionados com o stress provocado pelos filmes depositados. Foram fabricados capacitores Metal/Isolante/Semicondutor, MIS, utilizando-se as estruturas dielétrico/semicondutor obtidas. Os capacitores possibilitaram realizar a caracterização elétrica dos filmes através de medidas C-V, capacitância-voltagem, de alta frequência de 1MHz, obtendo-se a densidade de cargas existente na interface dielétrico/semicondutor, em torno de 1011cm-2, e permitiram observar o comportamento da interface com a realização de etapas térmicas e a degradação em suas propriedades de recombinação. Após a fabricação e a caracterização das camadas dielétricas, foi iniciada a segunda etapa do trabalho com a fabricação de matrizes de Transistores de Efeito de Campo, FETs. Foi usado como dielétrico de porta os filmes da etapa anterior que apresentaram melhor desempenho do ponto de vista físico, elétrico, químico e biológico. A caracterização elétrica dos FETs foi realizada utilizando-se dispositivos de controle dispostos isoladamente nas pastilhas. Foram obtidas as características elétricas dos dispositivos e observado seu comportamento nas etapas térmicas. A sensibilidade química foi verificada aplicando-se analitos com diferentes concentrações de íons H+ , correspondente a diferentes valores de pH, na região de porta dos FETs. Foi demonstrada a viabilidade da utilização dos FETs fabricados na detecção química/bioquímica, com possibilidade de emprego em atividades de diagnóstico médico, controle ambiental, controle da produção de fármacos e cosméticos, e aplicações agropecuárias Abstract: This dissertation consists of two stages. Initially are studied Silicon Nitride films deposited by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) using different relationship of reagent gases concentration ([SiH2Cl2] / [NH3]) and using as substratum Silicon wafers p-type with and without pad layer of Silicon Oxinitride - SiNx/Si and SiNx/SiOxNy /Si structures. The films were characterized physically and electrically as well as the point of view of adsorption capacity of biologically active monolayer. The films characteristics were compared, seeking to identify a film whose characteristics are adequate to be used as dielectric material applied at the project and fabrication of chemically and biochemically sensitive Field Effect Transistors - FETs. Ellipsometry results pointed films with refraction indexes ranging from 1,875 to 1,990, it indicating films rich in Nitrogen, and with thickness directly proportional to the relationship of reagent gases concentration. In the other words, the increase of the relationship of gases concentration produces an increase of the films deposition rates. The infra-red absorption spectroscopy allowed us to analyze the chemical bonds present in the dielectric films and in the self assembled monolayers formed by the immobilization of biological molecules. The films spectrum have absorption spike in 827/837 cm-I and 451/484 cm-I that correspond to Si-N bonds, confirming the indication of the ellipsometry regarding as nitrogen presence. After self assembled monolayers formation composed by proteins of the type Immunoglobulin - IgG 2.5 and 5%, the spectra showed absorption bands of IR, around 3300 cm-1 and in the ranges of 1700 to 1600 cm-1 and 1600 to 1500 cm-1, spectrum that characterizes the formation of amida groups A, I and II, respectively, in other words, the formation of biologically active monolayers. Through micro-Raman spectrometry were detected displacements in the main spikes of the Silicon substratum. This displacement has been related with the stress induced by the deposited films. It was manufactured Metal Insulating Semiconductor (MIS) capacitors, using the structures dielectric/semiconductor obtained. The capacitors made possible to accomplish the electric characterization of the films through high frequency (1 MHz) capacitance-voltage (C-V) measurements, obtained the density of charges existent on the interface dielectric/semiconductor - around 1011 cm-2; and to observe the behavior of the interface with the accomplishment of thermal stages and the degradation in its recombination properties. After production and characterization of the dielectric layers, has been accomplished the second stage of the work with the production of FETs, being used as dielectric gate the films that presented better performance of the point of view physical, electric, chemical and biological. The electric characterization of the FETs that compose the arrays, has been accomplished being used the control devices disposed separately in the dies allowing to raise the characteristics of the devices construction, as well as, the behavior of the same ones when submitted to thermal stages. The chemical sensibility was verified being applied analytes with different H+ ions concentrations - different pH values - in the gate area of the FETs that compose the arrays. The viability of use of the modified FETs for chemistry/biochemistry detection was demonstrated, with employment possibility in activities of medical diagnosis, environmental control, control of the production of drugs and cosmetics and agricultural applications. Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação Resumo: O presente trabalho tem como objetivo a caracterização de filmes finos de óxido de titânio para aplicação em transistores de efeito de campo sensíveis a íons, do inglês ion sensitive field effect transistors (ISFETs). Para isso, filmes finos de titânio de diferentes espessuras foram depositados através de uma evaporadora por feixe de elétrons sobre substrato de silício. Posteriormente, estes filmes foram oxidados e recozidos utilizando diferentes temperaturas através de um forno de processamento térmico rápido, do inglês rapid thermal process (RTP). Os filmes de óxido de titânio (TiOx) foram então caracterizados de forma estrutural através das técnicas Elipsometria, Espectroscopia Infravermelho, Espectroscopia RAMAN, Microscopia de Força Atômica e Espectroscopia de Retroespalhamento Rutheford. Dependendo da temperatura do patamar de tratamento térmico, foram obtidos filmes com diferentes concentrações de oxigênio, o que influenciou na espessura final, no índice de refração, na rugosidade da superfície e nos contornos de grão da superfície dos filmes. Através da caracterização estrutural foi possível verificar a formação de filmes de TiOx compostos principalmente da estrutura cristalina rutilo do TiO2, mas que também apresentaram a estrutura cristalina anatase, além da formação de uma fina camada de Ti2O3 e SiO2 entre o substrato de silício e o filme de TiOx. A caracterização elétrica realizada através da análise das curvas I-V e C-V, obtidas a partir de capacitores confeccionados através da deposição de eletrodos de aluminio (Al/Si/TiOx/Al), demostraram a obtenção de dielétricos de boa qualidade com valores de constante dielétrica entre 12 e 33, densidade de carga na interface da ordem de 1010/cm2 e densidade de corrente de fuga entre 1 e 10-4 A/cm2. Transistores de efeito de campo foram confeccionados para a obtenção de curvas IDxVDS e log IDxTensão. Foi encontrado valor de tensão de Early igual a -1629V, resistência de saída, ROUT, igual a 215MO e slope de 100mV/dec para o dielétrico de TiOx obtido com tratamento térmico em 960°C. O filme de TiOx tratado térmicamente em 600°C foi testado como sensor através de medidas C-V adaptadas e apresentou deslocamento da VFB em função da variação do pH da solução testada, apresentando potencial como sensor de pH. Abstract: This work presents the characterization of thin titanium oxide films as potential dielectric to be applied in ion sensitive field effect transistors. The films were obtained through rapid thermal oxidation and annealing of titanium thin films of different thicknesses deposited by Ebeam evaporation on silicon wafers. These films were analyzed by Ellipsometry, Infrared Spectroscopy, Raman Spectroscopy, Atomic Force Microscopy and Rutherford Backscattering Spectroscopy. The final thicknesses of the thin films, roughness, surface grain countors, refractive indexes and oxigen concentration depend on the oxidation and annealing temperature. Structural characterization showed the presence of other oxides such Ti2O3, an interfacial SiO2 layer between the dielectric and the substrate and the anatase crystalline phase of TiO2 films besides the mainly found crystalline phase rutile. Electrical characterizations were obtained through I-V and C-V curves of Al/Si/TiOx/Al capacitors. These curves showed that the films had high dielectric constants between 12 and 33, interface charge density about 1010/cm2 and leakage current density about 1 and 10-4 A/cm2. Field effect transistors were made in order to analyze IDxVDS and log IDxBias curves. Early tension value of -1629V, ROUT value of 215MO and slope of 100mV/dec were calculated for the TiOx thin film thermally treated with 960°C. The TiOx thin film thermally treated with 600°C was successfully tested as pH sensor through adapted C-V measurements, which showed shifts in the VFB according to the H+ concentration in tested solutions. Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: José Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Filmes de nitreto de titânio (TiN) e nitreto de tântalo (TaN) foram depositados sobre substratos de Si (100) utilizando um sistema de sputtering reativo, com diferentes fluxos de N2 (10-80 sccm) e potência (500-1500W), em ambiente de N2/Ar. Foram analisadas as influências da mistura gasosa N2/Ar e potência nas propriedades estruturais e elétricas dos filmes de TiN e TaN, utilizando as técnicas de perfilometria, microscopia de força atômica, 4 pontas, espectroscopia Raman, difração de raios-x e espectroscopia de fotoelétron. As análises físicas e elétricas dos filmes de TiN e TaN demonstram que os filmes são policristalinos, com as orientações preferenciais (311)-( 111) e (200)-( 111), respectivamente. Os valores das taxas de deposições, resistividades elétricas e tamanho de grão para os filmes de TiN e TaN estão entre 4 e 78 nm/min, 150 e 7500 ??.cm e 0,001 e 0,027 ?m2, respectivamente. Foram fabricados capacitores MOS e diodos Schottky com eletrodos superiores de TiN e TaN com dielétricos de SiOxNy ou SiO2, e extraídas curvas CV e IV destes dispositivos, para extração de parâmetros como tensão de flatband (VFB), densidade de carga efetiva (Q0/q) e função trabalho do eletrodo superior (WF). As curvas CV dos capacitores MOS com dielétrico de SiOxNy e eletrodo superior de TiN apresentaram valores extraídos de Q0/q, VFB e WF de 1010 cm2, 0,29 V e 4,65 eV, respectivamente, que são compatíveis com a tecnologia CMOS. As curvas CV dos capacitores MOS com dielétrico de SiOxNy e eletrodo superior de TaN apresentaram valores extraídos de Q0/q, VFB e WF de 1010 cm2, 1,36 V e 3,81 eV, respectivamente, que não são compatíveis com a tecnologia CMOS. As curvas CV dos capacitores MOS com dielétrico de SiO2 e eletrodo superior de TiN apresentaram valores extraídos de Q0/q, VFB e WF de 1010 e 1012 cm2, de 0,12 V e 0,36 V, e, 4,15 eV e 4,43 eV, respectivamente, que são compatíveis com a tecnologia CMOS. As curvas CV dos capacitores MOS com dielétrico de SiO2 e eletrodo superior de TaN apresentaram valores extraídos de Q0/q, VFB e WF de 1010 e 1012 cm2, 0,29 V e 0,20 V, e, 4,41 eV e 4,44 eV, respectivamente, que são compatíveis com a tecnologia CMOS. Estes resultados indicam que os filmes de TiN e TaN são compatíveis para serem utilizados em dispositivos da tecnologia MOS Abstract: Tantalum nitride (TaN) and titanium nitride (TiN) films have been obtained by DC sputtering, using different nitrogen flow (10 - 80 sccm) and power (500 - 1500 W), in a nitrogen (N2)/argon (Ar) ambient on Si (100) substrates. The N2/Ar ratio in gas mixture and power effects on structural and electrical properties of TaN and TiN films were investigated by scan profiler (film thickness and deposition rate), atomic force microscopy (rms roughness and grain size), fourprobe technique (electrical resistivity), Raman spectroscopy, x-ray diffraction (crystal orientation) and X-ray photoelectron spectroscopy (film composition). The physical and structural analyses of TiN and TaN films show that TiN and TaN films were polycrystalline, with (311)-( 111) and (200)-( 111) preferred orientation, respectively. The deposition rates, electrical resistivities and grain size values of TiN and TaN films were between 4 and 78 nm/min, 150 and 7500 ??.cm and 0,001-0,027 ?m2, respectively. MOS capacitors and Schottky diodes were fabricated with TiN and TaN as upper electrodes and dielectrics with SiOxNy or SiO2. CV and IV measurements were carried out on these devices and flatband voltage (VFB), effective charge density (Q0/q) and metal gate work function (WF) were extracted from these measurements. The extracted values of Q0/q, VFB e WF 1010 cm2, 0,29 V e 4,65 eV, and these values were extracted from CV curves of MOS capacitors with TiN as gate electrode and SiOxNy as gate dielectric. The extracted values of Q0/q, VFB e WF 1010 cm2, 1,36 V e 3,81 eV, and these values were extracted from CV curves of MOS capacitors with TiN as gate electrode and SiOxNy as gate dielectric. The extracted values of Q0/q, VFB and WF were about 1010 and 1012 cm2, 0,12 V and 0,36V, and 4,15 eV and 4,43 eV, and these values were extracted from CV curves of MOS capacitors with TiN as gate electrode and SiO2 as gate dielectric. The extracted values of Q0/q, VFB and WF were about 1010 and 1012 cm2, 0,29 V and 0,20V, and 4,41 eV and 4,44 eV, and these values were extracted from CV curves of MOS capacitors with TaN as gate electrode and SiO2 as gate dielectric. These extracted values for VFB and WF indicates that the TiN and TaN films are suitable for MOS technology Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Alexandre Diniz, Francisco das Chagas Marques Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Para a aplicação em células fotovoltaicas baseadas em silício monocristalino (c-Si), esta tese tem como principal objetivo os desenvolvimentos de MATERIAIS – filmes finos de TiO2, Al2O3 e Ta2O3, SiNx, a-Si:H e Al – e de PROCESSOS – deposições por sputtering reativo ou por ECR-CVD, corrosões de silício, úmida, usando solução de NH4OH, ou seca, com sistema de plasma ICP-RIE. Para isto: i) analisou-se a redução da refletância total da superfície do silício (?RTotal), com a respectiva deposição por sputtering reativo ou ECR-CVD dos filmes finos de óxidos (TiO2, Al2O3, Ta2O3) e de nitreto (SiNx), ambos em temperatura ambiente, para uso como camadas antirrefletoras (ARC) e aumento da eficiência da célula; ii) corroeu-se a superfície do c-Si, utilizando uma solução alcalina de NH4OH (CMOS compatível e de baixo custo), obtendo-se estruturas periódicas de canais V-Groove, pirâmides verticais e invertidas. Visando o maior aprisionamento da luz incidente sobre o dispositivo, e consequente aumento de suas eficiências; iii) corroeu-se um substrato de Si para obtenção de microcanais (SiMCs) com 200 µm de profundidade, em um sistema ICP-RIE, com mistura de gases SF6 e Ar. Estes SiMCs serão futuramente utilizados como trocadores de calor na parte inferior das células, possibilitando também o aumento de sua eficiência com a passagem de um líquido refrigerante. Como um tempo muito longo, da ordem de horas, é necessário para a obtenção dos SiMCs com a profundidade desejada, se vê necessário o uso de máscaras físicas (HM) resistentes à remoção pelo plasma. Para isto, elaborou-se padrões de linhas de HM de Al – transferidos por litografia e deposição térmica para a superfície do c-Si – com posteriores tratamentos de nitretação por plasma e/ou recozimento térmico. De modo a melhorar a resistência ao bombardeamento iônico, proveniente do plasma ICP-RIE, durante o processo; iv) por fim, fabricaram-se dois tipos de células fotovoltaicas. A primeira de homojunção, com diferentes formatos de SiMCs nas suas costas e difusão térmica de fósforo como camada emissora. A segunda, de heterojunção, com camada emissora de a-Si:H depositado no ECR-CVD, difundida com Al (Al-Si) com e sem SiO2 como isolamento lateral. Como melhores resultados: i) dos filmes analisados para possível uso como ARC, foram obtidos valores de ?RTotal entre -51,7 % e -58,6 %; ii) com a texturização da superfície do silício, alcançou-se valores de refletância entre -51,6 % e -57,6 %, com alturas ou profundidades das estruturas periódicas variando entre 5,7 µm e 6,9 µm; iii) da mesma forma, para a corrosão dos SiMCs, estabeleceram-se as taxas de corrosão do c-Si de 1,08 µm/min e das HMs de Al entre 17 e 12 nm/min; iv) das células de homojunção fabricadas, obtiveram-se eficiências máximas entre 2,0 % e 7,97 %, após a corrosão dos SiMCs; v) para as de heterojunção, este valor foi de 1,2 % para a primeira série com estrutura c-Si/Al-Si/SiNx, sem o SiO2 como isolação lateral. Enquanto a segunda série, com estrutura c-Si/Al-Si e isolamento lateral de SiO2, obteve uma eficiência máxima de 0,98 % Abstract: For application in photovoltaic cells based on monocrystalline silicon (c-Si), this thesis has as main objective the development of MATERIALS – thin films of TiO2, Al2O3 and Ta2O3, SiNx, a-Si:H and Al – and PROCESSES – depositions by reactive sputtering or by ECR-CVD, silicon etchings, wet, using NH4OH solution, or dry, with ICP-RIE plasma system. For this: i) it was analyzed the reduction of the total reflectance of the silicon surface (?RTotal), with the deposition of thin oxides (TiO2, Al2O3, Ta2O3) and nitride (SiNx) films at room temperature, respectively by reactive sputtering or ECR-CVD, for the increasing of the solar cell efficiency. ii) the etching of the c-Si surface using NH4OH, a low-cost and CMOS compatible alkaline solution, to obtain the periodic structures of V-Groove channels, vertical and inverted pyramids. Aiming to increase trapping of the incident light on the device, and consequent increase in its efficiencies; iii) the etching of the Si substrate to obtain microchannels (SiMCs) with 200 µm depth, in an ICP-RIE system, with a gas mixture of SF6 and Ar. These SiMCs will be used in the future as heat exchangers into the rear side of the solar cells, also making it possible to increase their efficiency with the passage of a coolant liquid. While it is necessary a long time, in order of hours, to obtain the SiMCs with the desired depth, making required the use plasma resistant hardmasks (HM). For this, patterns of Al HM lines were elaborated – transferred by lithography and thermal deposition to the c-Si surface – with subsequent treatments of plasma nitriding and/or thermal annealing. To improve the resistance to ion bombardment from the ICP-RIE plasma during the process; iv) finally, two types of photovoltaic cells were manufactured: the first is a homojunction, with different SiMCs shapes on its rear side and thermal diffusion of phosphorus as the emitting layer. The second is a heterojunction, with a-Si:H emitting layer deposited on the ECR-CVD, Al diffused (Al-Si) with and without SiO2 as lateral isolation. As better results: i) of the analyzed films for possible use as ARC, values ??of ?RTotal between -51.7 % and -58.6 % were obtained; ii) with the texturing of the silicon surface, reflectance values ??between -51.6 % and -57.6 % were reached, with heights or depths of the periodic structures varying between 5.7 µm and 6.9 µm; iii) similarly, for the SiMCs etchings, etching rates of 1.08 µm/min for the c-Si, and between 17 and 12 nm/min Al HMs were established; iv) from the manufactured homojunction cells, maximum efficiencies between 2.0% and 7.97% were obtained after the SiMCs etching; v) for the heterojunctions, this value was 1.2% for the first series with c-Si/Al-Si/SiNx structure, without SiO2 as lateral insulation. While the second series, with c-Si/Al-Si structure and SiO2 side insulation, obtained a maximum efficiency of 0.98% Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica CAPES 88882.329464/2019-01

Orientador: José Alexandre Diniz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Essa tese trata do desenvolvimento de dispositivos de efeito de campo sensível a íons ¿ ISFET, com diferentes eletrodos integrados (Al (alumínio), Al2O3 (óxido de alumínio)/Al, Grafeno/TiN, TiN (nitreto de titânio) e Au (ouro)/Ti) de referência. Nesse trabalho, os ISFETs serão fabricados tendo o óxido de titânio (TiO2) como membrana sensitiva, que será utilizada para detectar a variação do pH de soluções ácidas, neutras e básicas. Este óxido possui uma grande capacidade de formar ligações de hidrogênio, aumentando a sensibilidade do dispositivo. O desenvolvimento de ISFETs está baseado na fabricação e na caracterização: (i) de filmes de TiO2 sensível a íons, determinando os melhores parâmetros de espessura, rugosidade, estequiometria e suas propriedades elétricas; (ii) de capacitores Eletrólito-Isolante-Semicondutor¿EIS com eletrodos integrados de Al, Al2O3/Al, Grafeno/TiN, TiN e Au/Ti de referência; (ii) de arranjos de 65 ISFETs, nesses casos com e sem eletrodo integrado de referência de Au/Ti. Esse trabalho apresentou, como melhores resultados: (i) Obtenção de TiO2 depositado por sputtering DC com constante dielétrica em torno de 60; (ii) Capacitores EIS com membrana sensitiva de TiO2 e diferentes eletrodos integrados de referência (Al, Al2O3/Al, Grafeno/TiN, TiN e Au/Ti), obtendo-se o melhor resultado para os eletrodos de TiN; (iii) Capacitores EIS, com membrana sensitiva de TiO2 e eletrodo integrado de referência de Au/Ti, que apresentaram corrente de fuga pelo dielétrico devido aos efeitos de tunelamento Fowler-Nordheim (F-N) e emissão Schottky; (iv) Transistores MOSFETs com dielétrico de porta de TiO2 com elevado valor de trancondutância de 32,4 mS/mm; (v) Transistores ISFETs com membrana sensitiva de TiO2, sem eletrodo integrado, mas com o eletrodo externo de referência de Au, com elevada sensibilidade de 1,3 mA/pH; (vi) Transistores ISFETs com membrana sensitiva de TiO2, com eletrodo integrado de referência de Au/Ti, com sensibilidades diferentes para soluções ácidas/neutra e básicas de 755 µA/pH e 92 µA/pH, respectivamente, devido à corrente de fuga pelo dielétrico de porta (TiO2) causada pelos efeitos de tunelamento F-N e emissão Schottky. Em conclusão, os melhores resultados obtidos foram: (i) capacitor EIS com eletrodo integrado de referência de TiN, pois suportaram as soluções ácidas e básicas, e não apresentaram corrente de fuga pelo dielétrico e tiveram sensibilidade de 13 mV/pH; (ii) o arranjo de 65 ISFETs sem eletrodo integrado, mas com o eletrodo externo de referência de Au, pois apresentou elevada sensibilidade de 1,3 mA/pH. Como principal trabalho futuro, deve-se estabelecer a repetibilidade de fabricação dos arranjos de ISFETs com eletrodo integrado de referência de TiN acoplado monoliticamente a um circuito condicionador Abstract: This thesis deals with the development of ion-sensitive field effect devices - ISFET, with different integrated reference of Al (aluminium), Al2O3 (aluminium oxide)/Al, Graphene/TiN (titanium nitride), TiN and Au (gold)/Ti) electrodes. In this work, ISFETs will be developed using titanium oxide (TiO2) as a sensitive membrane, which will be used to detect the pH variation of acidic, neutral and basic solutions. This oxide has a great capacity to form hydrogen bonds, increasing the sensitivity of the device. The development of ISFETs is based on the manufacture and characterization of: (i) TiO2 films sensitive to ions, determining the best parameters of thickness, roughness, stoichiometry and their electrical properties; (ii) Electrolyte-Insulating-Semiconductor ¿ EIS capacitors with integrated reference of Al, Al2O3/Al, Graphene/TiN, TiN and Au/Ti electrodes; (ii) of 65 ISFET arrays, in these cases with and without an integrated Au/Ti electrode. This work presented the following innovations: (i) Obtaining TiO2 deposited by DC sputtering with a dielectric constant around 60; (ii) EIS capacitors with TiO2 sensitive membrane and different integrated reference (Al, Al2O3/Al, Graphene/TiN, TiN and Au/Ti) electrodes, obtaining the best result for the TiN electrodes; (iii) EIS capacitors, with TiO2 sensitive membrane and integrated Au/Ti reference electrode, which presented leakage current through the dielectric due to the effects of Fowler-Nordheim (F-N) tunneling and Schottky emission; (iv) MOSFET transistors with TiO2 gate dielectric with a high transconductance value of 32.4 mS/mm; (v) ISFET transistors with TiO2 sensitive membrane, without integrated electrode, but with external Au reference electrode, with high sensitivity of 1.3 mA/pH; (vi) ISFETs transistors with TiO2 sensitive membrane, with integrated Au/Ti reference electrode, with different sensitivities for acidic/neutral and basic solutions of 755 µA/pH and 92 µA/pH, respectively, due to the leakage current through the port dielectric (TiO2) caused by the effects of F-N tunneling and Schottky emission. In conclusion, the best results obtained were: (i) EIS capacitor with integrated TiN reference electrode, as they supported acid and basic solutions, and did not present leakage current through the dielectric and had a sensitivity of 13 mV/pH; (ii) the arrangement of 65 ISFETs without an integrated electrode, but with the external Au reference electrode, as it had a high sensitivity of 1.3 mA/pH. As the main future work, the manufacturing repeatability of ISFET arrangements with integrated TiN reference electrode coupled monolithically to a conditioning circuit should be established Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica CAPES 1423271

Orientador: José Alexandre Diniz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta a fabricação de transistores autoalinhados de tunelamento TFET (Tunnel Field-Effect Transistors), de efeito de campo VERTICAL-MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) e JNT (Junctionless Nanowire Transistor), e transistores de heterojunção n/p/n HBT (Heterojunction Bipolar Transistor), respectivamente, com passivação. Os dispositivos estão baseados em substratos crescidos epitaxialmente pela técnica de MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor Deposition), bem como pela técnica de CBE (Chemical Beam Epitaxy) e, principalmente, fundamentados no método de passivação de superfícies semicondutoras III-V de substratos de arseneto de gálio (GaAs) e de heteroestruturas de fosfeto de gálio-índio sobre arseneto de gálio (InGaP/GaAs), que utiliza nitreto de silício (SiNx) depositado por ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance Chemical Vapor Deposition) e desenvolvido no Centro de Componentes Semicondutores e Nanotecnologias (CCSNano). Visando máxima redução da densidade de estados de superfícies semicondutoras para níveis menores que 1012cm-2, o processo de passivação, por conseguinte, objetiva reduzir a corrente de fuga nas regiões ativas dos transistores III-V fabricados. O uso do SiNx como agente passivador, vem possibilitar a construção de micro/nanoestruturas elétricas sobre substratos de III-V, visto as intensas pesquisas devido à alta densidade de estados na região da interface isolante-semicondutor. Como resultado da passivação dos dispositivos pelo nitreto de silício, obteve-se transistores HBT com ganhos máximos de corrente (IC/IB) de até 1,6x105; Vertical MOSFET com valores de Vth iguais a 125mV e fuga de corrente na ordem de 10nA; JNT controlados pela porta e com baixa corrente de fuga; assim como, transistores TFET apresentando altos valores de transcondutância máxima (GMMAX)/µm de aproximadamente 215µS/µm, Subthreshold Swing (SS) inferiores a 60mV/dec e a razão ION/IOF atingindo valores iguais a 1x107. Esses dados demonstram que o processo de passivação é eficiente e o nitreto de silício de alta qualidade, sendo completamente compatível com a tecnologia de fabricação de circuitos integrados Abstract: This work presents the fabrication of Tunnel Field-Effect Transistors (TFET), Vertical Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (VERTICAL-MOSFET), Junctionless Nanowire Transistor (JNT), and Heterojunction Bipolar Transistor (HBT), respectively. The devices are based on substrates grown epitaxially by the MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor Deposition) technique, as well as by the CBE (Chemical Beam Epitaxy) technique and mainly based on the passivation method of III-V semiconductor surfaces of (GaAs) and gallium-indium phosphide heterostructures on gallium arsenide (InGaP/GaAs), using silicon nitride (SiNx) deposited by ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance Chemical Vapor Deposition) and developed at the Center of Semiconductors Components and Nanotechnologies (CCSNano). In order to maximize the reduction of the density of semiconductor surface states to lower levels than 1012cm-2, the passivation process, therefore, aims to reduce the leakage current in the active regions of the manufactured III-V transistors. The use of SiNx as a passivating agent allows the construction of micro/nanostructures on III-V substrates since the investigations are intense due to the high defect density in the region of the insulator-semiconductor interface. As a result of the passivation of the devices by silicon nitride, we obtained HBT transistors with maximum current gains (IC/IB) of up to 1.6x105; Vertical MOSFET with Vth values equal to 125mV and current leakage in the order of 10nA; JNT controlled by the door and with low leakage current; as well as TFET transistors presenting high transconductance values (GMMAX)/?m of approximately 215?S/?m, Subthreshold Swing (SS) of less than 60mV/dec and the ION/IOF ratio reaching values equal to 1x107. These data demonstrate that the passivation process is efficient and the high quality of silicon nitride, being fully compatible with integrated circuit manufacturing technology Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica FAPESP 2013/13983-2

Orientador: José Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Transistores verticais vêm sendo fabricados com comprimentos de canais menores que 100nm, sem processos litográficos com dimensões sub-micrométricas e nanométricas, usadas na fabricação dos atuais dispositivos com dimensões de 10nm. Este trabalho apresenta uma estrutura de pilar de silício contendo dois dispositivos verticais MOS (Metal-Óxido-Semicondutor) com dupla porta. Um MOSFET (MOS Field-Effect Transistor) e um similar ao funcionamento de um TFET (Tunneling FET). As regiões abruptas n+ de fonte e dreno no pilar vertical (p-Si) são obtidas a partir de implantações sequenciais de íons 31P+ (energias de 100, 50 e 25keV) e de Recozimento Térmico Rápido (RTA - Rapid Thermal Annealing). A região abrupta do dreno no pilar p-Si permite o controle vertical do comprimento do canal de condução do MOSFET (70nm entre fonte e dreno). Dentro do canal, na transição entre a junção n+/p, pode-se prever por simulação Synopsys uma região dopada com concentrações menores que 1015 dopantes/cm3. Essa região, que será denominada "quase intrínseca" (i), devido às baixas concentrações (entre 1014 e 1015 cm-3), apresenta um comprimento entre 2nm e 20nm respectivamente, obtendo-se assim uma estrutura n+/i/p, importante para o funcionamento de um dispositivo baseado em tunelamento. Este dispositivo, como apresenta o efeito de campo aplicado pela dupla porta utilizando uma estrutura n+/i/p, tem comportamento similar ao TFET. Então, será denominado STFET, sendo o S de similar. Os MOSFETs e STFETs, que foram fabricados com porta de Al, apresentaram os melhores resultados - Ion de 1mA, gm de 900µS e razão (Ion/Ioff) de 107 - em relação ao melhor desempenho no regime de condução. Entretanto, ambos os dispositivos, fabricados com TiN, apresentaram melhor desempenho relacionado a perdas e/ou correntes de fuga (Ioff de 36pA). É importante notar que o uso alternado no mesmo pilar de silício para os dispositivos MOSFET ou STFET pode ser adequado para as aplicações nas quais são necessárias operações de alta e baixa potência, respectivamente Abstract: Vertical transistors have been fabricated with channel lengths smaller than 100nm, without lithographic processes with sub-micrometric and nanometric dimensions, which are used for fabrication of the current devices with 10nm dimensions. This work presents a silicon pillar structure containing two MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) devices with double gate. One MOSFET (MOS Field-Effect Transistor) and one similar to the operation of a TFET (Tunneling FET). The abrupt n+ regions of source and drain in the p-Si vertical pillar are obtained from sequential 31P+ ion implantations (energies of 100, 50 and 25keV) and Rapid Thermal Annealing (RTA). The abrupt drain region in the p-Si pillar allows the vertical control of conduction channel length of the MOSFET device (70nm between source and drain). Within the channel, at the transition between the n+/p junction, one can predict by Synopsys simulation a doped region with concentrations less than 1015 dopants/cm3. This region, which will be called "almost intrinsic" (i), due to the low concentrations (between 1014 and 1015 cm-3), has a length between 2nm and 20nm respectively, thus obtaining a structure n+/i/p, important for the operation of a device based on tunneling. This device, as it presents the field effect applied by the double gate using a n+/i/p structure, behaves similarly to TFET, so it will be called STFET, with S being similar. The MOSFETs and STFETs, which were fabricated with Al gate, have presented the better results - Ion of 1mA, g of 900µS and (Ion/Ioff) ratio of 107 - related to higher performance in conduction regime. However, both devices, fabricated with TiN, have presented higher performance related to leakage and/or off current (Ioff of 36pA). It is important to notice that the alternating use at the same silicon pillar for the both MOSFET or STFET devices can be suitable to the applications in which are necessary high and low power operations, respectively Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica CNPQ 134844/2016-5 FAPESP

Orientador: José Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A indústria da nanoeletrônica é símbolo da inovação tecnológica e está no cerne dos sistemas de informações modernos. Após décadas de inovações em miniaturização e melhoramentos na configuração tradicional dos dispositivos MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor), novos dispositivos precisam ser estudados. Em meio a esses novos dispositivos, o Transistor de Efeito de Campo Sem Junções (Junctionless-Field-Effect-Transistors, ou JL-FET) se destaca devido ao seu menor custo e complexidade de fabricação, ao mesmo tempo que apresenta melhorias em características centrais ao funcionamento do dispositivo, como a corrente quando ligado e quando desligado, menor atraso de chaveamento e menor subthreshold slope. Para obter dispositivos JL-FET compatíveis com aplicações digitais, o canal do dispositivo deve ser fino o suficiente para que todos os portadores de carga estejam depletados para uma tensão de porta nula, isto ocorre quando a espessura é menor do que 100 nm. Neste trabalho, foi estudada a corrosão anisotrópica de silício em solução de NH4OH co-mo forma de afinar estruturas a níveis nanométricos, com foco na fabricação de JL-FETs. Inicial-mente, os dispositivos fabricados com o processo foram simulados numericamente nos ambientes SILVACO Athena e Atlas, para gerar um modelo que auxiliasse no planejamento dos processos propostos. Todos os testes foram feitos em lâminas de silício-sobre-isolante (silicon-on-insulator, ou SOI), inicialmente com 340 nm de silício monocristalino (100) sobre 400 nm de óxido de silí-cio. Primeiro, a corrosão foi caracterizada através de testes já com os padrões necessários para a fabricação dos dispositivos, visto que a taxa de corrosão da solução de NH4OH varia conforme as estruturas expostas. Dispositivos JL-FET foram fabricados utilizando duas maneiras distintas: em uma delas a corrosão de silício em solução de NH4OH ocorre após a definição da região ativa e implantação de dopantes (31P+ ion, dose de 6.1015 atoms.cm-2, e energia de 50 keV), na outra a corrosão de silício em solução de NH4OH ocorre antes de todos os outros processos. Foram obtidos dispositivos com canais com espessuras de 63 nm para o primeiro processo, afinados a partir de estruturas que inicialmente apresentavam 165 nm de espessura. A dopagem do canal nesses dispositivos foi estimada na ordem de 1017atomos/cm3, determinada a partir do método de caracterização Pseudo-MOS, O comportamento observado foi adequado às caracterís-ticas medidas: o dispositivo apresentou contatos Schottky com barreiras de potencial da ordem de 1 V, condizente com a dopagem obtida, e uma tensão de limiar negativa, que também condiz com a dopagem e espessura medidas. Esses resultados foram confirmados pela realimentação dos da-dos obtidos nos modelos de simulação numérica. Foram fabricadas amostras com tempos de corrosão variando entre 50 s e 80 s, utilizando a nova sequência de processos. Sem o efeito da dopagem, este processo apresenta um maior con-trole sobre as taxas de corrosão, permite que sejam fabricados dispositivos pMOS e de maneira geral aumenta a máxima dopagem possível nos dispositivos. Os valores de tensão de corpo que seriam necessários para depletar todos os portadores de carga do canal, V0, foram estimados (en-tre -27 V e -10 V) a partir das medições Pseudo-MOS para todas as amostras fabricadas com o novo processo. Usando estes dados, um fitting foi obtido que representa V0 e sua variação com o tempo de corrosão. Como o V0 indica o quão próximo um dispositivo está de atingir a região de corte, esta curva será usada para guiar os próximos processos de fabricação. Medições ID x VGS mostraram uma melhoria na razão Ion/Ioff conforme o tempo de corrosão aumenta, de 1 nas amostras sem corrosão até aproximadamente 1.13 na amostra corroída por 80 segundos. A transcondutância também apresentou evolução similar, de valores nulos nas amostras sem corrosão a 3.5 µS na amostra corroída por 80 segundos. Concluindo, a corrosão anisotrópica de silicio em solução de hidróxido de amônio (NH4OH) foi desenvolvida para a fabricação de dispositivos JL-FET com espessura de 63 nm na região de canal, esse processo é necessário pois os dispositivos necessitam dimensões menores do que 100 nm. Este tipo de corrosão é acessível e barato, apresenta uma taxa de corrosão desprezível para o óxido de mascaramento e não causa contaminação com íons ou outros materiais no substrato de silício Abstract: The industry of nanoeletronics is a symbol of technological innovations and one of the cores of modern-day information systems. After decades of innovations in miniaturizing and improving the traditional inversion-type MOSFET device, its once thought to be unbound potential seems to be arriving at its limits. Among the new devices proposed to sustain the historical increase in computing power and efficiency, the Junctionless-Field-Effect-Transistor (JL-FET) stands out as an alternative that can lower the cost and complexity of fabrication, while at the same time improving key figures such as on and off current, switching delay and subthreshold slope. To achieve JL-FET devices that are compatible with state of the art switching applications, the device channel must be thin enough to enable full charge carrier depletion for null gate volt-age, usually a few dozen nanometers. In this work, the silicon anisotropic etching in NH4OH solution was developed as means to thin structures to the required thicknesses for JL-FET fabrication. Initially, the devices were simulated numerically on SILVACO Atlas and Athena environments, so as to generate a numeri-cal model that could help on planning and implementing the proposed processes. Every test was carried out in 340 nm silicon (100) over 400 nm Silicon Dioxide Silicon-On-Insulator (SOI) wa-fers. Building on previous works that measured minimum etch rate at 2.5 nm/s for the specific structures, JL-FET devices were fabricated by two distinct processes. In the original process the silicon etching in NH4OH solution took place after the active region is already defined and etched and after ion implantation (31P+ ion, dose of 6.10^15 atoms.cm-2 , and energy of 50 keV) was carried out to achieve the channel doping. An updated process was proposes, in which the NH4OH solution silicon etching takes place before any other process, among the advantages of this process flow, the structures can be characterized optically midway through the fabrication and the etching rate becomes even for both pMOS and nMOS devices. Devices with channel thickness of 63 nm were fabricated using the original process, thinned from 165-nm-thick SOI layers. The dopant concentration on the channel region was estimated at approximately 1017 atoms/cm3, obtained by the Pseudo-MOS characterization technique. The device presented Schottky electrical contacts with potential barriers of approximately 1 V and also presented a negative threshold voltage, due to the dopant concentration and thickness of the channel. These results were confirmed by feeding the obtained data back in the numeric simu-lation models. Samples with etching times between 50 s to 80 s were fabricated using the updated process, alongside unetched samples. Without the doping effect, this process presents an improved control over the etching rates, enables the fabrication of pMOS devices and an overall larger dopant concentration on the devices. The voltage necessary to deplete every charge carrier in the channel, V0, were estimated (between -27 V and -10 V) using the Pseudo-MOS measurements for all the samples fabricated using the updated process. Using this data, a fitting was performed to obtain a V0 versus etching time plot. As V0 is closely related to the ability of the transistor to achieve cut-off, this figure will be used to guide future fabrication efforts. ID x VGS measurements also showed increased Ion/Ioff ratios as the etching time increases, from 1 in the unetched sample, to approximately 1.13 in the sample etched for 80 seconds. The transconductance also presented similar evolution, ranging from virtually null on the unetched samples, to approximately 3.5 µS on the sample etched for 80 seconds. In conclusion, we developed the anisotropic etching of silicon in an ammonium hydroxide (NH4OH) solution as a way to allow the fabrication of JL-FET devices, with channel thickness up to 63 nm, because these devices require dimensions thinner than 100 nm. This kind of etching is accessible and cheap, presents almost negligible etching rate to the oxide hardmask used to define the etched regions and does not cause the introduction of contaminating ions and materials on silicon substrate Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica CAPES 88882.329374/2019-01

Orientadores: José Alexandre Diniz, Aline Maria Pascon de Marque Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Neste trabalho, foram fabricados transistores de efeito de campo baseados em grafeno (GraFETs), com o canal de condução de corrente com 10 fitas e largura de 0,36 µm cada em paralelo, utilizando as etapas do processo de litografia e corrosão por plasma de oxigênio. Além disso, filmes alternativos, como TiO2, como dielétrico de porta, e TiN, como eletrodos metálicos, foram usados nesses dispositivos. A espectroscopia Raman, utilizada para identificar a integridade da camada de grafeno CVD (do inglês, Chemical Vapor Deposition - Deposição Química em Fase de Vapor) durante a fabricação, indicou que o canal de grafeno é formado por uma estrutura monocamada de alta qualidade, o que é uma característica importante para obter dispositivos GraFET. As análises SEM (do inglês, Scanning Electon Microscopy ou MEV ¿ Microscopia Eletrônica de Varredura), usadas para identificar as superfícies do dispositivo, indicaram que é possível obter o canal GraFET com 10 fitas de grafeno em paralelo. Para finalizar, todas as curvas IDS - VDS (Corrente entre Dreno e Fonte ¿ Tensão entre Dreno e Fonte) indicaram que os GraFETs estão funcionando muito bem, pois estas curvas apresentam: i) comportamento ôhmico, pois para VDS igual a 0 V, o IDS é 0 A para todas as medições (para todos os valores de VGS (Tensão entre Porta e Fonte)), indicando ausência de corrente de fuga; ii) comportamento ambipolar, característica típica dos GraFETs, pois essas curvas apresentam condução em polarizações negativa e positiva. As curvas IDS e transcondutância (gm) versus tensão VGS, medida em VDS = 0,5 V, apresentam, novamente, o comportamento ambipolar e revelam que o grafeno está minimamente, pois VDirac = 0. Para a curva gm-VGS, o valor máximo de transcondutância de 0,3 µS foi medido em VGS = -10 V, o que corresponde a 0,08 µS/µm, considerando a largura total de 3,6 µm, que é a soma de dez fitas de grafeno (em paralelo), com cada largura de cerca de 0,36 µm, que foi obtido por análise SEM. Todos esses resultados indicam que nosso método de fabricação, no futuro, pode ser usado em tecnologia de dispositivos e circuitos baseados em grafeno Abstract: In this work, Field Effect Transistors based on Graphene (GraFETs) were fabricated, with the current conduction channel with 10 ribbons (width of 0.36 µm each) in parallel, using the process steps of lithography and oxygen plasma etching. Furthermore, alternatives films, such as TiO2, as gate dielectric, and TiN, as metal electrodes, were used in these devices. Raman spectroscopy, used to identify the integrity of the Chemical Vapor Deposition (CVD) graphene layer during the fabrication, indicated that the graphene channel is formed by monolayer structure with high quality, which are important characteristics to get GraFET devices. SEM analyses, used to identify the device surfaces, indicated that it is possible to obtain the GraFET channel with 10 graphene wires in parallel. To finalize, all IDS - VDS (Drain-Source Current ¿ Drain-Source Voltage) curves indicated that GraFETs are working very well, because, these curves present: i) ohmic behavior, because at the VDS equal to 0 V, the IDS is 0 A for all measurements (for all values of VGS (Gate-Source Voltage)), indicating no leakage current; ii) ambipolar behavior, which a typical characteristic of GraFETs, because these curves present conduction in negative and positive condition. IDS and transconductance (gm) versus gate voltage VGS, measured at VDS=0.5 V, again, the ambipolar behavior is presented in these curves and reveal that the graphene is not doped, since VDirac = 0. For the gm-VGS curve, a maximum transconductance value of 0.3 µS was measured at VGS = -10 V, which corresponds to 0.08 µS/µm, considering the total width of 3.6 µm, which is the sum of ten graphene wires (in parallel), with each width of about 0.36 µm, that was obtained by SEM analysis. All these results indicate that our fabrication method, in the future, can be used in device and circuit technology based on graphene Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica CAPES 1695508

Orientador: José Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho tem como objetivos obter e caracterizar filmes de silício amorfo hidrogenado (a-Si:H) depositados em temperatura ambiente por um sistema ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Vapor Deposition), com potências de RF (Radio Frequency) de 1W, 3W e 5W. Nestes filmes foram feitas análises de espectroscopia FTIR (Fourier Transform Infrared), para estudo do efeito da variação da potência RF na incorporação, ou concentração, de hidrogênio nos filmes ([H]). Os filmes depositados tiveram uma [H] de 30%, 9,12% e 6,05, para os filmes com 1W, 3W e 5W de RF, respectivamente. Com a análise FTIR, também se verificou a presença de ligações Si-H2, em todos os filmes, e Si-H3 nos filmes de 1W e 3W. A cristalinidade dos filmes foi estudada antes (as-deposited) e depois das etapas sequenciais de implantação de íon de boro (I/I B+) e recozimento térmico rápido (RTA), para tornar o filme do tipo p+, por espectroscopia Raman. Depois da I/I B+ e do RTA os filmes mudaram de complemente amorfos para parcialmente cristalinos, com tamanho de grão de 9 ± 44 nm, 7 ± 6 e 14 ± 4 nm para os filmes de 1W, 3W e 5W respectivamente. Com estes filmes, três diferentes técnicas de dopagem do tipo p foram feitas, com o intuito de se verificar a viabilidade de seus usos em células fotovoltaicas. No primeiro conjunto, os filmes foram depositados sobre um substrato de silício cristalino do tipo n++ (n++-c-Si) e dopados do tipo p+ por I/I B+ direta e ativados RTA, criando uma estrutura p+/n++ e com eficiência máxima de cerca de 1,00% para os filmes de 3W e 5W. No segundo conjunto, implantou-se boro através de uma camada de 75 nm de nitreto de silício (SiNx), esperando-se criar uma estrutura do tipo tipo p+/i/n (denominada "pin"), com uma camada intrínseca i entre a p+ do filme e a n do substrato de silício cristalino (n-c-Si). Estes dispositivos tiveram uma eficiência máxima de 0,08%. No terceiro conjunto, os filmes foram dopados do tipo p+ utilizando-se difusão de alumínio a baixa temperatura e caracterizados eletricamente por fotodiodos e células fotovoltaicas. Nos fotodiodos, obteve-se uma eficiência máxima de 23,2% para o filme de 1W e nas células fotovoltaicas uma eficiência de 0,38% para o filme de 5W Abstract: This work has as objective to obtain and characterize hydrogenated amorphous silicon films (a-Si:H) deposited by a ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Vapor Deposition) system. The films were deposited at room temperature with radio frequency power (RF) of 1W, 3W and 5W. FTIR (Fourier Transform Infrared) analyses were done to study the effect hydrogen incorporation on the films as the RF power varieties. The films had a hydrogen concentration of 30%, 9.12% and 6.05% for the 1W, 3W and 5W RF power, respectively. With this FTIR analyses, the presence of Si-H2 bonds were verified on all the films deposited, and, also, the presence of Si-H3 bonds on the 1W and 3W films. The films crystallinity was studied as-deposited and after the boron ionic implantation (I/I B+) and rapid thermal annealing (RTA), by Raman spectroscopy. These sequential steps were done to dope the films p+ type. After the I/I B+ and RTA the films changed from totally amorphous to partially, with grain size of 9 ± 44 nm, 7 ± 6 and 14 ± 4 nm for the 1W, 3W and 5W RF power films, respectively. With these films, three kinds of p doping where done to verify their use on photovoltaic cells. In the first set, the films were deposited on a n++ silicon crystalline substrate (n++-c-Si) and doped p+ type by direct I/I B+ and activated by RTA, creating a p+/n++ structure and efficiency about 1.00% for the 3W and 5W films. In the second set, the boron was implanted through a 75 nm silicon nitrate (SiNx) barrier. With this, it was expected to create p+/i/n (called as "pin") structure, with an intrinsic layer i between the p+, on the film, and the n crystalline silicon (n-c-Si) used as substrate. In this set, the photovoltaic cells had a maximum efficiency of 0.08%. In the third set, the films were doped p+ by aluminum diffusion at low temperature. The electrical characterization of the films was made by photodiodes and photovoltaic cells. In the photodiodes, a maximum efficiency of 23.2% was reached for the 1W film, and a maximum efficiency of 0.38% for the 5W film in the photovoltaic cells Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica CNPQ 132542/2016-1 CAPES

Orientadores: José Alexandre Diniz, Fanny Béron Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Ao longo dos últimos 60 anos, a área ocupada por bits magnéticos em dispositivos de armazenamento reduziu em aproximadamente 9 ordens de magnitude. Atualmente, ela é tão reduzida que as tecnologias necessárias para os processos de leitura e escrita com razoáveis relação sinal-ruído e reprodutibilidade estão atingindo limites fundamentais, e, consequentemente, tornando o processo muito caro e de difícil execução. Portanto, a indústria de armazenamento de dados tem realizando grande empenho no desenvolvimento de novos conceitos para armazenamento de grandes volumes de memória de dados de uso infrequente, combinando, assim, o melhor de dois cenários: baixo custo, baixa volatilidade e alta densidade de armazenamento (como em discos rígidos); robusto e de rápido acesso (como em memórias do tipo Random Access Memory, RAM). Nesse sentido, um grande número de alternativas foi recentemente sugerido, incluindo dispositivos baseados em spintrônica, tais como a memória denominada racetrack memory. Esse dispositivo de estado sólido baseado em nanofios não possui partes móveis, tampouco requer a aplicação de campos magnéticos externos para os processos de escrita ou leitura de dados. A ca-pacidade de armazenamento e a taxa de transferência de dados são superiores em comparação com discos rígidos convencionais. Entretanto, essa tecnologia irá requerer ferramentas do tipo top-down de corrosão, deposição e litografia mais complexas e caras, assim limitando seu nicho de usuários. Alternativamente, abordagens do tipo bottom-up - nos quais nanofios são previamente sintetizados por via física ou química e, posteriormente, montados em dispositivos integrados - têm sido implementadas nos últimos anos em protótipos como alternativa para redução de custos. Nessa perspectiva, a dieletroforese (DEF) representa uma técnica adequada para o alinhamento e deposição de nanofios de maneira simultânea sobre eletrodos previamente definidos em larga escala, permitindo a deposição em um único passo. Todavia, experimentos de DEF utilizando nanofios ferromagnéticos de níquel apresentaram um rendimento relativamente baixo, inviabilizando a aplicação dessa técnica em escala industrial e tornando-a interessante apenas para a construção de protótipos. Por outro lado, outras técnicas de deposição baseados em escrita direta sem a necessidade de mascaras, tais como a deposição induzida por feixe de elétrons (FEBID), também permitem a definição de nanofios, além de representar uma vantagem sobre os processos convencionais de litografia de múltiplas etapas. Não obstante, depósitos metálicos feitos por FEBID tipicamente contêm resíduos da dissociação incompleta de moléculas do precursor organometálico ou da co-deposição de seus fragmentos orgânicos. Isso degrada as propriedades de transporte elétrico dos depósitos, assim limitando a aplicabilidade da maioria dos materiais depositados por FEBID. Neste trabalho, entretanto, foi desenvolvido um método inovador e altamente reprodutível de purificação in situ de materiais previamente depositados por FEBID, sendo baseado em sinterização pós-deposição em vácuo. As propriedades de transporte elétrico dos depósitos podem ser ajustadas para valores próximos do metal puro. Além disso, foram observadas melhorias das pro-priedades de transporte magneto-elétrico. Os valores superiores de magnetorresistência obtidos para o cobalto e ligas de ferro-cobalto (1 ordem de grandeza em relação a inúmeros trabalhos já publicados) mostraram-se vantajosos para aplicações tais como memória e armazenamento magnéticos de alta performance, além de sistemas avançados de varredura por sonda e memristors ferroelétricos de junção tipo túnel. Em suma, esta tese está focada no estudo das presentes limitações que envolvem a densi-dade de armazenamento de dados dos atuais dispositivos e propõe alternativas de fabricação viá-veis de única etapa e sem a necessidade de uso de litografia e máscaras, que podem ser utilizadas para diretamente definir nanofios ferromagnéticos como elementos de memória e armazenamento magnéticos. Ambas as técnicas DEF e FEBID podem ser pensadas como alternativas para esse propósito. Por um lado, a DEF cobre dimensões em larga escala, embora com baixo rendimento, enquanto o alto rendimento da técnica FEBID, em combinação com a automatização no sentido de fabricar em larga escala (como na DEF), torna esta uma técnica de fabricação adequada para a futura indústria de dispositivos de memória e armazenamento magnéticos Abstract: Over the past 60 years, the area occupied by magnetic bits has decreased in size by about nine orders of magnitude. Nowadays, it is so tiny that the technologies needed to read and write bits with a reasonable signal-to-noise ratio and reliability are reaching fundamental limits that are difficult or too expensive to overcome. Therefore, the information storage industry is presently making large efforts to develop new concepts for storing large volumes of infrequently accessed data memory that combine the best of both worlds: cheap, non-volatile, high-density information storage, as in hard disk drives, and robust, fast access, as in random access memories (RAMs). In this sense, a number of alternatives have been recently suggested, which include spintronic-based devices, like the nanowire-based racetrack memory (or so-called domain-wall memory, DWM). This nanowire-based solid-state device has no moving parts and does not require any external magnetic field for storing/reading data. The data capacity and transfer rates are expected to be superior to those in hard disk drivers. Nevertheless, this technology will require more complex and expensive multistep top-down corrosion, deposition and lithography fabrication tools, thus limiting the target customers. Alternatively, bottom-up approaches - in which nanowires can be first chemically/physically synthesized and then self-assembled to yield a given target integrated layout - have been recently implemented in prototypes as alternatives to reduce fabrication costs. In this per-spective, dielectrophoresis (DEP) represents a technique that meets the requirements for nan-owires alignment and deposition onto predefined electrodes in the wafer-scale area, which allows simultaneous deposition in a single step. However, DEP experiments carried out using ferromagnetic nickel nanowires showed a relatively low yield that impairs its applicability in industrial scale, thus being limited for prototyping purposes. On the other hand, other maskless direct-write deposition techniques, like focused-electron-beam-induced deposition (FEBID), allow definition of nanowires and also represent an advantage over multistep conventional resist lift-off lithography. Nevertheless, nanoscale metal deposits directly written by FEBID typically contain residues from the incomplete dissociation of the organometallic precursor adsorbate molecules or from codeposition of their nonvolatile organic ligand fragments. This impairs the electrical transport properties of the deposits, which naturally limits the applicability of FEBID materials, constraining the otherwise powerful maskless synthesis paradigm. In this work, however, a novel and highly reproducible in-situ purification mechanism of FEBID materials - based on postgrowth annealing under vacuum - is presented. The electric transport properties of the deposits can be tuned to values close to pure metal. Furthermore, magneto-electric transport properties enhancement is observed. The superior magnetoresistance of cobalt and iron-cobalt deposits (about 1 order of magnitude compared to literature) can be advantageous over the numerous works already published for applications such as high-performance magnetic storage and memory, as well as advanced scanning-probe systems and ferroelectric tunnel junction memristors. In summary, the focus of this thesis was the investigation of the present limitations beyond the storage area densities of storage industry, thus proposing viable single-step maskless fabrication alternatives that could be used to directly define ferromagnetic nanowires as elements for data storage and memory. Both DEP and FEBID techniques can be though as alternatives to this purpose. While DEP experiments cover the wafer-scale dimension, although with low yield, the high yield of FEBID in combination with the possibility of automatization towards fabrication in the wafer-scale, like DEP process, makes it an adequate tool for fabrication of elements for future data storage and memory devices Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica CNPQ 200864/2015-7 CAPES FAPESP

Orientador: José Alexandre Diniz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de transistores de efeito de campo (Field Effect Transistors - FETs) baseados em grafeno (GraFETs), como canal de condução elétrica, e em nitreto de tântalo (TaN), como eletrodos de fonte e dreno (S/D). Os transistores são do tipo back-gate, em que a estrutura de porta é conectada pelo substrato de Si n+ (que é usado como eletrodo), que está coberto pelo dielétrico de óxido de tântalo (TaOx), que por sua vez, está em contato com o canal de grafeno. Para obter os GraFETs, folhas de grafeno, dispersas em solução líquida N-N-dimetilformamida (DMF) ou N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP), ou obtidas por deposição química da fase vapor (Chemical Vapor Deposition - CVD), foram depositadas entre S/D a partir de dois processos distintos, respectivamente: i) por dieletroforese (DEP) de folhas dispersas em solução DMF ou NMP; ou ii) por transferência das folhas obtidas por CVD sobre as amostras, com etapas sequenciais de litografia óptica, de corrosão seca por plasma de oxigênio e de limpeza orgânica. Assim, os dispositivos são identificados como GraFETs baseados em grafeno DEP ou em grafeno CVD, respectivamente, e são obtidos individualmente e integrados em arranjo paralelo de 300 transistores. A integração em escala de centenas de transistores, usando litografia óptica é uma primeira inovação desta tese, pois os principais laboratórios empregam a litografia por feixe de elétrons, o que torna o processo mais lento. Os eletrodos de S/D de TaN, depositados por pulverização catódica (sputtering), foram escolhidos pois são refratários, o que permite executar etapas de recozimento térmico em temperaturas maiores que 400oC, e apresentam função trabalho similar a do grafeno, possivelmente resultando em baixo valor da barreira de potencial (menor que 1 eV) na junção TaN/grafeno. Ambas as características permitem reduzir a resistência de contato entre eletrodo de TaN e grafeno, o que é primordial para o bom desempenho dos GraFETs. Trata-se de outra importante inovação deste trabalho, pois normalmente os eletrodos são de Au ou Pt. Assim, cálculos ab initio, utilizando teoria da densidade funcional (DFT), foram realizados para investigar as propriedades mecânicas e eletrônicas da interface grafeno/TaN a nível atômico. Dois modelos foram considerados, com terminações Ta e N para o ?-TaN(111) com uma, duas, três e quatro camadas de grafeno sobre a superfície do metal. Nos dois casos, as energias de adesão de 1,8 J/m2 e 0,9 J/m2 para as terminações em N e Ta, respectivamente, indicaram aderência do metal ao grafeno. As funções trabalho para ambas as terminações foram calculadas, 6,02 eV e 4,8 eV para as terminações N e Ta, respectivamente, com apenas esta última concordando com valores medidos experimentalmente. Cálculos de interface mostraram que o metal com terminação em Ta é mais transparente à injeção de portadores na interface com o grafeno, uma vez que, nesse caso, não há barreira potencial entre o metal e a primeira camada de grafeno. Comportamento este que não ocorre para a terminação em N, que possui barreira potencial calculada de 2,4 eV. Assim, a terminação em Ta é a mais desejada na interface TaN/grafeno, que resulta em menor resistência de contato, permitindo o funcionamento mais eficiente dos dispositivos. Características elétricas de corrente-tensão (I-V) com comportamento ôhmico (linear) que indica a ausência de uma barreira potencial mostram que os transistores funcionam como esperado, indicando que a interface é rica em Ta nos contatos de S/D. Elas mostram também que os GraFETs com grafenos DEP e CVD alcançaram transcondutâncias máximas de 2,4 mS e 2,5 mS e mínima resistência de contato de 3,4 ? e 4,3 k?, respectivamente. No entanto, os GraFETs fabricados com grafeno DEP apresentaram alto desvio padrão nas medidas elétricas quando comparadas às medidas elétricas dos GraFETs com grafeno CVD. Características físicas dos GraFETs, baseadas em análises de microscopia eletrônica por varredura (SEM) e por espectroscopia Raman, indicaram a obtenção e a integração dos dispositivos, e que o grafeno CVD apresentou melhor qualidade estrutural que o DEP, além de uma melhor uniformidade na transferência das folhas sobre os transistores. Isto permite uma maior integração dos FETs. Vale salientar que os resultados das características físicas são consistentes com as elétricas. Assim, concluiu-se que os transistores baseados em canais de condução elétrica de grafenos CVD e em eletrodos de TaN são promissores para futuros circuitos integrados em substituição aos tradicionais baseados em canais de condução elétrica de Si Abstract: The goal of this work is the development of field effect transistors (FETs) based on graphene (GraFETs), as the electrical conduction channel, and on tantalum nitride as the source and drain electrodes (S/D). In the back-gated transistors proposed, the gate is connected by the Si n+ substrate (used as electrode), covered by a tantalum oxide dielectric (TaOx) layer, which is in contact with the graphene channel. To produce the GraFETs, sheets of graphene scattered in N,N-Dimethylformamide (DMF) or in N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) liquid solutions, or grown by chemical vapor deposition (CVD) were deposited between the S/D from two distinct processes: i) by dielectrophoresis (DEP) of the sheets dissolved in DMF or NMP liquid solutions or ii) by transfer of graphene grown by CVD, with photolithography, O2 plasma etching and organic cleaning, in sequential steps. Then, the devices are identified as GraFETs based on graphene DEP and graphene CVD, respectively, which are built individually and integrated in a parallel array of 300 FETs. The integration scale of hundreds of transistors, using photolithography, is the first innovation of this thesis, since the main laboratories employ e-beam lithography, making the process slower. The S/D TaN electrodes deposited by sputtering were chosen due to the refractory property of TaN, allowing annealing processes in temperatures above 400 °C, and its work function similar to graphene, potentially providing a low potential barrier (< 1 eV) in the TaN/graphene junction. Both characteristics allow a reduced contact resistance between TaN electrode and graphene, which is primordial for GraFETs performance. The choice of metal is another novelty presented in this work because in general simple metals such as Au and Pt are used as electrodes. At the same time, ab initio calculations using density functional theory (DFT) were performed to investigate the structural and electronic properties of the interface graphene/TaN. Two models were considered, with ?-TaN(111) terminated in N and Ta layers and with one (BL), two (1L), three (2L) and four (3L) graphene layers on the metal surface. In both cases, the adhesion energies of 1.8 J/m2 and 0.9 J/m2 for N and Ta metal surface terminations, respectively, indicate adhesion of graphene to metal. The calculated work functions for the N and Ta surface terminations were 6.02 eV and 4.8 eV, respectively, where only the latter agrees with experimental values. Interface calculations showed that the Ta-terminated surface is more transparent to carrier injection at the interface with graphene, since in this case there is no potential barrier between the metal and the first graphene layer. On the contrary, for the N-terminated surface the calculated potential barrier between the metal and the first graphene layer was 2.4 eV. Thus, a Ta-terminated metal surface is more desirable at the TaN/graphene interface, resulting in low contact resistance. I-V characteristics show that the transistors are working properly, suggesting that the metal surface terminations obtained for TaN S/D electrodes are likely composed mostly of Ta atoms. Moreover, the GraFETs fabricated by graphene DEP and graphene CVD reached maximum transconductances of 2.4 mS and 2.5 mS, and minimum contact resistance of 3,4 ? and 4.3 k?, respectively. However, GraFETs fabricated using graphene DEP showed high standard deviation in electrical measures when compared to GraFETs fabricated using graphene CVD. Physical characteristics, based on scanning electronic microscopy and Raman spectroscopy, confirmed the desired construction and the integration of the devices, and that the graphene CVD presents better structural quality than graphene DEP, as well as better uniformity in the graphene transfer process, allowing a denser integration of the FETs. Finally, the physical characteristics are consistent with electrical measurements. Thus, it follows that transistors based on graphene CVD conduction channel and TaN electrodes offer great promisse for future integrated circuits in replacement of traditional Si-based transistors Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutora em Engenharia Elétrica CAPES

Orientadores: Leandro Tiago Manera, José Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho explora métodos alternativos para fabricação de protótipos de FinFETs. Diferentes métodos de definição de fin (fresagem de máscara de Al por feixe de íon focalizado e litografia por feixe focalizado de íons de gálio) são explorados, buscando flexibilidade na definição do número de fins, bem como a altura dos fins. Diferentes estruturas de porta são aplicados nos FinFETs fabricados, com dois materiais dielétricos diferentes (SiON e TiAlON) e dois métodos diferentes para a formação de TiN como eletrodo de porta. O processo de fabricação detalhado é fornecida e discutido, com especial atenção às dificuldades e desafios enfrentados. Etapas de fabricação são cuidadosamente avaliadas, apresentando detalhes e parâmetros de forma que o processo possa ser replicado. Caracterizações morfológicas e elétricas são realizadas nos FinFETs fabricadas. Com a litografia por feixe focalizado de íons de gálio, FinFETs com nove fins em paralelo são fabricados, com largura de fin até 87nm e comportamento elétrico de transistor. Parâmetros elétricos são extraídos, tais como VTH, inclinação de sublimiar, corrente de fuga, mobilidade de portadores, RSD, função trabalho do eletrodo de porta, EOT, e outros. FinFETs com largura fin abaixo de 100nm são apresentados, com inclinação de sublimiar de 120 mV/dec e moblidade de portadores de 372 cm²/V.s, resultados que mostram uma melhoria em relação a trabalhos anteriores, mas ainda deixam espaço para otimizações. Discussões são realizadas, explicando o significado dos parâmetros extraídos, e formas de melhorar os resultados. As diferentes estruturas de porta são avaliados quanto à estabilidade dos parâmetros e densidade de corrente de fuga. Um EOT de 3.6nm é alcançado para o dieléctrico SiON, com densidade de corrente de fuga entre 177uA/cm² e 0.61mA/cm². Desenvolvimentos importantes são feitos no sentido da integração de processos e inovaçoes em termos de métodos de fabricação de protótipos. Trabalhos futuros incluem melhorias na interface de silício-dielétrico e um processo de fabricação auto alinhado para alcançar uma maior transcondutância e acoplamento entre porta e canal, e reduzir a resistência série Abstract: This work explores alternative methods for FinFET prototype fabrication. Different fin definition methods (Al hard mask FIB milling and Ga+ FIB lithography) are explored, aiming for flexibility in defining the number of fins, as well as fin height. Alternative gate stacks are applied in the fabricated FinFETs, with two different dielectric materials (SiON and TiAlON) and two different methods for TiN gate electrode formation. The detailed fabrication process is provided and discussed, with special attention to difficulties and challenges faced. Fabrication steps are carefully evaluated, presenting details and parameters such as that the process could be replicated. Morphological and electrical characterizations are performed on the fabricated FinFETs. With the Ga+ FIB lithography method, working FinFETs with nine parallel fins are fabricated, with fin width down to 87nm. Electrical parameters are extracted, such as VTH, subthreshold slope, leakage current, low field mobility, RSD, gate electrode work function, EOT, and others. Working FinFETs with sub-100nm fin width are presented, with subthreshold slope of 120mV/dec and low field mobility of 372cm²/v.s, results that show an improvement on previous works, but still leave room for optimizations. Discussions are performed, explaining the meaning of the extracted parameters, and ways to improve the results. The different gate stacks are evaluated regarding their parameter stability and leakage current density. An EOT of 3.6nm is achieved for the SiON dielectric, with leakage current density between 177uA/cm² and 0.61mA/cm². Important developments have been made towards process integration and novel prototype fabrication methods. Future works include silicon-dielectric interface improvements and a self aligned process to achieve increased transconductance and gate-to-channel coupling, and reduce the series resistance Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestra em Engenharia Elétrica CNPQ 161893/2015-5

Orientadores: José Alexandre Diniz, Pedro Carvalhaes Dias Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Foi realizado um estudo das propriedades magneto-ópticas de Ferrofluidos (FF's), em especial o cálculo da dispersão da constante de VERDET (para o FF, EMG707 é 2000), com vistas à sua utilização no desenvolvimento de um sensor para a medição de corrente elétrica pelo Efeito Faraday. Entre as aplicações deste novo sensor podemos citar o monitoramento de transformadores, motores elétricos, elementos seccionadores, bobinas de campo de atuadores, medição de campos magnéticos, alocação como indicadores de falta em redes de distribuição de energia elétrica, etc. que não ultrapassem 30A. Na literatura nacional não há registro de nenhum trabalho neste sentido e na literatura internacional os poucos trabalhos publicados, não utilizam FF's encapsulados por polarizadores(modulador). O dispositivo tem um baixo custo em materiais, 2ml de FF custam 0,4 centavos de dólar e os polarizadores poliméricos 10 centavos de dólar o cm2. O dispositivo é fundamentalmente um modulador magneto-óptico guiado por fibra óptica de vidro (multimodo) e fonte de luz LASER(532nm). Foi utilizado o FF EMG707 da empresa FERROTEC do tipo surfactado, utilizamos dois tamanhos de nano partículas, de 5nm e 9nm. Utilizamos FF's pelas suas propriedades magnéticas (laço de histerese conservativo e remanência zero) e pelas suas propriedades ópticas (anisotropia óptica; birrefringência), embora possuam propriedades mecânicas (sua densidade aparente aumenta em 30 ou mais ordens de grandeza com aplicação de campo magnético). Foram elaboradas lâminas de Langmuir-Blodgett contendo fluido magnético, considerando técnicas de encapsulamento e vedação (Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer-CTI) e efetuadas medições por interferometria óptica no vermelho para determinarmos o espaçamento mínimo e máximo entre duas lâminas, contendo ferrofluido (Tabelas 7 e 8). Fizemos a caracterização dos ferrofluidos por espectrometria óptica, para verificara banda de comprimentos de onda em que este material responde e onde ele é transparente (Fig. 51). Foram feitas diluições do FF para 5% e 10% para verificar a susceptibilidade magnética do FF (Tabela 5). Os materiais, técnicas e configurações estudadas apresentam propriedades magneto-ópticas interessantes em situações equivalentes onde são utilizados "garnets" e sensores convencionais (por efeito Hall e Magneto Resistência), em especial onde há necessidade de captar sinais com extinção zero e curva de remanência zero (sem consumo interno de energia), em aplicações que exigem isolamento elétrico e em atmosferas explosivas Abstract: A study of the magneto-optical properties of Ferrofluids (FF's) was carried out, in particular the calculation of the dispersion of the VERDET constant (for the FF, EMG707 is 2000), with a view to its use in the development of a sensor for the measurement Of electric current by the Faraday effect. Among the applications of this new sensor we can mention the monitoring of transformers, electric motors, disconnecting elements, field coils of actuators, measurement of magnetic fields, allocation as fault indicators in electricity distribution networks, etc. Not exceeding 30A. In the national literature there is no record of any work in this sense and in the international literature the few published works do not use FFs encapsulated by polarizers (modulator). The device has a low cost in materials, 2ml of FF cost 0.4 cents and the polymeric polarizers 10 cents of cm2. The device is fundamentally a magneto-optical modulator guided by fiber optic glass (multimode) and LASER light source (532nm). We used the FF EMG707 from the FERROTEC company of the surfactado type, we used two sizes of nano particles, of 5nm and 9nm. We use FFs for their magnetic properties (conservative hysteresis loop and zero remanence) and their optical properties (optical anisotropy; birefringence), although they have mechanical properties (their apparent density increases by 30 or more orders of magnitude with magnetic field application ). Langmuir-Blodgett slides containing magnetic fluid, considering encapsulation and sealing techniques (Renato Archer-CTI Information Technology Center) were made and optical red interferometric measurements were performed to determine the minimum and maximum spacing between two slides containing ferrofluid ( Tables 7 and 8). We performed the characterization of ferrofluids by optical spectrometry to verify the bandwidth at which this material responds and where it is transparent (Fig. 51). FF dilutions were made at 5% and 10% to verify the magnetic susceptibility of FF (Table 5). The materials, techniques and configurations studied have interesting magneto-optical properties in equivalent situations where garnets and conventional sensors are used (Hall and Magneto Resistance), especially where there is a need to pick up signals with zero extinction and zero remanence curve (Without internal energy consumption) in applications requiring electrical insulation and explosive atmospheres Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica CNPQ 141280/2007-7

Orientador: José Alexandre Diniz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Para melhorar o desempenho dos dispositivos CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) com nós tecnológicos inferiores a 100 nm, dielétricos com alta constante dielétrica k (high-k ou alto-k) foram introduzidos. Eletrodos de porta tradicionais baseados em poli-Si não são compatíveis com dielétricos com alto-k e, portanto, a sua substituição é necessária para continuar o escalamento dos dispositivos CMOS. Eletrodos metálicos têm sido empregados em estruturas de porta de dispositivos tradicionais MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor) planares, juntamente com dielétricos de alto-k. Filmes de nitreto de titânio (TiN) são utilizados como eletrodos de porta em dispositivos com tecnologia inferior à 65 nm. Valores da função trabalho eficaz (EWF) de filmes de TiN têm sido reportados como adequados para a tecnologia CMOS. Filmes com função trabalho eficaz com valores entre 4,15 eV e 4,45 eV são apropriados para aplicações em dispositivos nMOS, enquanto materiais com valores de EWF entre 4,95 eV e 5,15 eV são adequados para aplicações em dispositivos pMOS. Os valores de EWF estão relacionados com a composição do filme e variações de dipolo na interface entre a camada de TiN e o dielétrico. Neste trabalho, os filmes de TiN foram utilizados em dispositivos MOS, planares e FinFET (fin field effect transistor). Dois métodos de deposição foram utilizados para obtenção dos filmes de TiN: PVD (physical vapor deposition) e ALD (atomic layer deposition). Filme de TiN depositados por PVD podem apresentar valores de função trabalho adequados para dispositivos nMOS e pMOS. Infelizmente, filmes conformais em estruturas FinFET tri-dimensionais, que é a tecnologia escolhida para a próxima geração de dispositivos CMOS, não são facilmente obtidos através de processos PVD. Por outro lado, processos ALD fornecem a conformalidade desejada, mas filmes de TiN obtidos por ALD apresentam valores de função trabalho compatíveis somente com dispositivos pMOS. Contudo, valores mais baixos de EWF podem ser obtidos misturando Al com os filmes de TiN. Filmes de TiN com 20 nm de espessura foram obtidos através de PVD, e apresentaram um valor de resistividade elétrica de 324 ??.cm. Resultados da espectroscopia Raman indicam a presença de vacâncias de Ti e N nos filmes de TiN depositados por PVD. Além disso, análises XPS mostram a incorporação de oxigênio na superfície dos filmes de TiN, que está relacionado com a exposição do filme de TiN ao ambiente. A fim de reduzir essa contaminação superficial de oxigênio, uma camada de Al foi depositada in-situ no topo dos filmes de TiN. É importante ressaltar que este filme de Al foi utilizado somente para evitar a oxidação superficial dos filmes de TiN e não para modificação da função trabalho do TiN. Capacitores MOS (com estruturas Al/TiN/SiO2/Si e TiN/SiO2/Si) e diodos Schotkky (com estruturas Al/TiN/Si e TiN/Si) foram fabricados para o estudo das características elétricas dos filmes de TiN. Os valores de fator de idealidade entre 1,0 e 3,1 e EWF entre 4,45 eV e 4,55 eV foram extraídos das estruturas Al/TiN/Si e TiN/Si. Vacâncias de Ti e N presentes nos filmes de TiN afetam os valores extraídos para o fator de idealidade, mas a oxidação superficial dos filmes de TiN também podem influenciar os valores do fator de idealidade. Valores de tensão de banda plana entre -0,18 V e 0,04 V, TiN EWF entre 4,05 eV e 4,35 eV, e densidade de carga efetiva entre -1011 cm-2 e 1012 cm-2, foram extraídos dos capacitores MOS. Mudanças nos valores da tensão de banda plana e função trabalho do TiN estão relacionados principalmente com as variações de dipolo na interface entre TiN e SiO2. Além disso, o estudo sobre o efeito das variações de dipolo (q?SiO2) na interface TiN/SiO2, os valores de EWF extraídos dos capacitores MOS e diodos Schottky, demonstraram que o termo q?SiO2 é principalmente influenciado pela oxidação dos filmes de TiN na interface com o SiO2. Filmes de TiN depositados por ALD apresentam valores de EWF compatíveis com tecnologia pMOS, contudo, o valor da função trabalho pode ser modificada para valores adequados à tecnologia nMOS, através da incorporação de Al nos filmes de TiN. Com isso, filmes de Al, TiAl e AlN foram introduzidos entre os dielétrico de alto-k (HfO2) e eletrodo de TiN (obtido por ALD), para serem utilizados como fonte para à difusão de Al. Os valores de EWF extraídos dos capacitores MOS com filmes de TiN depositados por ALD, demonstraram uma diminuição de até 1,09 eV no valor da função trabalho efetiva do TiN quando uma camada de TiAl foi utilizada como fonte para a difusão de Al. Além do mais, reduções de 0,26 eV e 0,45 eV foram observadas nos valores de EWF do TiN para estruturas de AlN/TiN. Além disso, os valores de função trabalho efetiva extraídos para os filmes de TiN são adequados para tecnologia pMOS, mid-gap e nMOS, e a difusão de Al é um método promissor para o ajuste da função trabalho do TiN. Contudo, a caracterização elétrica dos dispositivos FinFET demonstraram que os filmes de TiN utilizados neste trabalho são compatíveis e adequados para a tecnologia CMOS. Além disso, este trabalho contém o desenvolvimento e fabricação do primeiro dispositivo FinFET no Brasil. Estes dispositivos foram fabricados com a estrutura de porta Al/TiN/SiO2/Si, e as características elétricas destes dispositivos demonstraram que a estrutura Al/TiN é apropriada para aplicações da tecnologia nMOS Abstract: To improve the performance of CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) devices with technology nodes below 100 nm, high-k dielectrics had to be introduced. However, traditional poly-Si based gate electrodes are not compatible with high-k dielectrics and therefore also their replacement is required to continue the scaling of CMOS devices. Metal based electrodes have been employed on the traditional planar MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) gate structure comprising high-k gate dielectrics. Effective work function values between 4.15 eV and 4.45 eV indicate that the material is appropriate for nMOS applications, while materials with EWF values between 4.95 eV and 5.15 eV are adequate for pMOS applications. Titanium nitride (TiN) films became the material of choice as a gate metal for devices with technology nodes below 65nm. TiN effective work function (EWF) values have been reported to be suitable for CMOS technology. EWF values are related to the film composition and dipole variations at the interface between TiN layer and dielectric. In this work, TiN layers were tested for their suitability for MOS devices for both technology, planar and 3-dimentional transistors, such as FinFET (Fin Field Effect Transistor). Two different deposition methods were used for TiN deposition: physical vapor deposition (PVD) and atomic layer deposition (ALD). PVD TiN films can present EWF values adequate for both nMOS and pMOS. Unfortunately, conformal films on 3-D FinFET structures, which is the technology choice for next generation CMOS scaling, are not easily obtained by PVD processes. ALD provides the desired conformality, but ALD TiN layers have EWF values suitable for pMOS applications only. For ALD TiN, lower EWF values can be achieved by mixing Al with TiN layer. PVD technique was used to obtain 20-nm-thick TiN layers, with electrical resistivity value of 324 ??.cm. Raman spectroscopy results indicated the presence of Ti and N vacancies in PVD TiN layers. Furthermore, XPS results showed oxygen incorporation into the TiN film surface, attributed to exposure of TiN film to ambient air. In order to reduce the oxygen contamination, an Al cap layer was deposited in situ on top of the PVD TiN film. It is important to highlight that in this case the Al layer is used to avoid TiN surface oxidation and not for EWF tuning. MOS capacitors (with TiN/SiO2/Si and Al/TiN/SiO2/Si structures) and Schottky diodes (with TiN/Si and Al/TiN/Si structures) were fabricated to evaluate the electrical characteristics of the PVD TiN. Ideality factors between 1.0 and 3.1, and work function between 4.45 eV and 4.55 eV were extracted from TiN/Si and Al/TiN/Si structures. The spread in ideality factor values is attributed to Ti and N vacancies in the TiN films, but the oxygen incorporation can also influence the ideality factor values. The flat-band voltage, TiN EWF and effective charge density values extracted from MOS capacitors, were found to be between -0.18 and 0.04 V, 4.05 eV and 4.35 eV, and -1011 cm-2 and 1012 cm-2, respectively. Changes in PVD TiN EWF and flat-band voltage values are related mainly to dipole variations at the TiN/SiO2 interface. Furthermore, the investigation of effect of dipole variations (q?SiO2) at the TiN/SiO2 interface, extracted using PVD TiN EWF values from MOS capacitors and Schottky diodes, has demonstrated that the q?SiO2 term is mainly affected by the TiN oxidation at the interface with dielectric. ALD TiN presents pMOS EWF values, its work function values can be tuned by mixing Al into TiN layer; and therefore, nMOS EWF values can also be achieved. With this, titanium aluminum (TiAl), Al and aluminum nitride (AlN) layers were introduced between the high-k (HfO2) dielectric and ALD TiN electrode as Al diffusion sources. The extracted ALD TiN EWF values from MOS capacitors had demonstrated that a decrease of 1.09 eV on TiN EWF can be achieved using TiAl as Al source. Furthermore, a decrease of 0.26 eV and 0.45 eV on ALD TiN EWF were extracted from AlN/TiN structures. Furthermore, the extracted TiN EWF values are suitable for applications on pMOS, nMOS and mid-gap devices, and the Al diffusion is a good method for TiN work function tuning. Moreover, the electrical characterization of FinFET devices had demonstrated that the obtained TiN layers are suitable for CMOS technology. Also, this work contains the development and fabrication of the first FinFET device in Brazil. These devices were fabricated with with Al/TiN/SiO2/Si as gate structure and the electrical performance of these transistors demonstrated that Al/TiN stack is suitable for nMOS applications Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica CNPQ CAPES

Orientador: José Alexandre Diniz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O objetivo deste trabalho é a obtenção e caracterização de filmes finos de óxido de titânio (TiOx) e de óxido de zinco (ZnO) para aplicações em sensores baseados em transistores de efeito de campo elétrico sensíveis a íons (Ion Sensitive Field Effect Transistor- ISFET) e de ondas acústicas de superfície (Surface Acoustic Waves - SAW), respectivamente. Desta forma, dois diferentes tipos de sensores foram obtidos. O primeiro é o sensor químico ISFET, cujos óxidos de porta foram os filmes de TiOx. Os filmes de Ti foram depositados sobre substrato de Si através do método de evaporação por feixe de elétrons, e, através do método de pulverização catódica (sputtering). Em seguida foram oxidados em forno térmico de processamento rápido (RTP). A caracterização estrutural ocorreu através de elipsometria, de microscopia de força atômica, de espectroscopia Raman, de difração de raios-X e de espectroscopia de absorção de raios-X próximo da borda, constatando a estrutura cristalina tetragonal referente à forma rutilo do TiO2. A caracterização elétrica da melhor amostra através da curva C-V demonstrou constante dielétrica igual a 8, densidade de estados na interface da ordem de 10-10eV-1.cm-2 e densidade de corrente da ordem de 10-4A/cm2. O MOSFET apresentou tensão Early da ordem de kV, e, resistência de saída da ordem de M?. Este dispositivo possui tensão de limiar igual a 0,30V, corrente de fuga da ordem de 10-8A e transcondutância igual a 12?S. O ISFET apresentou sensibilidade em corrente de 63?A/pH e sensibilidade em tensão equivalente a 64mV/pH, valor que encontra-se próximo do esperado de 59mV/pH (limite de Nernst). O segundo sensor é baseado em ondas acústicas de superfície. Esta tese se dedicou na integração deste sensor sobre substrato de Si, que não sendo piezelétrico impossibilita a geração de ondas acústicas. Como alternativa, o ZnO, que é piezelétrico, foi depositado sobre um filme fino de SiO2 sobre Si, tornando viável a confecção de dispositivos do tipo SAW e permitindo o estudo do transporte de cargas aprisionadas nos mínimos e máximos do potencial piezelétrico gerado pelo óxido de zinco sobre o Si. O filme de ZnO depositado por sputtering foi analisado por difração de raios-X apresentando orientação cristalina hexagonal na direção (0002). A onda acústica foi analisada através dos parâmetros de espalhamento de rede e por interferometria. Na interface SiO2/Si, onde ocorre o transporte acústico, o campo piezelétrico vale 0,56kV/cm. O valor da velocidade de propagação da onda acústica é igual a 4243m/s (obtida por simulação, considerando a frequência de ressonância dos IDTs igual a 750MHz, e o comprimento de onda acústico igual a 5,6?m). O transporte de pares elétrons-lacunas gerados por laser foi detectado na região de coleção de cargas da junção lateral p-i-n para distâncias superiores a 50?m e para valores de PRF entre -10dBm e 0dBm. Isto resultou na eficiência de coleção de pares em até 12% (laser sobre a junção), e de 3,5% com o laser 50?m distante da junção. O desenvolvimento destes sensores sobre substrato de Si permitirá a integração com circuitos de condicionamento de sinais fabricados em tecnologia CMOS Abstract: The aim of this work is to obtain and characterize thin titanium oxide (TiOx) films and zinc oxide (ZnO) films for applications in sensors based on ion sensitive field effect transistors (ISFET) and surface acoustic waves (SAW), respectively. In this way, two different types of sensors were obtained. The first is the chemical sensor ISFET, with TiOx as gate oxides. Ti films were deposited on Si substrate by electron beam evaporation and sputtering. Then, the Ti films were oxidized in rapid thermal processing oven (RTP). The Structural characterization occurred through ellipsometry, atomic force microscopy, Raman spectroscopy, X-ray diffraction and x-ray absorption near edge spectroscopy, denoting the tetragonal crystal structure of the rutile form of TiO2. Electrical characterization of the best sample through the C-V curve showed dielectric constant equal to 8, interface states density in the order of 10-10eV-1.cm-2 and current density of the order of 10-4/cm2. The MOSFET presented Early voltage in the order of kV, and output resistance in order of M?. This device has threshold voltage equal to 0.30V, leakage current on the order of 10-8A and transconductance equal to 12?S. The ISFET presented current sensitivity equal to 63?A/pH and voltage sensitivity equivalent to 64mV/pH, which is close to the expected 59mV/pH determined by the Nernst limit. The second sensor is based on surface acoustic waves. This thesis was devoted to the integration of this sensor on the Si substrate, which is not piezoelectric and therefore doesn't allow the generation of acoustic waves. Alternatively, the ZnO which is piezoelectric, when deposited on a thin film of SiO2 on Si, make possible the manufacture of SAW devices and allows the study of carriers transport trapped in the minimum and maximum of the piezoelectric potential generated by the zinc oxide on Si. The ZnO film deposited by sputtering was analyzed by x-ray diffraction showing hexagonal crystalline orientation in the direction (0002). The acoustic wave was analyzed through the network analyzer (scattering parameters) and the interferometer. In SiO2/Si interface, where transport occurs, the piezoelectric field is 0, 56kV/cm. the value of the acoustic wave propagation speed is equal to 4243m/s (obtained by simulation, considering the IDTs resonance frequency equal to 750MHz and the acoustic wavelength equal to 5.6?m). The carrier transport of electrons-holes generated by the incidence of a laser was detected in the collection region of the lateral p-i-n junction for distances exceeding 50 ?m and PRF values between-10dBm and 0dBm. This resulted in a collection efficiency up to 12% (laser on the junction), and 3.5% when the laser was 50?m away from the junction. The development of these sensors on Si substrate will allow integration with signal conditioning circuits manufactured in CMOS technology Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutora em Engenharia Elétrica

Orientador: José Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de células fotovoltaicas de junção n+/p em substratos de Si com processos de fabricação totalmente compatíveis com a tecnologia CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Os processos compatíveis desenvolvidos neste trabalho sao as técnicas: i) de texturização da superfície do Si, com reflexao da superficie texturizada de 15% obtida com a formação de micro-pirâmides (alturas entre 3 e 7 ?m), utilizando-se solução alcalina de NH4OH (hidróxido de amônia), que e livre da contaminação indesejável por íons de Na+ e K+ quando se utiliza soluções tradicionais de NaOH e de KOH, respectivamente, e ii) de deposição ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Vapor Deposition) da camada antirrefletora (ARC) de SiNX (nitreto de silício), que e executada em temperatura ambiente, portanto pode ser feita apos a finalização da célula sem danificar trilhas metálicas e alterar a profundidade da junção n+/p. A caracterização desta camada ARC mostrou que o nitreto tem índice de refração de 1,92 e refletância mínima de 1,03%, o que e um excelente resultado para uso em células solares (ou fotovoltaicas). Foram fabricadas cinco series de células fotovoltaicas, utilizando-se a texturização com NH4OH e a camada antirrefletora de nitreto de Si. Em quatro series utilizou-se o processo de implantação de íons de fósforo (31P+), com posterior recozimento, para a formação da região n+, enquanto que na quinta serie foi utilizado o processo de difusão térmica. As eficiências máximas para as células fabricadas são de 9% e de 12%, respectivamente, para as células feitas utilizando os processos de implantação e de difusão térmica, indicando que a implantação de íons causa danos na rede cristalina do silício, que o posterior recozimento não consegue corrigir, o que reduz a eficiência da célula Abstract: This work presents the development of photovoltaic cells based on n+/p junction in Si substrates, with fully compatible fabrication processes with CMOS technology. The compatible processes, which are developed in this study, are the techniques: i) of Si surface texturing, with the textured surface reflection of 15% obtained by the formation of micro-pyramids (heights between 3 and 7 ?m) using NH4OH (ammonium hydroxide) alkaline solution, which is free of undesirable contamination by Na + and K + ions, when NaOH and KOH traditional solutions are used, respectively, and ii) of the ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Vapor Deposition) deposition of SiNx (silicon nitride) anti-reflective coating (ARC), which is carried out at room temperature and can be performed after the end of cell fabrication without damage on metallic tracks and without variation of n+/p junction depth. The ARC coating characterization presented that the silicon nitride has a refractive index of 1.92 and a minimum reflectance of 1.03%, which is an excellent result for application in solar (or photovoltaic) cells. Five series of photovoltaic cells were fabricated, using the NH4OH solution texturing and the silicon nitride antireflective coating. In the first four series, phosphorus (31P+) ion implantation process, with subsequent annealing to get the region n+, was used, while, in the fifth series was used the thermal diffusion process. The maximum efficiency values are of 9% and 12%, respectively, for cells, which were fabricated using the ion implantation and thermal diffusion processes, indicating that the ion implantation damages the silicon crystal lattice and the subsequent annealing cannot rectify, which reduces the cell efficiency Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Peter Jürgen Tatsch, José Alexandre Diniz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de materiais e métodos avançados de fabricação de sensores químicos/bioquímicos. Utilizando equipamentos disponíveis no Centro de Componentes Semicondutores da UNICAMP, foram desenvolvidos e caracterizados filmes finos de alta constante dielétrica e filmes metálicos. Os materiais desenvolvidos foram empregados na fabricação de sensores baseados em transistores de efeito de campo sensíveis a íons (ISFET) e em dispositivos de efeito de campo que incorporam nanoestruturas de carbono como elemento funcional [grafeno (GraFET) e nanotubos de carbono (CNTFET)]. A aplicação dos materiais como camada sensível, dielétrico de porta e eletrodos, assim como a utilização de nanoestruturas, tem por objetivo aumentar a sensibilidade e a biocompatibilidade dos dispositivos, construir dispositivos robustos que possam ser empregados em ambientes agressivos e obter sensores com resposta linear e estável com o tempo e temperatura. Foram fabricados, caracterizados e encapsulados ISFET's com camada sensível constituída por filmes finos de nitreto de silício (SiNx)/nitreto de alumínio (AlN) e com eletrodos formados por filmes metálicos de alumínio. Filmes finos de óxido de titânio (TiOx) e óxido de tântalo (TaOx), cujas características são de interesse para aplicação como filme sensível em determinadas aplicações, também foram estudados. Os filmes foram obtidos pelas técnicas de deposição química em fase vapor (LPCVD), sputtering dc e oxidação térmica rápida (RTO). Foram desenvolvidas técnicas de fabricação de dispositivos de efeito de campo baseados em grafeno e nanotubos de carbono, utilizando como dielétrico de porta os filmes finos desenvolvidos para formar a camada sensível dos ISFET's. Entretanto, os eletrodos foram construídos empregando-se filmes finos de nitreto de tântalo (TaN) depositados por sputtering dc. Filmes sensíveis de SiNx são quimicamente estáveis e tornam os sensores robustos com sensibilidade em tensão próxima ao limite de Nernst (59 mV/pH). Entretanto, a grande sensibilidade em tensão obtida (50 mV/pH) não é transformada em alta sensibilidade em corrente (1,35 ?A/pH), devido ao baixo valor de transcondutância observado (19 ?S). Por outro lado, quando se utiliza AlN depositado a temperatura ambiente, tem-se um baixo valor de sensibilidade em tensão (20 mV/pH) que é transformado em uma alta sensibilidade em corrente (28 ?A/pH), em razão da alta transcondutância dos dispositivos (329 ?S). GraFET's e CNTFET's demonstraram a modulação da corrente entre os eletrodos de fonte e dreno pela ação do campo elétrico perpendicular, aplicado com o auxílio do eletrodo de porta. Entretanto, o efeito de campo observado é ambipolar, ou seja, existem dois regimes possíveis de operação dos dispositivos, um regime dominado pelo transporte de lacunas e outro dominado pelo transporte de elétrons. A característica ambipolar possibilita a detecção de moléculas carregadas positiva e negativamente, enquanto que o baixo coeficiente de temperatura do filme de TaN possibilita a utilização dos dispositivos em processos realizados em altas temperaturas Abstract: The main aim of this work is the development of advanced materials and methods for the fabrication of chemical/biochemical sensors. By using equipments available in the Center of Semiconductor Components of UNICAMP, high dielectric constant thin films and metallic films have been developed and characterized. The materials developed were employed in the fabrication of sensors based on ion-sensitive field effect transistors (ISFET) and in field-effect devices incorporating carbon nanostructures as functional elements [Graphene (GraFET) and carbon nanotubes (CNTFET)]. The application of these materials as sensitive layer, gate dielectric and electrodes, as well as the use of nanostructures, aims to increase the sensitivity and biocompatibility of the devices, to build robust devices that can be used in harsh environments and obtain sensors with linear and stable response over time and temperature. ISFET's with sensitive layer consisting of thin films of silicon nitride (SiNx)/aluminum nitride (AlN) and with electrodes formed by aluminum metallic films were fabricated, characterized and packaged. Thin films of titanium oxide (TiOx) and tantalum oxide (TaOx), whose characteristics are interesting in certain applications, were also studied. The films were obtained by chemical deposition techniques in vapor phase (LPCVD), dc sputtering and rapid thermal oxidation (RTO). Techniques have been developed for manufacturing field effect devices based on graphene and carbon nanotubes, the thin films developed to form the ISFET's sensitive layer were used as gate dielectric. However, the electrodes were built by using thin film of tantalum nitride (TaN) deposited by dc sputtering. SiNx sensitive films are chemically stable and make sensors robust with sensitivity in voltage near to the Nernst limit (59 mV/pH). However, the great sensitivity in voltage (50 mV/pH) is not transformed into high current sensitivity (1.35 ?A/pH), due to the low value of transconductance (19 ?S). On the other hand, when AlN deposited at room temperature is used, a low voltage sensitivity value is obtained (20 mV/pH) that is transformed into a high sensitivity in current (28 ?A/pH), due to high transconductance of the devices (329 ?S). GraFETs and CNTFETs demonstrated the current modulation between the source and drain electrodes by the action of perpendicular electric field, applied with the aid of the gate electrode. However, the field effect observed is ambipolar, in other words, there are two possible operation regime, a regime dominated by the transport of holes and another dominated by transport of electrons. The ambipolar feature enables the detection of positively and negatively charged molecules, while the low temperature coefficient of TaN film allows the use of devices in processes carried out at high temperatures Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: José Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Um amplificador de transimpedância (TIA) de ganho variável é apresentado. Implementado em tecnologia 0,18 'mi'm, o projeto relatado possui a finalidade de prover um amplificador de sustentação para osciladores baseados em ressonadores do tipo MEMS (Micro-Electro-Mechanical System). Entre outros, as peculiaridades de projeto envolvem um desafiante compromisso entre Ganho, Largura de Banda, Ruído e Consumo de potência. Sendo assim, o amplificador foi implementado através do cascateamento de quatro estágios de ganho similares, lançando-se mão de realimentação do tipo shunt-shunt para diminuir as impedâncias de entrada e saída. Através do emprego de um estágio de ganho variável, uma alta faixa dinâmica de ganho é alcançada (53 dB), com um ganho máximo de transimpedância de 118 dB'ômega'...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: A variable gain Transimpedance Amplifier (TIA) is presented. Realized in 0.18 'mi'm technology, this amplifier was conceived with the purpose of providing oscillation sustaining for Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) based oscillators. Facing a quite challenging trade-off between Gain, Bandwidth, Noise and Power consumption, the TIA was implemented through the cascade of four similar gain stages, with the application of shunt-shunt feedback to lower both input and output resistances. With the employment of a variable-gain stage, this TIA presents a large gain tunability of 53 dB, with a also large maximum transimpedance gain of 118 dB'omega'...Note: The complete abstract is available with the full electronic document Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Jose Alexandre Diniz, Davies William de Lima Monteiro Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Sensores de Pixel Ativo (APS) baseados em tecnologia nMOS simples e com alta razão de aspecto podem apresentar boa sensibilidade para fotodetecção e oferecer uma opção de baixo custo para circuitos de sensoreamento de imagens. Neste trabalho são apresentados o leiaute, fabricação e caracterização de fotodiodos, transitores e APSs construídos no Centro de Componentes Semicondutores (CCS). Todas as etapas do projeto foram realizadas no CCS, incluindo as máscaras litográficas, fabricadas em um processo óptico. Foi utilizado um processo nMOS de 5[j,m, de porta metálica, com uma camada de metal para interconexões e apenas quatro níveis de litografia. Os dispositivos apresentam resultados satisfatórios e compatíveis ao comportamento previsto em simulações SPICE, indicando que podem obter bom desempenho em circuitos para aplicações específicas, como sensores ópticos de posição e sensores de frente de onda, em diversas áreas, como astronomia, oftalmologia e microscopia de força atômica (AFM) Abstract: Active Pixel Sensors (APS) based on a simple nMOS technology with high aspect ratio may present good sensitivity to photodetection and offer a low cost option for image sensing circuits. This work presents the layout, fabrication and characterization of photodiodes, transistors and APSs built at the Center for Semiconductor Components (CCS). All the process stages took place in CCS, including the manufacturing of the lithography masks through an optical process. The technology used was an nMOS, 5[j,m, metal gate, with a single metal layer for interconnections and only four lithography levels. The devices presented satisfactory results, compatible to the behavior predicted by SPICE simulations, suggesting a good performance in application specific circuits, such as optical position sensitive detectors and wavefront sensors, and in several fields, such as astronomy, ophthalmology and atomic force microscopy (AFM) Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação Resumo: Filmes isolantes com alta constante dielétrica (high k) para a próxima geração (tecnologia CMOS de 32 nm), tais como óxido de titânio (TiOx), oxinitreto de titânio (TiOxNy), oxinitreto de titânio alumínio (AlxTiwOyNz), nitreto de titânio alumínio (AlxTiwNz) e óxido de titânio alumínio (AlxTiwOy) foram obtidos por evaporação por feixe de elétrons de Ti ou TiAl, com adicional nitretação ou oxinitretação ou oxidação por plasma ECR (Electron Cyclotron Resonance) em substratos de Si. Os filmes foram caracterizados por elipsometria (espessura), espectroscopia de emissão do infravermelho (FTIR) (ligações químicas) e microscopia de força atômica (AFM) (rugosidade da superfície). Os plasmas ECR foram caracterizados por espectroscopia por emissão óptica (OES). Estes filmes foram usados como isolantes de porta em capacitores MOS, que foram fabricados com eletrodos de Al e TiAl. Estes capacitores foram utilizados para a obtenção das medidas de capacitância - tensão (C-V) e corrente - tensão (I-V). Um valor relativo para a constante dielétrica de 3,9 foi adotado para extrair o valor de EOT dos filmes, a partir das medidas C-V sob região de forte acumulação, resultando em valores entre 1,1 nm e 1,5 nm, e densidades de carga efetiva em torno de 1012 cm-2. Das medidas I-V, foram extraídas valores de correntes de fuga através do dielétrico de porta entre 0,02 mA e 20 mA. Os melhores resultados (com correntes de fuga menores que 4 mA e EOT menores que 1,5 nm) foram obtidos pelas estruturas MOS com dielétrico de porta de AlxTiwOy e AlxTiwOyNz. Devido a estes resultados, nMOSFETs com eletrodo de Al e dielétrico de porta de AlxTiwOyNz foram fabricados e caracterizados por curvas características I-V. Foram obtidas características elétricas do nMOSFET, tais como transcondutância de 380 µS e slope de 360 mV/dec. Estes resultados indicam que os filmes AlxTiwOy e AlxTiwOyNz são adequados para a próxima geração de dispositivos (MOS). Abstract: High k insulators for the next generation (sub-32 nm CMOS (complementary metaloxide-semiconductor) technology), such as titanium oxide (TiOx), titanium oxynitride (TiOxNy), titanium-aluminum oxynitride (AlxTiwOyNz), titanium-aluminum nitride (AlxTiwNz) and titanium-aluminum oxide (AlxTiwOy), have been obtained by Ti or Ti/Al e-beam evaporation, with additional electron cyclotron resonance (ECR) plasma nitridation or oxynitridation or oxidation on Si substrates. The films were characterized by ellipsometry (thickness), Fourier Transformed Infra Red (FTIR) (chemical bonds) and Atomic Force Microscopy (AFM) (surface roughness). The ECR plasmas were characterized by optical emission spectroscopy (OES). These films have been used as gate insulators in MOS capacitors, which were fabricated with Al or TiAl gate electrodes. These capacitors were used to obtain capacitance-voltage (C-V) and current-voltage (I-V) measurements. A relative dielectric constant of 3.9 was adopted to extract the Equivalent Oxide Thickness (EOT) of films from C-V curves under strong accumulation condition, resulting in values between 1.1 and 1.5 nm, and the effective charge densities of about 1012 cm-2. From I-V measurements, gate leakage currents through these gate dielectrics between 0,02 mA and 20 mA were extracted. The best results (leakage current lower than 4 mA and EOT thinner than 1.5 nm) were obtained by MOS structures with gate dielectrics of AlxTiwOy and AlxTiwOyNz. Because of these results, nMOSFETs with Al gate electrode and AlxTiwOyNz gate dielectric were fabricated and characterized by I-V characteristic curves. nMOSFET electrical characteristics, such as transconductance of 380 µS and sub-threshold slope of 360 mV/dec, were obtained. These results indicate that the obtained AlxTiwOyNz and AlxTiwOy films are suitable gate insulators for the next generation (MOS) devices. Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Alexandre Diniz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta um método simples de passivação de superfícies semicondutoras III-V de substratos de arseneto de gálio (GaAs) e de heteroestruturas de fosfeto de gálio-índio sobre arseneto de gálio (InGaP/GaAs), que são utilizados em transist res de efeito de campo, MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) e MISFET Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor), e transistores bipolares de heterojunção (HBT), respectivamente. O processo de passivação visa à máxima redução da densidade de estados de superfícies semicondutoras para níveis menores que 1012 cm-2. A alta densidade de estados na superfície do GaAs provoca corrente de fuga nas regiões ativas dos transistores MESFET e HBT, reduzindo o desempenho destes dispositivos. Além disso, impossibilita a formação de dispositivos MISFET sobre os substratos de GaAs, devido à alta densidade de estados na região da interface isolante-semicondutor. Para o estudo da passivação de superfícies, filmes de nitreto de silício (SiNX) são depositados diretam nte por plasma ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Vapor Deposition) sobre substratos de GaAs e heteroestruturas do tipo InGaP/GaAs. Os plasmas ECR foram analisados por espectroscopia de emissão óptica (OES), e identificou-se baixa formação de espécies H e NH na fase gasosa para pressão de processo de 2,5 mTorr. Os filmes de SiNX foram caracterizados estruturalmente por espectroscopia de absorção do infravermelho (FTIR) e por elipsometria, que indicaram, respectivamente, a formação de ligações Si-N e valores de índice de refração es de nitreto de silício. Capacitores MIS e transisto T foram fabricados para avaliar os efeitos da passivação sobre os dispositivos. Os excelentes resultados obtidos, tais como transist o e em torno de 2,0 nos filmres MISFET e HB ores HBT passivados apresentando maiores ganhos de corrente do que os não-passivados, e os transistores MISFET apresentando maiores valores de transcondutância do que os MESFET (que foram usados como dispositivos de controle), indicam que o nosso processo de passivação é muito eficiente, sendo completamente compatível com a tecnologia de fabricação de circuitos integrados monolíticos de microondas (MMIC) Abstract: This work presents a simple passivation method for III-V semiconductor surfaces of gallium arsenide (GaAs) substrates and indium-gallium phosphide on gallium arsenide (InGaP/GaAs) heterostructures, which are us in field effect transistors MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) and MISFET (Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor) and heterojunction bip lar transistors (HBT), respectively. The passivation process aims the maximum reduction of semiconductor surface state density at levels lower than 1012 states/cm2. The high surface state density on GaAs surface produces current leakage in active regions of MESFET and HBT transistors, reducing the device performance. Furthermore, the MISFET device formation on GaAs substrate is not allowed, passivation study, silicon nitride films (SiNX) are deposited by ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Deposition Vapor) plasma directly over GaAs substrate and InGaP/GaAs heterostructures. The ECR plasmas were analyzed by optical emission spectroscopy, (OES), and low formation of H and NH molecules in the gas phase was detected at process pressure of 2.5 mTorr. The SiNX film structural characterization was obtained by infra-red absorption spectrometry (FTIR) and ellipsometry, which, respectively, indicate the Si-N bo tive index values of about 2.0 at the silicon nitride films. MIS cap BT transistors were fabricated to verify the passivation process effect on devices. The excellent results obtained, such as higher and formation and refracacitors, MISFET and H current gain of passivated device compared to unpassivated HBTs and higher transconductances of MISFET devices compared to MESFET (which were used as control devices), indicate that our simple passivation process is very efficient, being fully compatible with monolithic microwave integrated circuits (MMIC) Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Alexandre Diniz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta importantes informações sobre tecnologia THz, atualmente considerada um desafio tecnológico e estado da arte em diversas áreas de desenvolvimento. Com o objetivo de formar um sistema imageador THz, ainda indisponível comercialmente, foram dispensados esforços em diferentes frentes. Câmeras para o infravermelho médio (8 ¿ 14 µm) foram adquiridas, caracterizadas e testadas, com resultados relevantes e inéditos em Física Solar, aplicação considerada para este trabalho. Filtros de malha ressonante para diversas bandas na região THz (centrados em 0,4, 0,67, 0,85, 2, 4 e 8,5 THz) foram projetados, fabricados e testados exibindo excepcional resposta. E finalmente um primeiro protótipo imageador foi montado acoplando os filtros de malha ressonante a câmera IV sem sua óptica original de germânio. As primeiras imagens THz de uma resistência aquecida é apresentada, provando a funcionalidade do conceito original. Os desenvolvimentos e estudos aqui apresentados estarão contribuindo para dois experimentos espaciais recentemente propostos, DESIR ( Detection of Solar eruptive Infrared Radiation) e SIRA (Submillimeter-wave to InfraRed solar Activity emissions), prevendo a utilização de sistemas THz em observações de transientes em plasmas ativos solares em diferentes freqüências, a partir do solo e no espaço Abstract: This work presents important information on THz technology, currently considered a technological challenge and state of the art in different areas of development. To form a THz imaging system, still unavailable commercially, efforts in different fronts had been excused. Cameras for medium IR (8 - 14 µm) had been acquired, characterized and tested, with excellent and unknown results in Solar Physics, application considered for this work. Filters of resonant metal mesh for diverse bands in the THz region (centered in 0,4, 0,67, 0,85, 2, 4 and 8,5 THz) had been projected, manufactured and tested showing excellent results. Finally a first imaging system was mounted connecting the filters of resonant mesh to the IR camera without its original optics of germanium. The first THz images of a warm resistance are presented, proving the functionality of the original concept. The developments and studies presented here will contribute for two space experiments recently considered, DESIR ( Solar Detection of eruptive Infrared Radiation) and SIRA ( Submillimeter-wave you the solar InfraRed Activity emissions), requiring the use of THz systems for observations of transient in solar active plasmas in different frequencies, from the ground and in the space Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Alexandre Diniz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Esta dissertação descreve a obtenção e a caracterização de ultra-finos (5 à 0,5 nm) de oxinitreto de silício (SiOxNy) através da oxidação e/ou nitretação por plasma ECR (Electron Cyclotron Resonance) de alta densidade. O interesse nestes filmes isolantes e nesta tecnologia, que permite reduzir o stress térmico sobre as lâminas, cresce à medida que aumentam os níveis de integração e de complexidade dos atuais dispositivos e circuitos eletrônicos com dimensões menores que 100 nm. Os filmes foram caracterizados por elipsometria, por espectrometria de absorção do infra-vermelho (FTIR) e por microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Os plasmas ECR serão caracterizados por espectroscopia por emissão óptica (OES). A caracterização elétrica será executada por medidas de capacitância x tensão (C-V) e de corrente x tensão (I-V). Para aplicação como dielétrico ultra-fino de porta dos atuais transistores com estrutura MIS, os filmes finos deverão apresentar espessuras equivalentes de óxido menores que 5 nm, ligações Si-O e Si-N que confirmam a formação do SiOxNy e densidade de corrente de fuga menores que 10A/cm2 Abstract:This dissertation describes the formation and the characterization of ultra-thin (5 à 0,5 nm) silicon oxynitride (SiOxNy) films, through the oxidation and/or nitridation by high density ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma. The interest in these insulator films and in this technology, which allows reduce thermal stress on the wafer, grows with the increase of the integration levels and the complexity of the current devices and electronic circuits with dimensions sub-100 nm The films will be characterized by ellipsometry, infra-red spectrometry (FTIR) and ransmission electron microscopy (TEM). The ECR plasmas are going to characterize by optical emission spectroscopy (OES). The electrical characterization is going to be executed by capacitance x voltage (C-V) and the current x voltage (I-V) measurements. For application, as ultra thin gate dielectric of the current transistors with MIS structure, this films should present equivalent oxide thickness (EOT) smaller than to 5 nm, Si-O and Si-N bonds, which confirm the formation the SiOxNy, and gate leakage current densities smaller than 10A/cm2 Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Peter Jurgen Tatsch, Jose Alexandre Diniz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho descreve a obtenção e caracterização de filmes finos e ultra-finos de óxido (SiO2) e oxinitreto de silício (SiOxNy)em sistema "home-made"de plasma remoto (RP) de baixa temperatura. O sistema RP, com gerador de microondas de 2.45GHz e potência de saída de 6OOW,permite a formação de filmes tanto por processos de deposição (RPCVD) como pelo processo de oxidação (RPO). Os filmes foram caracterizados por elipsometria, perfilometria, por taxa de decapagem, microscopia eletrônica de transmissão (TEM), por espectrometria de absorção de intra-vermelho (FTIR), por espectrometria de fotoelétron de raios-x (XPS), por espectrometria de massa do íon secundário SIMS), medidas de capacitância versus tensão (C-V) e medidas de corrente versus tensão (1-V). As espessuras dos filmes produzidos variaram de 3nm a 160nm, as densidades de carga efetivas entre 1.7xl010/cm2eT5xlp12/cm2 e o campo de ruptura dielétrica foi de até 18.3MV/cm...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: This work describes the formation and the characterization of thin and ultra-thin silicon oxide (SiO2) and oxynitride (SiOxNy) films formed by a home-made low temperature remote plasma system (RP). In this system, a 6O0W, 2.45GHz microwave generator, allows the formation of films by deposition (RPCVD) and oxidation (RPO) processes. The films were characterized by ellipsometry, profilometry, etching rate, transmission electronic microscopy (TEM), fourier transform infrared spectrometry (FTIR), x-ray photoeletron spectrometry (XPS), secondary ion mass spectrometry (SIMS), capacitance versus voltage (C-V) and current versus voltage (I-V) measurements. The films presented thicknesses ranging trom 3nm to 160nm, effective charge densities ranging ITom 1.7xlOlO/cm2to 2.5xlO12/cm2and dieletric breakdown fields of 18.3MV/cm...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Doutorado Doutor em Engenharia Elétrica