Responsável: Cláudio Radtke (UFRGS-IQ)

Email: claudio.radtke@ufrgs.br

Resumo: O principal objetivo do presente projeto é a compreensão e o controle de processos químicos que ocorrem nas superfícies e interfaces de materiais bidimensionais utilizados principalmente em nanoeletrônica, mas que também apresentam potencial em outras áreas como energia. Uma das principais características dessa classe de materiais é a elevada relação superfície/volume, a qual exige a utilização de ferramentas de preparação e análise adaptados. Mais especificamente, serão investigadas i) a síntese de dicalcogenetos de metais de transição (WS2 e MoS2) com controle do número de monocamadas formadas e ii) a funcionalização dos materiais sintetizados, visando ao controle de suas propriedades físico-químicas. Já desenvolvemos metodologias para o crescimento desses materiais de maneira organizada sobre substratos cristalinos e a dopagem dos mesmos por via química. Pretendemos expandir tal conhecimento para aumentar a aplicabilidade desses materiais em áreas estratégicas.

Responsável: Rogerio Luis Maltez (UFRGS-IF)

Email: maltez@if.ufrgs.br

Resumo: Nosso foco é na síntese de nano-camadas de semicondutores por feixe de íons.  No IF-UFRGS disponibilizamos de dois aceleradores, um de 500 kV e outro de 3 MV. Estes equipamentos nos possibilitam tanto efetuar dopagens em semicondutores como também modificar substancialmente a sua composição, mediante elevadas doses de implantação. Também nos possibilitam analisá-los composicional e estruturalmente, mediante técnicas de caracterização por feixe de íons, usualmente realizadas no acelerador de mais alta energia.

Com este instrumental realizamos a síntese de 70 nm do semicondutor GaN sobre GaAs (Coelho-Júnior e R. L. Maltez, https://doi.org/10.1016/j.nimb.2019.02.023; Coelho-Júnior, J. H. R. dos Santos, e R. L. Maltez, https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.09.021). O nosso procedimento: deposição por sputtering de 120 nm de Si3N4 sobre GaAs, implantação de N+ em Si3N4/GaAs à 450°C, e recozimento à 850°C sob N2. Acreditamos que, até a data, obtivemos o melhor resultado entre os trabalhos da literatura, que também tentaram realizar sínteses de GaN por feixe de íons. GaN é um material de gap de banda grande e direto com emissão no ultravioleta, sendo que suas ligas com In são largamente empregadas na fabricação de lasers e LEDs azuis. Dentro desse contexto, também realizamos uma caracterização da emissão fotoluminescente de nosso GaN sintetizado (H. Coelho-Júnior e R. L. Maltez,  https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.109727). Observamos emissões do gap de banda (3,4 eV) e também de três bandas de emissões devido à defeitos, amarela (YL), verde (GL) e azul (BL), em intensidades comparáveis. Nos estágios iniciais da síntese de GaN por técnicas de crescimento como MBE e MOCVD, as amostras também apresentavam-se com muitos defeitos e, mesmo assim, LEDs construídos com esses semicondutores eram bastante insensíveis à alta concentração de discordâncias: devido à maior eficiência de captura de portadores pelos centros luminescentes associados à flutuações composicionais de In. No presente estágio da pesquisa, temos por objetivo sintetizar ligas do tipo InxGa(1-x)N, e caracterizar as amostras em termos de sua emissão fotoluminescente.

Em outra frente de pesquisa sintetizamos SiC sobre Si, a partir da implantação de C em SiO2/Si, à 600oC, seguida de recozimento à 1250oC. Estabelecemos aqui um nicho de expertise, onde o trabalho inicial data de 2006 (R. L. Maltez, et al., https://doi.org/10.1063/1.2344813). Recentemente desenvolvemos um novo procedimento para sintetizar SiC a partir de Si (E. Ribas e R. L. Maltez, https://doi.org/10.1016/j.tsf.2021.138702; E. Ribas, H. Boudinov e R. L. Maltez, https://doi.org/10.1016/j.nimb.2019.02.026): SiC é indiretamente obtido pela implantação de C no SiO2 que, após tratamento térmico a 1250 oC, difunde para a interface SiO2/Si onde o sintetiza. Um desafio atual é aumentar o raio de captura do C pela interface, que é muito curto (50 nm). Nosso objetivo é ativar uma difusão de longo alcance por coimplantações de outros elementos dentro da mesma região do C no óxido, ou modificando parâmetros de recozimento ou de implantação.

Em ambos estudos as camadas sintetizadas podem ser reveladas à superfície por remoção das capas superficiais de óxido: remoção de  120-nm-Si3N4, para revelar GaN, e de 240-nm-SiO2, para revelar SiC.

Responsável: Raquel Giulian (UFRGS-IF)

Email: raquel.giulian@ufrgs.br

Resumo: O presente projeto tem como principal objetivo o estudo das propriedades termoelétricas de filmes contendo In, Ga, Sb, Co e Zn fabricados por magnetron sputtering e modificados por irradiação iônica. Filmes de antimonetos (InGaSb) e skutteruditas  (InCoSb) com diferentes concentrações elementares serão depositados por magnetron sputtering e posteriormente modificados por irradiação iônica. A concentração elementar dos filmes será investigada pelas técnicas Rutherford backscattering spectrometry (RBS) e particle induced x-ray emission (PIXE), enquanto que a estrutura cristalina dos filmes será avaliada por grazing incidence x-ray diffraction (GIXRD), antes e depois das irradiações. Microscopia eletrônica também será utilizada para avaliar a possível formação de poros induzidos por irradiação nos filmes. As propriedades termoelétricas serão investigadas com o uso de um equipamento desenvolvido especialmente para esse fim, onde são feitas medidas de tensão e corrente nas amostras enquanto elas são submetidas a um gradiente de temperatura. Esse projeto prevê não somente a obtenção de resultados científicos muito relevantes para o desenvolvimento de tecnologias relacionadas à geração de energia limpa, mas também contribui para a formação de recursos humanos com a participação de estudantes de graduação, mestrado e doutorado.

Responsável: Marcos Vinicius Puydinger dos Santos (UNICAMP-FEEC)

Email: mpuyding@unicamp.br

Resumo: A tensão mecânica (stress), quando aplicada em um material semicondutor, altera sua simetria e, consequentemente, a sua estrutura de bandas, que está relacionada com as propriedades eletrônicas, ópticas e térmicas do material. Nesse sentido, semicondutores tensionados mecanicamente são de grande interesse para aplicações em sensores biomédicos, nanobalanças, acelerômetros, dentre outras aplicações de transdutores. Além disso, os semicondutores tensionados têm sido pensados como novos conceitos de dispositivos para microeletrônica e em sistemas nanoeletromecânicos (NEMS). Entretanto, as plataformas de tensionamento mecânico reportadas na literatura geralmente são baseadas em atuadores externos, o que limita o nível de stress que pode ser aplicado aos dispositivos e suas possíveis aplicações tecnológicas.

Por outro lado, estudos recentes desenvolvidos na Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação (FEEC) e no Centro de Componentes Semicondutores e Nanotecnologias (CCSNano) da UNICAMP demonstraram a engenharia de materiais e processos que possibilitou tensionar nanofios de silício a níveis acima de 6 GPa, próximos do limite teórico para o silício (Spejo et al., J. Appl. Phys. 128, 045704 (2010) https://doi.org/10.1063/5.0013284). Neste sentido, este projeto visa alcançar dois objetivos principais: o primeiro deles é otimizar o processo de fabricação de nanofios de silício já existentes com o intuito de maximizar a tensão mecânica, melhorar o rendimento da produção dessas nanoestruturas e investigar o efeito da piezoresistência gigante no próprio silício, um trabalho inédito na literatura; o segundo objetivo é empregar esses nanofios como plataforma de tensionamento para aplicar stress em materiais bidimensionais (grafeno, MoS2, WTe2, dentre outros) e compósitos. Trata-se de uma plataforma de tensionamento compatível com a tecnologia CMOS e que não necessita de atuadores externos, permitindo gerar stress uniforme e uniaxial em níveis acima dos empregados na indústria.

Portanto, este projeto de pesquisa visa a encontrar a solução para uma questão ainda não resolvida, que é o emprego de altos níveis de stress em materiais bidimensionais e nanofios compósitos. Vale ressaltar que o estudo das propriedades de transporte de nanoestruturas tensionadas é de grande interesse para possíveis aplicações em sensores, químicos e físicos com alta sensibilidade. Este projeto tem grande potencial para gerar resultados de grande impacto científico/tecnológico na área de física dos materiais e de dispositivos.