spi.nano
Luiz Sampaio 
  
Dr Guilhem Larrieu 
email: glarrieu@laas.fr
  
Aos Amigos E Colaboradores 
  
Marcão, Alexandre, Jeovani, Paulo, Roberta, Érico, Léo, Rogélio, Tatinha, Diego, Bruno, Thamis, Maury Carol 
  
Aos Nossos 
  
E Marie 
  
Florisbela 
  
Priscila 
  
Mel 
  
Dr Maéva Collet 
  
Dr Sven Salomon 
  
Yohanna Naiara 
  
Florent Klein 
  
Christophe Seichepine 
  
Liviu Vieu 
  
Guilhem Nicu 
  
Larrieu 
  
Dr N Y Klein 
  
Dr F Seichepine 
  
Prof C Vieu 
  
Dr L Nicu 
  
Rua Doutor 
  
Xavier Sigaud 
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
Large-Scale Assembly of Single Nanowires through Capillary-Assisted Dielectrophoresis

Keywords: nanofios semicondutores e ferromagnéticos, fabricação, alinhamento, semiconductor and ferromagnetic nanowires, fabrication, addressing, electronic transport measurements, nanowire based devices

A nanotecnologia está no centro das tecnologias atuais de forma extremamente crescente e interdisciplinar. Entender a fabricação de nano-dispositivos e caracterizá-los coloca-se junto do conhecimento de como produzir e caracterizar as próprias nano-estruturas como peças chaves no desenvolvimento desta área do conhecimento. Esta tese abordou estudos e dispositivos baseados em nanofios semicondutores (Si, InAs, ZnO) e ferromagnéticos (Co). Foram estudadas técnicas de crescimento dos respectivos nanofios e o seu correto endereçamento, seja para facilitação de medidas e caracterizações, seja para possíveis aplicações em uso industrial de larga escala. As técnicas de crescimento utilizadas foram a de eletrodeposição e CVD. Foram eletrodepositados nanofios de Co com diferentes pHs e conectados por litografia eletrônica. O resultado das medidas permitiu associar o pH da solução com a caracterização da estrutura cristalina. O alinhamento dos nanofios foi feito tanto através da dieletroforese acoplada à montagem capilar, quanto através de nanofios isolados contactados por meio de litografia eletrônica. O contato realizado em nanofios semicondutores foi facilitado pela técnica de silicidação. Para isto foram utilizados dois materiais distintos compatíveis com a tecnologia CMOS, a saber, Pt e Ni. Foi feito um amplo estudo da interface material semicondutor/silicidação, verificando-se uma barreira Schottky para nanofios de Si menor que a presente no caso dos materiais na forma bulk.

No caso de nanofios de InAs um valor de barreira imperceptível foi encontrado e foi constatado que o fio de ZnO era do tipo p.

Os dispositivos fabricados consistiram em transistores em ambas configurações: top-gate e back-gate, válvulas de spin laterais (locais e não-locais) e válvulas confeccionadas a partir de nanofios multicamadas (locais). Foram também fabricados e testados sensores de gás, humidade e luminosidade, todos a base de nanofios semicondutores. Dentro do contexto de válvulas de spin foi estudada a caracterização da interface semicondutor/ferromagnético de forma a associar o valor da altura da barreira Schottky à espessura de SiO 2 , o qual age como barreira túnel. Através das medidas de transistor de efeito de campo (FETs) a base de nanofios semicondures foi possível verificar o tipo de portadores de carga para cada material, extrair sua mobilidade, voltagem de threshold, entre outros. Os sensores fabricados foram feitos de nanofios de Si, InAs e ZnO, com o intuito de serem usados como sensores de luminosidade, humidade e gases. Foi verificada a sensibilidade do nanofio de ZnO para intensidade luminosa, nanofios de Si e InAs tanto à humidade quanto à detecção de gases poluentes, a exemplo, NO 2 . vi

Lista de Figuras

2.8

Figura esquemática do processo de deposição por puverização catódica. . . 2.9 Esquema de funcionamento do elipsômetro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10 Esquema de funcionamento de um perfilômetro mecânico. . . . . . . . . . .

2.11

Esquema mostrando um feixe de raio X de baixo ângulo incidindo sobre a amostra e sendo refletido, e logo após, sendo capturado pelo detector. . . . 2.12 Esquema de funcionamento de um forno RTA. . . . . . . . . . . . . . . . . ix x 2.13 Esquema de funcionamento de um SEM. O feixe de elétrons é gerado no canhão, depois percorre toda coluna do microscópio antes de atingir a amostra, sendo focalizado pelas lentes magnéticas (bobinas magnéticas). . . . . 2.14 O feixe interage com a amostra. Dependendo da inclinação é possível gerar maior quantidade de sinal e melhorar o contraste topográfico. . . . . . . . 2.15 Efeito de borda. As bordas apresentam maior quantidade de sinal gerado. . 2.16 Esquema de funcionamento de um TEM. Os elétrons emitidos são acelerados a uma alta voltagem, passam por várias lentes magnéticas e são focalizados na amostra, atravessando-a. Logo após, incidem em uma tela de fósforo permitindo a observação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.17 Estação Cascade de medidas elétricas. Equipamento para medição a quatro pontas, com a amostra podendo ser medida em diferentes tipos de atmosfera.

2.18 Equipamento SUSS Microtec para medição de transporte eletrônico. . . . .

a)

Visão geral da montagem experimental do sistema de medição de transporte elétrico, criostato + bubinas magnéticas. b) Visão superior da amostra localizada no centro das bubinas magnéticoas. c) Equipamento KEPCO, fonte de corrente para aplicação de cmapo magnético. d) Equipamentos de controle de temperatura, aplicação de corrente e medição de voltagem. . . 2.20 Equipamento utilizado para caracterização de materiais sob atmosfera gasosa.

3.1 À esquerda: membrana de policarbonato com poros de 30 nm de diâmetro e espessura de 6 μm. À direita: deposição de um camada de ouro com espessura de ∼ 200 nm [2] 

3.11

Esboço dos eletrodos de DEP. Os dois quadrados nas diagonais são os pads que tornarão possível a aplicação de corrente alternada nos eletrodos de forma a polarizar os nanofios, atraindo-os para as posições desejadas. . . . 3.12 À esquerda, substrato de silício com 24 células para alinhamento de nanofios por DEP acoplada à montagem capilar. À direita, imagem feita com microscópio de varredura dos eletrodos e também dos contatos. . . . . . . .

3.13

Visão lateral do processo, esquemático, de fabricação dos eletrodos. . . . . 

3.26

Esquema do processo de fabricação dos pads de contato para silicidação. . 3.27 À esquerda, esquema de silicidação, difusão do metal dentro do nanofio. À direita, imagem de um nanofio de Si onde foi realizada a silicidação de Ni.

3.28 Esquema do processo de fabricação dos grandes pads de contato. . . . . . . 

Gráfico

Arrhenius plot da amostra que foi feita limpeza com HF. . . . . . . 4.42 À esquerda, gráfico Arrhenius plot com as alturas de barreira Schottky. À direita, gráfico de R sch ×t da amostra que foi feita limpeza com HF. . . . .

Gráfico

IxV em diferentes temperaturas para dispositivos nos quais os fios de Si que não passaram pelo procedimento de limpeza com HF. . . . . . . 4. [START_REF] Liu | Lateral spin injection in germanium nanowires[END_REF] Gráfico Arrhenius plot da amostra que não foi feita limpeza com HF. . . . 4.45 À esquerda, gráfico Arrhenius plot com as alturas de barreira Schottky. À direita, gráfico de R sch ×t da amostra que não foi feita limpeza com HF. . . 4.46 À esquerda, fio com limpeza de HF, medido a temperatura ambiente, aplicando 1 nA. À direita, fio sem limpeza de HF, medido a 6 K, aplicando 0,1 nA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.47 À esquerda, fio de Si dopado, medido a temperatura ambiente, aplicando 0,1 μA. À direita, fio de InAs, medido a 6 K, aplicando 5 nA. . . . . . . . Já no próprio artigo onde descreve as relações entre miniaturização, decréscimo do tamanho, custos e densidade de elementos, Moore aponta os elementos semicondutores como largamente predominantes no desenvolvimento da frente tecnológica. Entretanto, em linhas atuais é possível perceber o comando dos semicondutores não só na integração de componentes microeletrônicos, mas em todas as correntes tecnológicas atuais, caminhando com as pernas futuristas da nanotecnologia [5] As propriedades físicas dos materiais mudam, em geral, de acordo com a dimensionalidade e alguns fenômenos só se manifestam em escala nano. Ao lado das tão promissoras propriedades dos semicondutores, nanofios metálicos vêm se apresentando como ótimos candidatos para filtros de microondas, diversos tipos de sensores e, muito fortemente, para aplicações em armazenagem de dados. Nanofios magnéticos, com uma especial atenção para nanofios de Cobalto, podem ser até mesmo, utilizados em aplicações de bioengenharia como na separação de células [7]. Formas de fabricação de nanofios magnéticos que têm sido usadas de maneira usual são, por exemplo, montagem assistida por campo magnético [8,9] e eletrodeposição [10,11,12,13,14]. Uma das grandes chamarizes para a utilização do cobalto é a alta anisotropia da fase hcp, a qual é bastante interessante para aplicações em dispositivos de memórias. Conjuntos de nanofios de cobalto com alta coercividade se mostram muito promissores para a utilização em dispositivos de memoria de alta densidade.

Dentro da grande explosão de importância da nanociência e da nanotecnologia, certamente os nanofios tomam grande papel e responsabilidade. Nanofios tendem a preservar (e otimizar) as propriedades já encontradas na versão bulk do material, ou até mesmo apresentar novas propriedades e fenômenos. Nanofios são, em geral, crescidos por técnicas usualmente utilizadas, como por exemplo:

-o método de Vapor-Liquid-Solid (VLS), no qual nanocristais de ouro são utilizados para a nucleação dos nanofios [15],

-técnicas Molecular Beam Epitaxy (MBE), a qual permite não só uma altíssima pureza, como também a incorporação de diferentes materiais no nanofio [16], dentre outras técnicas.

Em resumo, podemos usar as seguintes estratégias para atingir o desejado crescimento unidimensional (figura 1.2):

-o uso de uma estrutura de rede cristalina intrinsecamente anisotrópica para guiar o crescimento,

-o uso de uma interface líquido-sólido para amortecer a simetria da semente de crescimento,

-o uso de moldes feitos de estruturas unidimensionais nas quais os fios crescerão, -controlar a supersaturação para modificar a direção de crescimento da semente, -balancear os reagentes para controlar cinematicamente a velocidade de crescimento nas direções das diferentes faces da semente, -auto-organização de estruturas 0 dimensionais, -redução do tamanho de estruturas já unidimensionais.

Figura 1.2: Processos de crescimento de um nanofio.

unidimensionais. Dentre as técnicas de alinhamento de nanofios podemos citar algumas baseadas em processos de nanofabrição:

-suporte poroso de alumina / membrana porosa de policarbonato para eletrodeposição guiada de nanofios [17,18] -técnica de Langmuir-Blodgett [19],

-técnica por micro-fluídos [20],

-Dieletroforese assistida por montagem capilar [1].

Certamente as pedras fundamentais da nanociência baseada em nanofios são a sua produção e endereçamento eficientes. Uma vez capazes de tais controles, passa a ser possível a manufatura de diversos dispositivos nanoestruturados. Entre estes podemos destacar:

Sensores de gás:

As estruturas quase unidimensionais dos nanofios se mostram particularmente interessantes para a utilização como sensores de gás. A atratividade vem em virtude da altíssima razão área de superfície/volume [21,22], o que faz com que as propriedades elétricas dos nanofios sejam extremamente sensíveis à adsorção de moléculas na superfície [21]. Isso pode ser entendido, por exemplo, percebendo-se que a condutividade será reduzida devido a um espalhamento dos elétrons de condução pelas moléculas do material adsorvido [21].

Nanofios semicondutores têm sido amplamente estudados para o sensoriamento químico e biológico. Lieber e colaboradores, por exemplo, ao modificarem a estrutura cristalina de nanofios semicondutores, foram capazes de implementá-los como sensores a tempo real para pH e moléculas biológicas [23]. Além da enorme sensibilidade como sensores, destaca-se também uma velocidade de resposta extremamente veloz dos sensores a base de nanofios, cuja ordem de grandeza atinge cifras como 75 ms [22]. O tempo de resposta, a altíssima sensibilidade de sensoriamento e as minúsculas dimensões fazem com que sensores a base de nanofios sejam, inclusive, ótimos candidatos para diagnósticos invivo.

Além da resposta à moléculas adsorvidas, nanofios podem ter uma ótima natureza foto-condutiva. A título de exemplificação, Yang e colaboradores mostraram serem capazes de igualmente favorecer seja a adsorção de moléculas pela superfície do nanofio, seja a dessorção das mesmas [24]. Todo o processo acontece a temperatura ambiente. No caso foram testados nanofios de SnO 2 sensoriando um ambiente gasoso de NO 2 , e suas propriedades optoeletrônicas foram estudadas para uma incidência luminosa no espectro do ultra-violeta próximo do gap de banda do SnO 2 . A figura 1.3 mostra a resposta típica desse nanosensor varrendo desde ar puro a uma concentração de 3 ppm de gás.

Figura 1.3: Sensor de gás a base de nanofios.

Seguindo a idéia de um dispositivo a base de nanofios que responda eletricamente a uma mudança de algum fenômeno específico de interesse, podemos colocar ao lado de sensores de gás nanofios sendo estudados como sensores de luz e humidade [25,26,27,28,29].

No caso de sensores de luminosidade, quando um material semicondutor é exposto à luz, mais elétrons serão capazes de sobrepujar o gap de energia. A maior concentração de portadores de carga livres resulta em uma subsequente redução da resistência total do material. Essa propriedade não se encontra presente só na forma bulk, como também é fundamental na física de mais baixa dimensionalidade dos nanofios.

Válvulas de Spin

Cunhado em 91 por Dieny et al. [30] no contexto da magnetorresistência gigante, o nome válvula de spin invocava uma analogia com a física da magnetorresistência de tunelamento quântico. O conceito se baseia, em termos gerais, na junção de três materiais, onde nas extremidades encontramos dois materiais ferromagnéticos, F1 e F2. A resistência do dispositivo pode ser modificada através do controle da orientação relativa entre as magnetizações M1 e M2. Uma das utilizações para válvulas de spin é a construção de memórias não voláteis [31,32], uma vez que, em configurações específicas, a direção relativa entre M1 e M2 pode ser mantida até mesmo sem a presença de uma fonte de potência externa. Utilizando-se semicondutores na junção foi mostrado ser possível utilizar-se controle ótico para controlar as magnetizações ou controle elétrico, aplicando-se uma voltagem [33,34,35,[START_REF] Ohno | Electric-field control of ferromagnetism[END_REF][START_REF] Park | Effects of groove depth and patterned permalloy film on magnetization switching of lpe-garnet pixels for use in magneto-optic spatial light modulators[END_REF] no gate para realizar a troca entre estados magnéticos e paramagnéticos. Atualmente dois grandes desafios são a manutenção da correntes spin-polarizadas geradas e transmitidas ao longo do dispositivo à temperatura ambiente e sermos capazes de gerar as mesmas através de junções feitas a partir de diferentes materiais, uma vez que as propriedades magnéticas da superfície da junção podem diferir bastante das dos materiais na forma bulk.

A capacidade da geração de correntes spin-polarizadas coloca essas hétero-estruturas com papel de destaque no emergente campo da spintrônica [START_REF] Gary | Spin-polarized transport[END_REF][START_REF] Žutić | Spintronics: Fundamentals and applications[END_REF]. Quando pensamos em dispositivos unidimensionais, novamente salta os olhos a idéia de dispositivos a base de nanofios. No caso de contatos metálicos em nanofios semicondutores vários estudos vêm sendo reportados na literatura sobre dispositivos de válvula de spin locais e não-locais [START_REF] Heedt | Electrical spin injection into inn semiconductor nanowires[END_REF][41], ou mesmo no caso de válvulas de spin em nanofios multicamada. As primei-ras investigações de contatos ferromagnéticos em nanofios semicondutores foi feita por Zwanenburg e colaboradores [START_REF] Zwanenburg | Electric field control of magnetoresistance in inp nanowires with ferromagnetic contacts[END_REF] em nanofios de InP. Pode-se mostrar que em sistemas de nanofios semicondutores III-V a relaxação do spin na corrente spin-polarizada é consideravelmente suprimida [START_REF] Chao | Waveguide diffusion modes and slowdown of d'yakonov-perel' spin relaxation in narrow two-dimensional semiconductor channels[END_REF]. No caso de semicondutores do grupo IV, por sua vez, pode-se mostrar a presença de um tempo de vida do spin e um comprimento de difusão extremamente longos [START_REF] Liu | Lateral spin injection in germanium nanowires[END_REF].

Transistores:

Dispositivos feitos a partir de nanofios vêm apresentando enorme destaque na área de nanociência e nanotecnologia [START_REF] Xiang | Ge/si nanowire heterostructures as high-performance field-effect transistors[END_REF][START_REF] Fan | Zno nanowire field-effect transistor and oxygen sensing property[END_REF][START_REF] Zheng | Synthesis and fabrication of highperformance n-type silicon nanowire transistors[END_REF]. Dentre eles, transistores baseados em nanofios semicondutores têm chamado enorme atenção. Com estes dispositivos podem ser construídas portas lógicas e processadores muito mais rápidos e com um consumo de energia muito menor. Além disso, por conta da arquitetura nano, a densidade de elementos lógicos passíveis de serem inseridos em um determinado circuito aumenta extremamente.

Os chamados transistores por efeito de campo (FETs) são constituídos por um dreno, uma 

Eletrodeposição

Uma técnica muito versátil e de baixo custo é a eletrodeposição de nanofios em suportes de alumina e policarbonato porosos [START_REF] Schönenberger | Template synthesis of nanowires in porous polycarbonate membranes:â electrochemistry and morphology[END_REF][START_REF] Evans | Current perpendicular to plane giant magnetoresistance of multilayered nanowires electrodeposited in anodic aluminum oxide membranes[END_REF][START_REF] Saedi | Electrodeposition of ni-fe-co alloy nanowire in modified {AAO} template[END_REF][START_REF] Routkevitch | Electrochemical fabrication of cds nanowire arrays in porous anodic aluminum oxide templates[END_REF][START_REF] Wang | Non-aqueous cathodic electrodeposition of large-scale uniform zno nanowire arrays embedded in anodic alumina membrane[END_REF][START_REF] Yin | Fabrication of highly ordered metallic nanowire arrays by electrodeposition[END_REF]. A eletrodeposição trata-se de um processo eletroquímico que permite o crescimento de estruturas sólidas em uma No eletrólito acontece a movimentação dos íons, motivada pela corrente elétrica aplicada entre os eletrodos. Quando se aplica uma corrente negativa, os íons do metal presente na solução mais próximos à interface do eletrodo de trabalho irão sofrer um processo de redução, de acordo com a equação [START_REF] Avelino | Electrodeposition. Encyclopedia of Chemical Processing[END_REF] abaixo:

M n+ + ne -→ M 0 (2.1)
onde M n+ é o íon do metal de interesse, ne -o número de elétrons recebido e M 0 é o átomo do metal depois de ter sofrido a redução sendo depositado no eletrodo. Como o eletrodo de trabalho irá ceder elétrons aos íons metálicos, ele deve possuir uma base condutora para o processo de redução acontecer. Para produzir o eletrólito (solução aquosa) é utilizado um sal metálico, o qual é constituído geralmente por um metal de interesse juntamente com o sulfato. No contra-eletrodo ocorre o processo de oxidação, já que a oxidação do radical sulfato é muito energética para acontecer, logo, em uma solução aquosa, se tratando de um eletrodo inerte o processo mais provável é a oxidação da água: Além de ser uma técnica de baixo custo, a eletrodeposição é muito útil para a fabricação tanto de nanofios metálicos como semicondutores, e também nanofios bicamadas ou multicamadas. A manipulação/medição dos nanofios pode ser feita com os mesmos dentro da própria membrana (policarbonato ou alumina) onde foram crescidos, ou após um processo de montagem em substrato e técnicas de litografia para conectá-los. A vantagem de utilizar a membrana de policarbonato é a sua facilidade de manuseio por ser flexível e resinante ao contrário da membrana de alumina que é muito quebradiça. Para o cres-cimento dos nanofios de cobalto utilizou-se membranas de policarbonato porosas como suporte.

H 2 O → 2H + + 1 2 O 2 + 2e - (2.

CVD

Trata-se de uma técnica muito difundida para o crescimento de nanoestruturas, a qual oferece uma alta qualidade e performance [START_REF] Pai-Chun | Zno nanowires synthesized by vapor trapping cvd method[END_REF][START_REF] Fu | Synthesis of silicon carbide nanowires by {CVD} without using a metallic catalyst[END_REF][START_REF] Wang | High-quality gan nanowires synthesized using a cvd approach[END_REF]. Esta técnica utiliza nanopartículas de ouro como catalizadoras no processo de crescimento de nanofios. 

Automontagem: dieletroforese associada à montagem capilar

Os nanofios após crescidos passam por um processo de montagem no substrato escolhido.

O processo de montagem dos nanofios pode ser feita através da automontagem ou da montagem feita através do gotejamento de nanofios no substrato, posicionados de forma aleatória. A automontagem e o endereçamento dos nanofios em um substrato de maneira a obter milhares de nanofios alinhados foi possível utilizando a técnica da dieletroforese acoplada à montagem capilar [1].

O processo da dieletroforese tem por base a atração de partículas dielétricas ou eletri- e a rápida evaporação auxiliada pela temperatura, faz com que a força de arraste se torne menor, prevalecendo assim a forca de dieletroforese. Além disso, a utilização da montagem capilar faz com que a densidade de nanofios próximos aos eletrodos aumente, aumentando-se a chance de serem atraídos pela força de dieletroforese. Com a litografia óptica a exposição do wafer se torna muito mais rápida, uma vez que, a radiação passa por todo retículo ao mesmo tempo e imprime o desenho no substrato em poucos segundos. Esses desenhos podem ser impressos em wafers de quatro e seis polegadas de diâmetro. Essa técnica é amplamente utilizada para a micro e nanoeletrônica, pois, permite que a sua produção seja feita em larga escala.

Fabricação dos eletrodos da DEP e dos contatos

Litografia eletrônica

A utilização da litografia óptica é mais comum em sistemas onde os nanofios estão posicionados nos lugares específicos, pois as máscaras (retículos) para fazer a conexão dos mesmos já foram previamente fabricadas, e não é possível a alteração da máscara sem que seja fabricada uma nova. Logo, para os nanofios colocados de forma aleatória no substrato através de gotejamento é extremamente necessário o uso da litografia eletrônica.

A litografia eletrônica faz uso de um feixe de elétrons colimado para escrever ou desenhar os contatos sobre a amostra. A amostra deve estar recoberta com material sensível ao feixe de elétrons, resina (tal como na litografia óptica, guardada as proporções), para a impressão do pradão desejado. No momento da exposição é possível desenhar -o desenho é previamente definido em um arquivo próprio -na amostra de duas maneiras, uma controlando o feixe de elétrons e outra controlando a base onde se encontra a amostra, o porta amostra. Um resina positivo comumente utilizado é o PMMA, um polímero de cadeia longa. Sua exposição ao feixe de elétrons (figura 2.5) faz com que haja o rompimento de sua cadeia longa em pequenos fragmentos, sendo assim, facilmente removido por meio de um solvente revelador. Após a revelação, os espaços em aberto são preenchidos pela deposição de um material específico. Na sequência é realizado o lift-off, removendo o restante do resina. Assim, como produto deste processo é obtido o padrão desenhado.

Figura 2.5: Processo esquemático de fabricação de amostra por meio do processo de litografia por feixe de elétrons.

Essa técnica tem uma resolução de alguns nanometros e para que haja a exposição o feixe necessita varrer a amostra parte por parte diferentemente da litografia óptica que expõe todo o padrão de uma só vez, por isso, ela se torna uma técnica com maior demanda de tempo e consecultivamente mais cara, utilizada mais comumente para estudos científicos do que processos industriais.

Feixe de íons focalizados

O feixe de íons focalizados (FIB) é um instrumento que, diferentemente da microscopia eletrônica de varredura que utiliza um feixe de elétrons para estudar a topografia da amostra, utiliza um feixe de íons de gálio para depositar ou remover material. Utiliza-se gálio pela mais conveniente construção de sua fonte de íons. 

Deposição de Materiais

Basicamente a deposição dos materiais usados na fabricação dos eletrodos de alinhamento e dos acessos eletrônicos foram feitos utilizando dois equipamentos: uma evaporadora e um sputtering. Logo na sequência descreveremos os princípios básicos de funcionamento de ambos os equipamentos. 

Evaporadora -PVD (physical vapor deposition)

Medida da Espessura dos Filmes

Três diferentes equipamentos foram utilizados para verificar a espessura do material depositado sobre a amostra, foram eles: elipsômetro, perfilômetro e raio x.

Elipsômetro

O elipsômetro trata-se de uma técnica óptica não destrutiva. Ela utiliza uma fonte de luz bem conhecida incidindo sobre a amostra em ângulo oblíquo (figura 2.9 Figura 2.9: Esquema de funcionamento do elipsômetro.

Perfilômetro

O perfilômetro mecânico utiliza uma fina ponta para varrer a amostra e fornecer informação sobre a topografia da superfície (figura 2.10). Ele é utilizado principalmente para a medição de espessura de filmes finos depositados sobre a superfície da amostra. A espessura é estimada de acordo com a variação entre duas superfícies de alturas diferentes, fornecendo assim, a espessura desejada. 

Refletividade de raio X -XRR

Com a técnica de reflexão de raio X de baixo ângulo é possível calcular a espessura do material através da obtenção das intensidades dos picos de reflexão [START_REF] Yasaka | X-ray thin-film measurement techniques[END_REF]. Utiliza-se uma fonte de raio X proveniente de um alvo de cobre cujo comprimento de onda é 1,54056 Å para incidir sobre a amostra. Os feixes refletidos são dados pela lei de Bragg nλ = 2d sin Θ.

(2.3)

Os raios X incidem sobre a amostra com inclinação Θ, os raios refletidos são varridos em um intervalo 2Θ pelo detector (figura 2.11) e como resultado tem-se um gráficos de intensidade de reflectividade por ângulo 2Θ. Assim, após alguns cálculos pode-se obter o valor da espessura do material depositado sobre a amostra.

Figura 2.11: Esquema mostrando um feixe de raio X de baixo ângulo incidindo sobre a amostra e sendo refletido, e logo após, sendo capturado pelo detector.

Tratamento Térmico -RTA

Com o intuito de isolar os eletrodos da DEP utilizou-se um tratamento térmico sobre a fina camada de HSQ (capítulo 3) também conhecido como RTA (Rapid Thermal Annealing).

Outra ocasião em que utilizou-se o RTA foi no momento de conectar os nanofios, a alta temperatura fez com que o metal depositado sobre os mesmos fosse difundido, melhorando assim, a superfície de contato.

Uma grande vantagem desse método é a alta taxa de aquecimento que pode variar entre 20 a 120 • C/s, podendo permanecer por poucos instantes em um temperatura bem controlada. Para que haja o rápido aquecimento são utilizadas lâmpadas de halogêneo. O fluxo controlado de nitrôgenio e H 2 (3%)N 2 (97%) é uma outra facilidade. A figura 2.12 mostra um esquema de como é a parte interna de um RTA.

Figura 2.12: Esquema de funcionamento de um forno RTA [61].

Caracterização Estrutural e Morfológica

Durante o estudo aqui apresentado utilizou-se diferentes equipamentos para realização das análises morfológicas e estruturais das amostras, tais como: o microscópio eletrônico de varredura e o microscópio eletrônico de transmissão em alta resolução. Para analisar o composto químico dos nanofios foi utitilizado o equipamento para a espectroscopia de energia dispersiva.

Microscopia Eletrônica de Varredura -SEM

A microscopia eletrônica de varredura (SEM) é uma técnica que permite o estudo da topografia, composição química e estrutura cristalina do material observado. O microscópio funciona da seguinte maneira: um feixe de elétrons originado por uma fonte, a fonte ou canhão, pode ser de tungstênio, hexaboreto de lantânio (LaB 6 ) ou de emissão por campo (FEG), é colimado por um conjunto de lentes magnéticas e incide no substrato efetuando uma varredura na amostra (figura 2.13). Esse feixe é muito energético, variando entre 0,5 a 40 keV e com resolução máxima entre 0,4 e 5 nm. Ao incidir na amostra o feixe de elétrons gera muitos sinais, tais como: elétrons secundários (SE), elétrons retroespalhados (BE), raios X, elétrons Auger e luz. Os elétrons secundários são provenientes das bandas de valência ou de condução dos átomos. Após a interação dos elétrons do feixe com os átomos da amostra, esses elétrons ganham energia suficiente para serem ejetados da amostra. Note que, como estes elétrons possuem pouca energia (≤ 50 eV), só podem escapar estando muito próximos à superfície [START_REF] Williams | Transmission Electron Microscopy[END_REF]. Assim, os elétrons secundários fornecem grande informação a respeito da topografia do material.

Na figura 2.14 está representado, esquematicamente, a forma com que o feixe de elétrons interage com a amostra. A região mostrada abaixo da superfície da amostra é chamada Na figura 2.15 é ilustrada uma representação do sinal gerado pelas bordas. Neste caso, as bordas por serem superfícies mais inclinadas do que o plano da figura anterior, apresentam uma maior quantidade de SE. Isso acontece, pois, as partes mais profundas do garrafão estão próximas à superfície da amostra, facilitando ainda mais a saída de SE. As bordas sempre apresentam uma região mais clara na imagem, exceto quando a voltagem for muito alta, quanto maior a voltagem, maior é a energia dos elétrons incidentes, aumentando consideravelmente a quantidade de sinal gerado por todas as regiões da amostra, não possuindo distinção (contraste topográfico) entre elas. Esse efeito é chamado de efeito de borda.

Os elétrons retroespalhados são os elétrons incidentes do feixe que ao encontrar-se com a amostra sofreram espalhamento e saíram em sentido oposto à incidência, os espalhamentos podem ser elásticos ou inelásticos, este último ocorre com uma perda muito baixa de energia. Com o sinal de BE podemos distinguir, porém não especificar, diferentes elementos químicos presentes na amostra através do contraste por número atômico. Quanto maior for o número atômico (número de elétrons em um átomo) da região exposta ao feixe, mais elétrons serão retroespalhados, assim, maior será a quantidade de sinal recebida no detector, deixando a imagem desta região mais clara.

Os raios X podem ser classificados como: característico ou contínuo. Quando um elétron do feixe transfere energia e arranca um elétron das camadas mais internas do átomo, esse átomo ionizado ao voltar para seu estado fundamental irá emitir energia no espectro de raios X. Esse é o chamado raio X característico. O raio X contínuo tem origem na brusca desaceleração dos elétrons ao se chocarem com os átomos da amostra. Esse não é utilizado para fazer a espetroscopia de energia dispersiva, pois sua energia não caracteriza nenhuma transição eletrônica.

O raio X característico gerado no interior do átomo pode ser absorvido por um elétron das suas camadas energéticas mais externas, assim, ganhará energia suficiente para ser ejetado do átomo. Esses são os chamados elétrons Auger e possuem energia entre centenas de eV e poucos KeV, podendo ser facilmente absorvidos pela amostra. A interação do feixe com determinadas amostras também pode gerar a emissão de luz, e este sinal pode ser muito importante em determinados estudos.

Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução -HRTEM

Na microscopia eletrônica de transmissão (TEM) o feixe de elétrons incidente atravessa a amostra diferentemente da SEM, na qual, os elétrons efetuam uma varredura sobre sua superfície sem atravessá-la. Por esse motivo, a amostra para ser analisada no TEM deve ser fina o suficiente (< 100 nm) para que haja o menor número de colisões. Quanto menor for o número de espalhamentos na amostra mais precisa será a informação obtida.

Os sinais advém dessa interação feixe-amostra que podem ser resultantes dos processos elásticos ou inelásticos. Essa técnica é frequentemente utilizada para estudos das composições química e da estrutura cristalina do material observado. O estudo das composições químicas é feita pela espectroscopia de perda de energia de elétrons (EELS) e também pela espectroscopia de energia dispersiva (EDS), que serão descritas nas próximas seções.

A estrutura cristalina é estudada e definida a partir do padrão de difração de elétrons, como veremos mais detalhadamente no capítulo seguinte.

A figura 2.16 ilustra as peças principais que compõem o microscópio de transmissão.

Na parte superior está o canhão emissor de elétrons, FEG ou LaB 6 . Os elétrons são acelerados por um potencial elevado que pode variar de 80 a 400 kV, dependendo do tipo de canhão utilizado. Na sequência, a colimação e focalização do feixe é feita por um sistema composto por dois conjuntos de lentes condensadoras (lentes magnéticas feitas de bobinas magnéticas) e uma abertura. Logo abaixo da amostra estão as lentes objetivas (lentes magnéticas) que permitem a observação do plano onde se forma o padrão de difração ou do plano imagem da amostra observada; mas para isso se faz necessária a utilização de uma abertura. Na parte inferior do microscópio, há uma tela de fósforo que nos permite observar tanto o padrão de difração quanto a imagem.

A microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM), como o próprio nome retrata, está relacionada à resolução que o microscópio pode alcançar, assim, com a sua utilização podemos ver um padrão de difração diretamente da imagem. Um microscópio eletrônico típico pode alcançar uma resolução máxima de 2 Å enquanto um microscópio eletrônico de alta resolução pode atingir 0,8 Å quando utilizado no modo STEM (mi- croscópio eletrônico de transmissão-varredura) com corretor de aberração esférica para Cs [START_REF] Farina | Uma Introdução à Microscopia Eletrônica de Transmissão[END_REF] ou também no modo TEM com corretor na lente objetiva. No capítulo 4, resultados sobre a estrutura cristalina dos nanofios de cobalto serão mostrados com imagens obtidas por um microscópio eletrônico de alta resolução.

Na imagem obtida a partir do HRTEM podemos observar contrastes diferentes, são dois deles: o contraste de massa-espessura e o contraste de fase. Quanto maior for o número atômico Z dos elementos que compõem a amostra, mais os elétrons incidentes irão sofrer espalhamento, diminuindo a taxa de elétrons transmitidos por ela; o mesmo acontece se a amostra for muito espessa e/ou muito densa, gerando assim, um contraste na imagem chamado contraste de massa-espessura.

Quando os elétrons do feixe incidem na amostra, são difratados pelos átomos da rede cristalina, os quais funcionam como centros espalhadores. Essa difração somente irá aparecer na imagem caso a condição de Bragg seja satisfeita, havendo assim, uma interferência construtiva das funções de onda dos elétrons espalhados. Esses elétrons espalhados terão uma fase diferente daqueles que passaram pela amostra sem terem sido espalhados, assim, eles podem interferir entre si construtivamente ou destrutivamente, formando no plano imagem uma sequência periódica de pontos claros ou escuros, dando origem ao chamado contraste de fase. Essas imagens fornecem informações a respeito da periodicidade da rede cristalina. Caso a incidendência dos elétrons do feixe seja paralela ao eixo de zona do cristal a imagem gerada mostrará um centro de simetria do arranjo cristalino. Assim, a imagem de alta resolução -onde podemos observar na imagem os planos cristalinos -fornecida a partir da utilização do HRTEM (feixes paralelos) pode fornecer informações decorrentes do contraste de fase e não somente da estrutura cristalina "real", posição efetiva dos átomos no cristal.

Caracterização de Transporte Eletrônico

Para a caracterização eletrônica foram utilizados diferentes equipamentos de medidas, entre eles: estação Cascade, SUSS Microtec, criostato mais aplicação de campo magnético e PPMS. Na sequência será apresentado uma breve descrição do funcionamento desses equipamentos.

Cascade

Cascade é um equipamento versátil constituído de quatro probes móveis (figura 2.17 Figura 2.17: Estação Cascade e equipamento Keithley para medidas elétricas. Equipamento para medição a quatro pontas, com a amostra podendo ser medida em diferentes tipos de atmosfera.

Figura 2.18: Equipamento SUSS Microtec para medição de transporte eletrônico.

Criostato + Campo Magnético Aplicado

Realizou-se medidas de transporte eletrônico com aplicação de campo magnético com o sistema mostrado na figura 2. 

Caracterização de Sensores de Gás

Um equipamento de medida sob atmosfera gasosa foi utilizado como mostrado na figura Figura 2.20: Equipamento utilizado para caracterização de materiais sob atmosfera gasosa.

Capítulo 3

Resultados: Fabricação e endereçamento de nanofios

Neste capítulo irão ser descritos os processos de fabricação dos nanofios semicondutores e magnéticos. Começando pelo método de eletrodeposição que deu origem aos nanofios de cobalto (Co) e depois passando para o método de CVD que deu origem aos nanofios de silício (Si), arseneto de índio (InAs) e óxido de zinco (ZnO). Na sequência será descrito o processo de endereçamento dos nanofios semicondutores e a montagem dos nanofios magnéticos em substrato de silício. E por último, o pós-processamento para fabricação dos contatos por meio da litografia óptica e eletrônica e o método de silicidação para melhorar a interface de contato metal/semicondutor.

Crescimento de nanofios de cobalto

Existem vários métodos de fabricação de nanofios como visto no capítulo 2. Entre as técnicas bottow-up foi escolhida a eletrodeposição para o crescimento de nanofios de cobalto por sua versatilidade, velocidade de fabricação relativamente alta, não necessitar a utilização de câmara de alto vácuo e ter baixo custo operacional.

Preparação da amostra para deposição

Os fios foram crescidos dentro de membranas porosas de policarbonato (fabricadas comercialmente) por eletrodeposição. As membranas possuiam densidade de poros de 6.10 8 / cm 2 , 30 nm de diâmetro e 6 μm de espessura, como esquematizada na figura 3.1. Com a imagem obtida no microscópio de varredura mostrada na figura 3. Figura 3.3: A membrana fixa ao suporte e envolta pela fita Kapton, a qual permite a exposição à solução apenas a região de interesse da membrana.

Eletrodeposição dos nanofios

Na célula eletrolítica (figura 3. Uma maneira de controlar de forma mais precisa a cristalinidade dos nanofios magnéticos é obtendo um monocristal. Por isso, nosso objetivo era o de crescermos nanofios magnéticos de cobalto monocristalinos. Assim, eletrodepositamos os nanofios de cobalto à temperatura ambiente utilizando dois tipos diferentes de soluções com diferentes pH's.

As composições foram as seguintes: (1) 120 g/l CoSO 4 . 7 H 2 O + 30 g/l H 3 BO 3 [3], onde Como podemos ver no gráfico da figura 3.7 começa a ocorre uma queda suave em 160 s de duração da eletrodeposição, isso significa que os aos poucos os fios crescidos dentro da Como utilizamos na preparação da amostra uma membrana de ∼ 4 cm de diâmetro foi grande a quantidade de nanofios eletrodepositados, o que nos deu uma margem de erro, pois apenas uma fração da membrana já nos fornecia uma densidade boa de nanofios mesmo perdendo alguns no processo de lavagens pós-deposição.

Remoção da membrana

Como nosso principal objetivo era trabalhar com os nanofios fora da membrana para realizar as caracterizações eletrônica, magnética e principalmente estrutural, tivemos que dissolvê-la. 

Crescimento de nanofios semicondutores

Automontagem dos nanofios em substrato de Si

A automontagem e endereçamento de nanofios requer a preparação do substrato para fabricação dos eletrodos utilizados na dieletroforese e a preparação da solução com nanofios. Para isso, a seguir será mostrado as etapas de preparação do substrato por meio de litografia óptica e logo após, a preparação dos nanofios semicondutores. Por último será mostrado os mecanismos utilizados para o alinhamento dos nanofios.

Preparação do substrato

Para que não houvesse conexão indesejada entre os eletrodos de alinhamento foi crescido uma camada isolante de SiO 2 na superfície do substrato de Si. Antes da oxidação dos substratos de silício (6 polegadas) foi realizado um processo de limpeza chamado RCA. O substrato após ter sido oxidado passa por diversas etapas de litografia óptica padrão para a fabricação dos eletrodos interdigitados usados na dieletroforese. Abaixo, pode-se ver um esboço desses eletrodos (figura 3.11). Figura 3.14: Esquema do processo de planarização utilizando HSQ.

Preparação da solução de nanofios

Concluído o processo de fabricação dos eletrodos da DEP ( subseção 3. Para preparar esta solução, uma maneira simples seria colocar diretamente álcool isopropílico (IPA), porém, o que observou-se foi que como o ângulo de recuo (no momento da realização da montagem capilar) era muito baixo, consecultivamente, o conjunto de convecção era melhorada tornando a concentração de nanofios muito elevada na linha tripla (lado esquerdo da figura 3.16) -linha de contado de três fases. Se fosse usado somente água deionizada, a DEP funcionaria, porém, somente para os nanofios que estivessem próximos aos eletrodos, mas a densidade de nanofios na linha tripa seria baixa devido ao alto ângulo de recuo (55 • ). Além disso, a evaporação da água seria outra dificuldade.

Sendo assim, a junção entre IPA e água deionizada era a melhor opção para se obter uma alta taxa de nanofios alinhados. Assim, as soluções com os melhores resultados foram preparadas nas proporções de 80% ou 90% de IPA com 20% ou 10% de água deionizada, respectivamente, obtendo-se um ângulo de recuo de 22 • . A força de DEP pode ser expressa pela seguinte equação [1]: Após os nanofios serem atraídos entre os eletrodos pela força de DEP, a força capilar os fixa sobre a superfície dos eletrodos e o pouco líquido ao redor dos nanofios é evaporado.

DEP acoplada à montagem capilar

F DEP = Γ m Re[K(ω)]∇ E 2 (3.
A figura 3.17 mostra, de forma esquemática, uma visão lateral do fio repousado sobre os eletrodos. 

Automontagem em diferentes ângulos

A versatilidade desse método de alinhamento vai além de ser capaz de alinhar nanofios de diferentes materiais em uma mesma célula, também está atrelado ao fato de ser flexível quando se trata da direção do alinhamento dessas estruturas. Na montagem capilar os nanofios são preferencialmente alinhados na direção de arraste (figura 3.23a). Uma vez que uma das extremidades do fio é fixada sobre o eletrodo da DEP e a outra ainda está aleatória, o fio se torna um obstáculo deformando o menisco (figura 3.23b) [1]. Assim, 

Contactando nanofios

Após o processo de alinhamento dos nanofios semicondutores em substrado de HSQ/SiO 2 /Si e a montagem dos nanofios de cobalto em substrato de SiO 2 /Si por gotejamento, é passada a hora da fabricação dos contatos para caracterização elétrica. Utilizaram-se três métodos diferentes para a fabricação desses contatos: litografia óptica, litografia eletrônica e feixe de íons focalizados.

Litografia óptica

Os contatos por litografia óptica foram fabricados em duas etapas: a primeira, fabricação dos pequenos pads de contato (de Pt ou Ni) feitos para funcionalizar a interface por meio da silicidação; a segunda, fabricação dos grande pads de contato (Al) para o acesso elétrico. O processo de litografia utilizado para a fabricação foi muito parecido com os passos realizados na subseção 3.3.1.

A preparação do substrato foi feita da mesma maneira: resina duplo, LOR 3A (320 nm)

+ ECI (600 nm). A exposição do padrão de contatos foi possível devido à presença de Para melhorar o contato na interface metal/semicondutor de forma a diminuir a resistência source/drain foi realizada uma técnica, bem conhecida, chamada silicidação [START_REF] Wu | Single-crystal metallic nanowires and metal/semiconductor nanowire heterostructures[END_REF][START_REF] Walter | Silicon-nanowire transistors with intruded nickel-silicide contacts[END_REF]. A silicidação consiste na difusão do metal dentro do semicondutor por meio de tratamento térmico, ocasionando a formação de uma liga metal/semicondutor na interface (veja figura 

Litografia eletrônica

Utilizou-se a litografia eletrônica de duas maneiras: fabricando contatos em nanofios alinhados pela DEP associada à montagem capilar; e fabricando contatos em nanofios montados em substrato de forma aleatória. Desta forma foram fabricadas: válvulas de spin, contatos em nanofios dispostos em forma de cruz e contatos 4 pontas em nanofios magnéticos.

Fabricação de válvulas de spin

Com o intuito de construir válvulas de spin não locais [START_REF] Liu | Lateral spin injection in germanium nanowires[END_REF][START_REF] Sasaki | Local and non-local magnetoresistance with spin precession in highly doped si[END_REF][START_REF] Fukuma | Enhanced spin accumulation obtained by inserting low-resistance mgo interface in metallic lateral spin valves[END_REF][START_REF] Uemura | Non-local detection of spin-polarized electrons at room temperature in co50fe50/gaas schottky tunnel junctions[END_REF] Após observada e marcada a posição dos nanofios, são realizadas as etapas de fabricação dos contatos. Foram fabricados os pequenos pads de Pt (25 nm) para a silicidação.

Logo após a revelação, uma limpeza de 30 s com plasma de Ar foi realizada para retirar impurezas possivelmente depositadas sobre a amostra no decorrer do processo, e depois uma limpeza com HF 1% por 30 s para retirar o óxido do nanofio. Antes de depositar a Pt, no sputtering mesmo, foi realizado um eating de 60 s para limpar a amostra, pois o depósito é realizado fora da sala limpa. Após o lift-off, a amostra é recozida em forno RTA a 400 • C por 4 min em atmosfera de H 2 (10%)Ar(90%).

Contactando nanofios

Na sequência, foram fabricadas as fitas de Co com 500 e 800 nm de largura e 120 nm de espessura -espessura verificada com o espectrômetro de raio X -utilizando, para isso, o resina positivo PMMA (800 nm). Após a revelação foi feita uma limpeza com plasma de O cálculo teórico da barreira Schottky pode ser expresso pela seguinte equação,

qφ bn = q(w -χ), ( 4.1) 
onde φ bn é a altura da barreira Schottky para semicondutores tipo n, w é a função trabalho do metal e χ a afinidade eletrônica do semicondutor. Para semicondutores do tipo p, a barreira pode ser expressa da seguinte forma, A contribuição de cada mecanismo depende tanto da temperatura aplicada quanto do A figura 4.5 traz uma tabela de valores, teóricos e experimentais para bulk, da barreira Schottky de acordo com os materiais estudados. Nesse estado a resistência é tão grande que a corrente não muda muito com a temperatura [START_REF] Wang | Controllable schottky barriers between mos2 and permalloy[END_REF], como pode-se observar na figura 4.16. 

qφ bp = E g -q(w -χ), ( 4.2) 

Nanofios de InAs

Foram caracterizados eletricamente nanofios de InAs tipo n com silicidação de Ni. Os nanofios têm diâmetro de 50 nm e canal de 2 μm (como pode ser observado na figura 4.20)

foram silicidados com Ni (20 nm) à 250 • C por 5 min, com fluxo de H 2 (3%)N 2 (97%).

Foram realizadas medidas I×V à temperatura ambiente (à esquerda da figura 4.21), obtendo uma resistência aparente de 1,3 MΩ. Afim de caracterizar melhor esse nanofio foram realizadas medidas a baixas temperaturas (de 300 a 100 K), mostradas no gráfico à direita da figura 4.21. Pelo gráfico é possível observar que ao decrescer a temperatura a curva não decresce exponencialmente como foram os casos estudados anteriormente, nos quais evidenciavam a presença do efeito de diodos Schottky em série. A altura de barreira Schottky nesse nanofio de InAs medido é muito baixa e difícil de ser detectada.

Neste caso existe uma alta mobilidade de portadores de carga devido a baixa resistência 

Nanofios de ZnO

Foram caracterizados eletricamente nanofios de ZnO com silicidação de Ni (20 nm) à 250 • C por 5 min, com fluxo de H 2 (3%)N 2 (97%). Devido ao comprimento dos nanofios 

Transistores

Após o sucesso do alinhamento dos nanofios e a subsequente produção dos contatos permitiram a fabricação dos dispositivos funcionais tais como os transistores. A medição dos nanofios em modo transistor, tanto na configuração de back-gate quanto na configuração top-gate, pode ser considerada como uma comprovação de que a técnica de alinhamento de DEP acoplada à montagem capilar mantém as propriedades físicas dos nanofios [1].

Os transistores atuam como portas lógicas através do controle da corrente elétrica que flui ao longo do nanofio (canal), podendo estar na configuração I on e I of . O que determina esta condição é a aplicação de uma voltagem pelo gate. Uma voltagem de polarização é mantida entre a dreno e a fonte, enquanto uma variação de voltagem é aplicada pelo gate, podendo este ser do tipo back ou top-gate. A resposta do nanofio semicondutor é o acúmulo -ou não -de corrente, de acordo com a polarização da voltagem aplicada no gate.

O que define a resposta à voltagem aplicada na forma do acúmulo de corrente é o tipo de portadores de carga ao longo do nanofio. Na figura 4.23 pode-se observar a mudança na estrutura de bandas para um nanofio tipo p no estado On e Off de corrente.

A partir dos gráficos I ds ×V b é possível extrair vários dados para a caracterização do transistor em questão, a qual pode ser determinada a partir das seguintes quantidades Figura 4.23: Configuração de bandas para semicondutores tipo p no estado off e on, respectivamente [START_REF] Larrieu | Vertical nanowire array-based field effect transistors for ultimate scaling[END_REF].

características:

• Corrente I on e I of f : onde I on é o estado de acúmulo de corrente e I of f de retenção.

• Tensão Threshold (Tensão limiar -V T ): É a tensão limiar entre os estados on e off.

Pode ser definida como o valor do ponto onde a tangente à curva I ds ×V b (gráfico em escala linear) toca o eixo das abcissas.

• Capacitância do gate (C g ) -para configuração back gate

C g = 2π 0 L cosh -1 2eox r , ( 4.7) 
onde 0 é a permissividade elétrica do vácuo, a constante dielétrica do material, L o comprimento efetivo do gate (comprimento do nanofio entre os dois contatos), e ox a espessura do isolante e r o raio do nanofio. Sua unidade é Faraday.

-para configuração top gate

C g = 2π 0 L ln 2eox r , ( 4.8) 
neste caso L é a largura do gate sobre o nanofio.

• Mobilidade dos portadores de carga (μ): descreve a facilidade com que os portadores de carga se deslocam no interior do nanofio sob a aplicação de um campo elétrico externo.

μ = dI ds dV g • L 2 C g • 1 V ds , ( 4.9) 
onde I ds é a corrente aplicada entre a fonte e o dreno, V g é a voltagem aplicada no gate, seja ele na configuração back ou top, e V ds a voltagem de polarização aplicada entre o dreno e a fonte. A sua unidade é cm 2 /(V.s). R ar é a resistência da amostra no ar e R gas é a resistência da amostra na presença do gás.

Transistores na configuração back gate

Transistores na configuração top gate

Sensores de luminosidade e humidade

Nanofios de ZnO possuem gap de energia da ordem da energia da luz ultravioleta. Pudemos facilmente aplicar luz branca (contendo o espectro de frequência da luz ultravioleta)

nesses nanofios e obter uma resposta muito favorável. Ao absorver a energia luminosa aplicada os elétrons se tornam mais energético ocorrendo a promoção desses portadores de carga da banda de valência para a banda de condução, vencendo o gap. Pode-se observar no gráfico I ds ×t com V ds = 2,5 V (figura 4.31), a evolução da corrente no tempo como resposta a intensidade de luz aplicada (regulada manualmente). Quanto maior foi a intensidade de luz maior foi a corrente através do nanofio.

O gráfico da figura 4.32 mostra a variação da resistência (corrente fixada em 10 μA) em relação a diferença de humidade, entre ar seco e HR 50%, para nanofios de InAs. A resistência que era ∼ 3,4 kΩ com ar seco caiu para ∼ 2,1 kΩ quando injetado ar humido (HR 50%), ocasionando uma sensibilidade de 40%.

A partir do gráfico I ds ×V bg variando de -2/2V com polarização V ds = 0,1 V (figura 4.33) é 

Sensores de gás

Foram medidos nanofios de Si, gráfico Rxt (figura 4.35), ambos como V = 1 V, sob aplicação de diferentes gases tais como: CO e NH 3 . No gráfico à esquerda, pode-se 

Válvulas de spin

Em nanofios as válvulas de spin são constituídas a partir da junção de três materiais: O valor da espessura da camada de óxido nativo do nanofio de Si deve seguir um compromisso entre eficiência no tunelamento e alta mobilidade na injeção de corrente através de uma baixa resistência de contato; desta forma a espessura não deve ser completamente Mesmo na presença de campos coercivos distintos para as camadas ferromagnética, um outro problema possível pode ter sido o comprimento de difusão de spin nos fios ser semelhante ao dos próprios fios, perdendo-se o papel fundamental da polarização para o correto funcionamento da válvula de spin.

Em um outro posto pode-se observar que em relação à resistência do próprio nanofio as variações esperadas de poucos Ohms da resistência em função do campo magnético eram pequenas o suficiente para mesclar-se com o ruído da própria medida, não sendo, assim, observadas.

Medidas em formato Kelvin Cross

Uma forma de extrairmos a resistência de contato na interface entre dois nanofios de Si foi realizar medidas no formato Kelvin Cross [START_REF] Stavitski | Cross-bridge kelvin resistor structures for reliable measurement of low contact resistances and contact interface characterization[END_REF][START_REF] Langfischer | Focused ion beam prepared contacts of tungsten to silicon characterized by a cross-bridge kelvin resistor approach[END_REF][START_REF] Loh | An accurate method to extract specific contact resistivity using cross-bridge kelvin resistors[END_REF], no qual uma corrente é aplicada nas extremidades de cada um dos fios, enquanto uma voltagem é medida nas outras duas extremidades. Vale lembrar que esses contatos foram apresentados no capítulo anterior, onde os nanofios são sobrepostos formando uma cruz. Aplicando-se uma voltagem de 0,5 V em cada nanofio e medindo a corrente no mesmo fio, pudemos observar os gráficos da figura 4.48. A corrente que passou pelos nanofios foi da ordem de 10 -13 A, pode-se observar a presença de barreira Schottky pelo formato em S da curva. Não conseguimos obter uma boa medida aplicando corrente pelas duas extremidades do nanofio e medindo voltagem pelas outras duas extremidades, de forma a obter a diferença de potencial que caracteriza a resistência de contato. Nessa configuração de fios em formato de cruz para a medida Kelvin Cross têm-se um fator dificultante que é a superfície reduzida de contato.

Mesmos os fios estando um sobre o outro, observando pelo microscópio, na verdade eles podem apenas estarem sobrepostos mas não estarem se encostando. Teremos que estudar melhor e fazer mais amostras para poder concluir qual a resistência de contato entrre dois nanofios, sejam eles de materiais iguais ou diferentes. Resultados: Caracterização de nanofios magnéticos

Nanofios magnéticos estão sendo muito estudados devido a sua contribuição para diversas aplicações como: spintrônica, armazenamento de informação, ressonância magnética, manipulações de células, aplicações biológicas, etc. Por isso, o nosso interesse no estudo desses nanofios. Neste capítulo será abordado um estudo sobre nanofios de Co, sua caracterização elétrica e análise estrutural.

Caracterização elétrica dos nanofios de Co

Contatos foram fabricados utilizando a litografia eletrônica em nanofios crescidos por eletrodeposição (procedimento descrito no capítulo 4). Foram contactados dois nanofios em paralelo como mostra a figura 5.1.

Medidas de transporte eletrônico foram realizadas nesses nanofios crescidos em pH 3,32 aplicando uma voltagem de -0,1 V a 0,1 V (figura 5.2). A curva resultante mostra uma dependência linear da voltagem com a corrente, significando que o transporte é difusivo, obedecendo assim, a lei de Ohm (U = Ri). Pôde-se extrair do gráfico IxV a resistência total de 450 Ω. Como os fios estavam em paralelo a resistência individual foi de 900 Ω.

A equação Figura 5.1: Nanofios de cobalto, à esquerda, dois fios em paralelo selecionados para serem contactados; à direita, após a medição.

R = ρ 4l πd 2 (5.1) 
define a dependência da resistência com a resistividade e as dimensões (comprimento l e diâmetro d) do material. Pôde-se então, calcular a sua resistividade como sendo ρ = 5 ×10 -6 Ω•m, considerando l = 900 nm e d = 80 nm. Como a resistividade dos nanofios é diferente da resistividade de materiais massivos, ela pode ser escrita pela equação [START_REF] Graham | Resistivity dominated by surface scattering in sub-50 nm cu wires[END_REF] abaixo, onde é levado em consideração o espalhamento de superfície:

ρ ρ mas = 1 + 0, 46λ( 1 w + 1 h ), (5.2) 
onde ρ mas é a resistividade do material massivo (material bulk), λ é o livre caminho médio dos elétrons, w é a espessura e h a altura. Como no nanofio a espessura e altura são o próprio diâmetro, a equação acima fica A figura 5.5 mostra um fio de Co de pH 2,65 conectado duas pontas. O gráfico da figura 5.6 mostra uma curva que é normalmente obtida quando há a associação de dois diodos, assim como mostrado na figura 4.24 no capítulo 4. Assim como no gráfico da figura 5.4, a corrente extraída foi da ordem de nA. A simetria em relação ao eixo da abscissa indica que não houve fuga de corrente entre as duas extremidades do fio e, a assimetria em relação ao eixo da ordenada indica uma diferença entre os contatos de cada extremidade fio/contato.

ρ ρ mas = 1 + 0, 46 • 2 λ d , (5.3 
Essa barreira retificadora de corrente pode ter sido ocasionada pela presença de oxido de cobalto da superfície do nanofio.

Outro exemplo de atuação da resistência dos contatos verificou-se durante a tese de mestrado [START_REF] Naiara | Nanofios de co: Fabricação, análise estrutural e medidas de transporte eletrônico[END_REF], onde pôde-se observar o efeito da resistência dos contatos sobre nanofios de Co, contactados por Pt utilizando o FIB (figura 5.7). O gráfico IxV obtido (figura 5.7) mostra um comportamento metálico, obedecendo à Lei de Ohm, com resistência de 30 kΩ. A resistência neste caso é a soma das resistências dos contatos de Pt (filme) das duas extremidades do nanofio e da resistência do próprio nanofio. Pela referência [START_REF] Vaz | Platinum thin films deposited on silicon oxide by focused ion beam: characterization and application[END_REF] foi estimada a resistência dos filmes de Pt em aproximadamente 30 kΩ. Como a resistência do fio é aproximadamente 300 Ω, 1% do valor total da resistência obtida, logo, o gráficoVxI mostra o comportamento ôhmico praticamente apenas do filme de Pt. Figura 5.8: À esquerda, gráfico da resistência em função da temperatura para nanofios de cobalto crescidos com solução de pH 2,65. À direita, gráfico da resistência em função da temperatura para nanofios de cobalto crescidos com solução de pH 6,0.

O ajuste da curva foi realizada considerando a regra de Mathiessen ρ = ρ 0 + ρ e-f , onde ρ 0 é a resistividade dependente da contribuição estrutural e indepente da temperatura e ρ e-f é a resistividade resultante da interação elétron-fônon, sendo descrita pela equação de Bloch-Grüneisen, como

ρ e-f = α e-f T Θ 3 Θ T 0 x 3 (e x -1)(1 -e -x )
dx.

(

O ajuste foi realizado utilizando o expoente 3 ao invés de 5, o que significa que dentro dos nanofios ocorre espalhamento de elétrons das camadas s e d. Os dois gráficos apresentam um comportamento típico de um metal, isto é, um bom condutor elétrico.

Com o decréscimo de temperatura a seção de choque dos núcleos de espalhamento -neste caso os átomos da rede cristalina -diminui, o que deveria corresponder à um subsequente decréscimo também do espalhamento e, por conseguinte, da resistência. Entretanto, na figura 5.8 à esquerda, pode-se perceber um aumento da resistência para temperaturas abaixo de 20 K. Na época este aumento foi justificado pelo fenômeno de Localização de Anderson. No regime de baixas temperaturas podemos pensar no limite onde os núcleos

Caracterização magnética

espalhadores encontram-se parados e a passagem do elétron por cada um será descrita por uma mudança do momento, seja em módulo, seja em direção. De forma a simplificar o entendimento qualitativo, observemos apenas o regime de localização de Anderson Fraca, onde o espalhamento é elástico e ao longo de cada caminho possível ao longo da rede a função de onda do elétron ganha uma diferença de fase. Como estamos em um meio desordenado (nanofio policristalino), teremos ganhos diferentes de fases para todos os caminhos possíveis, de forma que a coerência se perde e a interferência é nula. Desta forma toma partido uma redução da probabilidade de que o elétron chegue até uma posição mais distante na rede do nanofio policristalino, gerando-se uma redução da condutividade e, em outras palavras, um aumento da resistência elétrica da amostra.

Um estudo mais aprofundado da cristalinidade desses dois tipos de nanofios foi realizando durante o doutorado para que conhecendo a estrutura dos nanofios houvesse um melhor entendimento, mesmo que qualitativo, do comportamento por eles apresentado.

Caracterização magnética

Para a caracterização magnética foram medidas curva RxH, onde H era o campo magnético aplicado a amostra. O intuito era observar a magnetorresistência desses nanofios crescidos em pH de 2,65 e 6. Podemos ver pelos gráficos da figura 5.9 as curvas relacionadas a esses dois tipo de nanofios de Co.

A resistência da ordem de kΩ obtida na medida desses nanofios foi relativa a resistência de contato (podendo ser relacionada ao óxido de cobalto presente na interface), dessa forma foi super difícil ver a variação de poucos ohms esperada na medida. De forma que, a variação foi camuflada pelo ruído da amostra. Os gráficos medidos não apresentaram reprodutibilidade.

Figura 5.9: À esquerda, curva RxH a temperatura ambiente, aplicando 80 nA para nanofio de Co crescido em pH 2,65, À direita, curva RxH a 6 K, aplicando 10 nA para nanofio de Co crescido em pH 6.

Caracterização estrutural

As análises que seguem são uma continuação do estudo feito no mestrado, por isso, trazemos algumas análises realizadas no microscópio de transmissão Titan da FEI (pertencente ao INMETRO), e para complementar, análises recentes feitas com o microscópio de transmissão Jeol do Labnano, CBPF.

Na imagem do nanofio da figura 5.10 à esquerda, pode-se ver vários padrões de pequenos pontos, alguns bem definidos e outros organizados em linhas paralelas, podendo estar alinhados em qualquer direção. Cada padrão desse corresponde a difração de um determinado plano cristalino. Para indexar esses planos cristalinos foi realizada a transformada de Fourier (FFT). Com esse método é possível extrair a distância interplanar e assim, designar os planos compatíveis que estejam difratando.

Com as transformadas de Fourier (figura 5.10 à direita) é possível ver que o nanofio é policristalino, que se trata de um policristal.

Algumas análises mais aprofundadas foram realizadas no microscópio de transmissão Jeol, onde foi feita uma varredura ao longo do nanofio, obtendo para cada ponto onde o feixe parou o padrão de difração. Como resultado dessa análise, abaixo pode-se observar na figura 5.11 várias imagens, entre elas: bright field virtual, mapa que indica a qualidade As Figuras de Pólo (FP) (figura 5.12) mostram a projeção estereográfica das posições de um plano cristalino em particular. Assim, cada ponto na figura representa a posição daquele plano cristalino em um ponto da varredura efetuada.

Imagem dos nanofios crescidos em solução de pH 6,0 foram realizadas no microscópio de transmissão Titan da FEI. Pela análise da FFT referente ao quadrado em destaque na imagem da figura 5.13 pode-se definir o plano cristalino compatível (201) Co-hcp. Apesar do nanofio aparentar, visivelmente pela imagem, ter um grão apenas como se fosse um Capítulo 6

Conclusão e perspectivas

Esta tese almejou o estudo de fabricação de nanofios magnéticos e semicondutores e suas caracterizações a partir de contatos realizados por litografia e técnicas de alinhamento, além da construção e medição de dispositivos baseados em nanofios, dentre eles nanotransistores, válvulas de spin (locais e não-locais), sensores de gás, humidade e luminosidade, e medições do tipo Kelvin-Cross. Foi feito um estudo da interface de contato de nanofios semicondutores/silicidação (Pt e Ni).

A tese foi desenvolvida numa co-orientação Brasil-França na forma de uma co-tutela.

Um artigo foi publicado na revista Advanced Materials [1] [ 19,20 ] and yield. [ 17,18 ] However, some key issues remains to be managed in a simple way, in terms of: (i) improving the NW concentration in the DEP-attracting region, and (ii) controlling the hydrodynamic forces exerted on the NWs while the solvent is dried. One straightforward solution consists of delivering the NW solution directly to the DEP chip, and then applying the appropriate voltage signal before blow-drying with nitrogen. However, this method yields poor results because the NWs can move away from their initial-trapped positions during blow-drying. Increasing the applied voltage can circumvent this drawback by increasing the attraction of NWs to the surface; unfortunately, this process can cause multiple NWs to adhere to same connecting site. Freer et al. [ 18 ] addressed these drawbacks by coupling DEP with fl ow-assisted alignment, demonstrating very impressive yield. However, this approach requires a complex fl uidic cell coupled with precise control of the fl ow rate, which is diffi cult to implement at wafer scale.

In this communication, we report an innovative, affordable approach that combines the dielectrophoresis phenomenon and capillary assembly to align thousands of single NWs at specifi c locations at large scale. We detail the technique and provide a theoretical framework for assembling and separating multimaterial nanostructures, as well as for fabricating more complex architectures of assembled NWs.

A brief summary of the technique is as follows. NWs entering the DEP force fi eld will be attracted to precise locations between the DEP electrodes and must maintain their positions when the liquid solution is removed. To control the effects linked to this critical step, we coupled DEP with capillary assembly, [ 21 ] which involves dragging the liquid meniscus of the NW solution on top of the substrate, with a controlled velocity and temperature ( Figure 1 a). The assembly occurs at the three-phase contact line (Figure 1 b); while the liquid is evaporating, convective fl ow is created inside the solution, which locally increases the NW concentration at the liquid front. After the NW is trapped by the DEP forces, the thin fi lm of liquid around the NW evaporates, and the capillary forces fi x the NWs at the surface. Thus, our procedure combines these well-described phenomena with the DEP force to improve the capture effi ciency of each DEP site, the alignment of NWs and their precise location (Figure 1 c).

Silicon NWs (diameter ≈50 nm, length ≈4-5 μm), grown by the Au-catalyzed vapor-liquid-solid (VLS) technique (see Experimental Section), were suspended in a solution of 80% isopropyl alcohol (IPA) and 20% deionized water to control meniscus formation (see Experimental Section). A 20 μL droplet of solution was injected between the moving substrate and the fi xed glass slide. Metallic DEP electrodes were previously structured on a Semiconducting nanowires (NWs) are 3D nanoscale building blocks with promising applications in, for example, fi eld-effect transistors (FETs), [ 1,2 ] biosensors, [ 3,4 ] and optoelectronic components. [ 5,6 ] The fabrication of semiconducting NWs, synthesized by a bottom-up approach, has made impressive progress toward providing high-quality nanostructures made in tunable materials and heterostructures. [ 7 ] However, postgrowth NW manipulation and positioning through a generic, large-scale alignment method remains a challenge [ 8 ] in envisioning NW-based devices as credible commercial products. Different techniques, such as Langmuir-Blodgett deposition, dry transfer printing, and capillary force assembly, [ 9 ] have been proposed. However, these methods cannot easily accomplish single-NW alignment and precise positioning [ 10-12 ] without a certain degree of fabrication complexity, [ 13 ] or the use of high-resolution patterning technique (electron-beam lithography) [ 14 ] that is time-consuming and cost-ineffective, making the process diffi cult to adapt batch fabrication. Because of its potential to overcome these limitations, dielectrophoretic (DEP) assembly is receiving increasing attention. Smith et al. [ 15 ] showed that a nonuniform electric fi eld applied between interdigitated electrodes can induce signifi cant polarization of dielectric nanostructures. The resulting DEP force allows the NWs moving in the solution to overcome other forces (e.g., hydrodynamic drag, gravity, electrothermal, intraparticle, and surface-particle adhesive forces) [ 16 ] and to localize on the electrodes at specifi c predefi ned locations. More recent studies [ 17-20 ] have advanced the DEP technique [+] Present address: IUT Toulon VAR, Toulon, France Present address: Frey Initiative Research Unit, RIKEN QBiC, Kobe, Japan COMMUNICATION 6 in. Si wafer. They were electrically isolated from the surface by a planarizing dielectric layer that was deposited by spin-on glass (see Experimental Section). In this work, the DEP interelectrode gaps were maintained constant (≈0.75 of the NW length [ 22 ] ) to apply the maximum DEP force to the NWs.

A sinusoidal voltage signal of 3.2 V pp at 50 kHz was applied between the DEP electrodes. The voltage value had to be suffi ciently large to initiate assembly, but not so high to avoid any dielectric breakdown. Under these optimized conditions, we localized aligned NWs in 81% of the specifi c identifi ed spots (>500 sites), as illustrated in Figure 1 c and in Figure S1 (Supporting Information). Coupling dielectrophoresis with convective assembly resulted in a fi vefold improvement in the capture effi ciency of the technique (Figure 1 d). This capture yield is good, considering that the 5 μm NWs are relatively short (higher yields have been obtained [ 18 ] with longer NWs). The capture yield is not limited by the combined assembly approach, but rather by the purity of the NW solution. The DEP electrodes tended to capture small particles instead of NWs (see Figure S2, Supporting Information), indicating that purifi cation [ 23 ] of the NW solution would lead to an even higher rate of success.

The maximum capture effi ciency for undoped silicon nanowires (Si NWs) ( Figure 2 a) was obtained with a specifi c DEP frequency of 50 kHz. For a better understanding of the underlying mechanisms, the DEP force exerted on a particle can be approximated by the analytical expression [ 24 ] Re

[K( )] DEP m 2 F E ε ω = Γ ∇ ( 1 
)
where Γ is a geometric constant that depends on the shape and volume of the considered nanoparticle, m ε is the permittivity of the medium, 2 E ∇ is the gradient of the square modulus of the electric fi eld, and K( ) ω is the Clausius-Mossotti factor, which is a function of the angular frequency of the applied fi eld ω and the respective permittivity and conductivity of the medium ( , m m ε σ ) and the NWs ( , p p ε σ ). We used short NWs (3-5 μm in length) to focus our study on the scale-up and integration processes, even though the lower DEP force on shorter NWs makes this process more diffi cult. Unlike an isotropic spherical particle, NWs are considered to be 1D structures because of their high aspect ratio. Consequently, their polarization varies depending on their original orientation with respect to the electric fi eld gradient. Thus, the Clausius-Mossotti factor K( ) ω can be expressed along the long and short axes of the NWs, [ 17 ] as in Equations ( 2) and ( 3) .

Re[K ( )]

long axis

2 m p m m m p 2 m 2 m 2 ω ω ε ε ε σ σ σ ω ε σ ( ) ( ) = - - - + (2) Re[K ( )] 2 ( ) ( ) ( ) short axis 2 p 2 m 2 p 2 m 2 2 p m 2 p m 2 ω ω ε ε σ σ ω ε ε σ σ = ⋅ - + - + + + (3) 
Figure 2 a shows the variation of these two contributions as a function of the DEP signal frequency. In the case of undoped Si NWs, the optimum frequency of capture ( F cap ) was obtained at 50 kHz, leading to the following empiric tradeoff between the contributions of the short and long axes: 

Re[K ( )] 3000Re[K ( )]

COMMUNICATION

For better insight into the situation, Figure 2 b shows the DEP force parallel and perpendicular to the DEP electrodes in the cases of three characteristic frequencies: the optimum capture frequency ( F cap = 50 kHz), a higher frequency (500 kHz), and a lower frequency (10 kHz) based on multiphysics modeling (see Figure S3, Supporting Information). At low frequency (10 kHz), the magnitude of the DEP force was signifi cant, but its direction was mainly oriented toward the DEP electrodes. A NW subjected to this force cannot be attracted toward the gap unless it is already located above it. At 500 kHz, the magnitude of the DEP force was very weak and insuffi cient to attract the NWs at the desired location. At 50 kHz, a good balance was found between the orientation and magnitude of the DEP force, resulting in a tendency of the NWs to align in the gap between the electrodes.

According to Equations ( 2) and ( 3) , F cap is intrinsic to the considered material, and depends on its dielectric permittivity p ε and conductivity p σ . We experimentally demonstrated that InAs or ZnO NWs exhibit an optimum frequency shift compared with Si NWs (Figure 2 c), with F cap = 500 kHz for InAs and F cap = 2 MHz for ZnO. The impact of the conductivity on F cap is evaluated in Figure 2 d for two materials (Si and InAs) with similar dielectric permittivity constants ( Si ε = 11.9 and InAs ε = 12.3). The relationship between the respective contributions of the short and long axes, proposed in Equation ( 4) , was verifi ed for three different cases: unintentionally doped Si (boron, 10 15 at.cm -3 , p σ = 30 S m -1 ), highly doped Si (boron, 10 19 at.cm -3 , p σ = 10 000 S m -1 ), and unintentionally doped InAs (3000 S m -1 ). Each type of NW exhibits its own-specifi c signature that can be used to infer the electrical properties of unknown nanostructures. Indeed, by measuring the optimal frequency using a frequency sweep, we can estimate the NW conductivity and, thus, the NW doping concentration (Figure 2 e). This technique can be a powerful tool to evaluate the incorporation of dopants during NW growth, without performing electrical characterizations that require time consuming processes.

Finally, we explored the potential of our approach for fabricating more complex-integrated structures. Firstly, NWs made of different materials can be sorted according to the optimal alignment frequency of the material constituting the NWs. A mixture of InAs and Si NW solutions was assembled into an ordered structure by switching the applied frequency (between 

COMMUNICATION

turns around its anchoring point by a "lever arm" effect and aligns itself perpendicular to the contact line (Figure 4 b). The alignment of NWs is obtained via the action of the torque of the lever arm, cos men NW

M F L α = × ×
, where L NW is the NW length, α is the angle of the NW with the drag direction, and men F is the meniscus force, estimated in the range of hundreds nN. The Figure S6 (Supporting Information) provides the equations to derive this force, which is equal to the gradient of the potential energy of the meniscus deformation.

The meniscus force can be purposely used in advanced experiments. For example, instead of dragging the glass slide along the axis of the DEP electrodes (as in Figure 1 ), the meniscus displacement direction can be tilted to an arbitrary angle, resulting in NWs positioned at the desired location but oriented according to the drag direction (Figure 4 c,d). Depending on the gap between, number of, and layout of electrodes, numerous designs can be foreseen. As an example, two successive assemblies with angles of 45° and 135°, respectively, were achieved. The structure obtained (Figure 4 e) is a cross with a very small area (<10 μm 2 ) made by two Si NWs and correctly positioned between the DEP electrodes.

Coupling DEP and capillary assembly is an innovative approach to manipulate and address single NWs at low cost and wafer scale. It can be used for the rapid characterization of NWs incorporated into different materials and/or with various conductivities. This approach shows promise for fabricating nanostructured assemblies, where different materials must be separated, and for implementing more complex integration schemes based on multiple materials and multiple NW structures. This method is completely generic; the postalignment processing does not depend on the NW assembly because the DEP electrodes are embedded into a fl at dielectric layer. Moreover, the assembly procedure can be implemented on various host substrates, even temperature-sensitive fl exible substrates or as part of the backend-of-line processing of integrated circuits. It opens new avenues for heterogeneous integration toward producing NW devices for sensing, optics, and electronics at low cost and large scale.

Experimental Section

NW Synthesis by Au-Catalyzed VLS Technique : Si NWs were grown by gold nanoclusters-catalyzed VLS technique. Gold nanoclusters have been obtained after evaporation of a very thin fi lm of gold on silicon (≈4 nm) and annealed at 700 °C to produce separated catalyst particles.

For Si NWs, the growth was carried out in a chemical vapor deposition reactor at 500 °C during 10 min under a constant pressure of 10 mbar with injection of SiH 4 (150 sccm) and H2 (12 sccm) as reactant and carrier gases, respectively. The produced NWs exhibit an average length of 3-5 μm and an average diameter of 50 nm. The Patterned DEP Electrodes : The DEP electrodes are fabricated on 6 in. silicon substrate using standard microfabrication techniques. First, a dry thermal oxidation is performed to create an oxide layer of 200 nm to insulate all the DEP electrodes the one from the others. Then, interdigitated electrodes have been patterned by lift-off process using a projection mask aligner (Stepper CANON FPA 3000i4). The DEP electrodes are made of 100 nm Cr thick separated by a 2, 4, and 5 μm gap. Adjacent electrodes are spaced by 20 μm in order to minimize electric fi eld couplings between neighboring electrodes. Cr is chosen as an adhesive layer on silicon dioxide, resistant to HF etching, and provides a good behavior with respect to temperature.

A 150 nm Oxide Barrier is then Deposited by Spin-on-Glass on the Wafer : This isolating layer planarized the topology of the underneath DEP electrodes. As a result, the NWs lie on a fl at surface and are not in direct contact with the DEP electrodes, allowing a post processing (device-based NW fabrication) noncorrelated to the assembly patterns.

To reach this purpose, a solution of an inorganic resist Hydrogen SilsesQuioxane (HSQ) diluted in isobutyl ketone marketed by Dow Corning under the name Fox-15 was used. The HSQ solution has been diluted in MIBK, and then spin coated on SiO 2 /Si substrates. Then a postbake was performed at 90 °C during 120 s in order to evaporate the solvent. Resist thickness can be tuned by spin coating at different speed rate. Then, a rapid thermal annealing (500 °C, 60 s, under N 2 fl ux) is used to densify the HSQ and to ensure a better electrical isolation. A protective layer of resist (Negative Lift-Off, NLOF resist) is spin coated. One centimeter large band of resist is then removed all around the wafer with acetone. The wafer is immersed for 20 s in a diluted solution of fl uorhydric acid (1%) to etch the HSQ only at the periphery of the wafer, which gives an electrical access to the buried DEP electrodes. The NLOF protective layer is then striped by acetone. The topographical step on top of the gap between two DEP electrodes is less than 8 nm (measured by AFM).

NWs Assembly : The NWs were released by sonicating the growth susbtrate at 130 kHz during 10 min in a 80% IPA/20% deionized water solution in order to control the liquid viscosity and the surface tension. The concentration of the solution used has been estimated to be 3600 NWs per microliter by statistic counting of a determined volume of solution. Placed on the assembly disposal described in the communication, the droplet containing the NWs will undergo various forces leading to a specifi c receding angle depending on the substrate and solvent affi nity, the temperature of the chuck, and the speed of the drag movement. To ensure the convective assembly to be effective, the receding angle has to be around 20°. As the contact angle of deionized water on the substrate is higher than the contact angle of a IPA 80% mixed with deionized water 20% solution (55° > 22°), two different mechanisms are expected: using deionized water, capillary assembly is promoted and as a result, NWs deposition only occurs on DEP sites but this decreases the probability to bring a NW in the DEP force capture radius. Using a solution of pure isopropanol is not well suited as the receding angle with respect to the substrate is too low and as a consequence, the convective assembly is enhanced making the NWs concentration too high at the triple line. On the other side, using IPA/H2O solution tends to a convective assembly that leads to a higher alignment yield.

Finally, optimal conditions of assembly were obtained at a constant velocity of 30 μm s -1 of the substrate with respect to the fi xed glass slide and the temperature of the chuck regulated at 25 °C.

Capítulo 8

Resumo expandido em francês -Résumé élargi en français Ce travail de thèse a été axée sur deux types de nanofils: métalliques (nanofils de cobalt) et les semiconducteurs (nanofils de Si, ZnO et InAs). Les nanofils semiconducteurs sont, en général, fabriqués par des techniques vapeur-liquide-solide (VLS) [2], par épitaxie par jets moléculaires (MBE) [3], dépôt chimique en phase vapeur, entre autres.

A côté des propriétés prometteuses des semiconducteurs, dles nanofils métalliques sont présentés comme candidats optimaux pour les filtres à micro-ondes, différents types de capteurs, et pour des applications dans le stockage de données. Les modes magnétiques de fabrication de nanofils couramment utilisés sont, l'assemblage assistée par champ magnétique [4,5] et électrodéposition [6,7,8,9,10]. L'un des points d'attractons pour l'utilisation du cobalt est lié à la forte anisotropie de la phase cristalline hcp qui est très intéressant pour des applications dans des dispositifs de mémoire. La modification de la cristallinité des nanofils en contrôlant le pH de la solution au cours de l'électrodéposition a déjà été observée [18,19,20]. Ce contrôle de la cristallinité de nanofils magnétiques peut induire différentes anisotropies magnetocristallines pouvant influencer la valeur de coercivité magnétique. En connaissant la valeur du champ coercitif, il est ainsi possible de fabriquer des dispositifs pour des applications de stockage les données, par exemple. [21,22,23].

Resumo expandido em francês -Résumé élargi en français

Une façon de contrôler plus précisément la cristallinité des nanofils magnétiques est l'obtention d'un monocristal. Par conséquent, notre objectif était de développer des nanofils magnétiques monocristallines de cobalt. Ainsi, les nanofils de cobalt sont électrodéposés à température ambiante à l'aide de deux différentes types de solutions (réfs [17,18]) à différents pH (2,2, 2,65, 3,32 et 6,0). Après électrodéposition, la membrane a été retirée du support par dissolution dans du dichlorométhane dans un processus de plusieurs échanges [24,25,26,27]. En conséquence, nous avons obtenu des nanofils de Co, comme le montre la figure 2.3. 

La croissance de nanofils semiconducteurs

Les nanofils de semiconducteurs utilisés ont été fournis par nos collaborateurs. Les nanofil Si 

-Adressage et fabrication de contacts

L'adressage des nanofils a été réalisée de deux façons: de manière classique, en contactant le nanofil positionné de façon aléatoire sur le substrat; ou par l'utilisation d'un assmemblage collectif à grande échelle , associant la DEP avec à l'assemblage capillaire, permettant de positionner les nanofils à des endroits voulus. 

F DEP = Γ m Re[K(ω)]∇ E 2

Resumo expandido em francês -Résumé élargi en français

Contacter les nanofils

Les contacts métalliques (Pt ou Ni) ont été fabriqués par lithographie optique pour fonctionnaliser l'interface par siliciuration; completer par de larges contacts d'Al pour les accès électrique. 

-Caractérisation et Applications

Ici sont présentés les résultats obtenus dans la caractérisation électrique d'interface de nanofil SC / siliciuration, la caractérisation de nanofils magnétiques et de vannes de spin. Dans les applications, différents dispositifs sont présentés, tels que des transistors ou des capteurs chimiques. La résistance est de quatre ordres de grandeur plus élevé que prévue, on peut stipuler quelques hypothèses: (i) le contact peut ne pas avoir couvert le fil uniformément; (ii) l'attaque plasma à effectuée avant le dépôt des contacts n'a pas été suffisante pour éliminer une possible membrane résiduel ou supprimer la couche de surface d'oxyde de cobalt. La résistance, de l'ordre du kΩ, obtenu était liée à la résistance de contact (qui peut être du à un oxyde de cobalt à l'interface), il était donc difficile de voir la variation de quelques ohms sur le renversement de magnétisation. possédant une plus grande épaisseur de SiO2, ont des hauteurs barrière de Schottky comparable avec les matériaux massifs (φbp = 0,17 eV).

Caractérisation électrique des contacts

Caractérisation structurale

La valeur de l'épaisseur de la couche d'oxyde natif du nanofil de Si doit respecter un compromis entre l'efficacité d'effet tunnel et l'injection de courant à travers une faible résistance de contact.

Ainsi, l'épaisseur ne doit pas être nulle, mais ne doit pas non plus être trop grande, de sorte qu'il en résulte une barrière Schottky trop importante.

Format Kelvin cross

Finalement, des contacts ont été pris aux extrémités des nanofils de Si alignées en forme de croix, Dans le cadre de vannes de spin, la caractérisation de l'interface semiconducteur/ferromagnétique a permis d'associer la valeur de la hauteur de barrière de Schottky à l'épaisseur de SiO 2 , qui agit comme une barrière à effet tunnel. Grâce aux mesures de transistors à effet de champ (FET) , nous avons pu identifier le type de porteurs de charge pour chaque matériau, extraire leur mobilité, la tension de seuil... Les capteurs ont été fabriqués à base de nanofils en Si, InAs, et ZnO, afin d'être utilisés comme capteurs de lumière, l'humidité et les gaz. Cette thèse propose une amélioration des technologiques actuelles d'adressage de nanostructures et l'utilisation des propriétés à l'échelle nanométrique pour des dispositifs plus efficaces et une large applicabilité, fournissant la base pour de futures études et les réalisations pratiques des nanosciences et des nanotechnologies.

A nanotecnologia vem tomando papel fundamental no desenvolvimento tecnológico atual de forma extremamente crescente e interdisciplinar. A utilização de nanofios na construção de estruturas/dispositivos mais complexos é possível devido a sua versatilidade. Entender a fabricação dos nanofios e ser capaz de caracterizá-los se torna extremamente importante para esse desenvolvimento. Dispositivos baseados em nanofios semicondutores e ferromagnéticos foram estudados nesta tese, abordando técnicas de crescimento e endereçamento, tanto para caracterizações eletrônicas e estruturais, quanto para aplicações em uso industrial de larga escala. Nanofios de cobalto foram eletrodepositados em diferentes pHs permitindo associar o pH da solução com a caracterização da estrutura cristalina. Nanofios semicondutores foram crescidos por CVD. O alinhamento e endereçamento dos nanofios foi feito através da técnica de dieletroforese acoplada à montagem capilar. Para a caracterização dos nanofios foram utilizadas técnicas de litografia óptica e eletrônica para a fabricação dos contatos. Um estudo da interface material semicondutor/silicidação foi realizado, verificando-se diferentes valores de barreira Schottky entre nanofios de silício e materiais massivos. No caso de nanofios de InAs um valor de barreira imperceptível foi encontrado e foi constatado que o fio de ZnO era do tipo p. Como aplicações foram fabricados diferentes dispositivos, como: transistores, válvulas de spin laterais, sensores de gás, humidade e luminosidade. Dentro do contexto de válvulas de spin foi estudada a caracterização da interface semicondutor/ferromagnético de forma a associar o valor da altura da barreira Schottky à espessura de SiO 2 , o qual age como barreira túnel. Através das medidas de transistor de efeito de campo (FET) a base de nanofios semicondures foi possível verificar o tipo de portadores de carga para cada material, extrair sua mobilidade, voltagem de threshold, entre outros. Os sensores fabricados foram feitos de nanofios de Si, InAs e ZnO, com o intuito de serem usados como sensores de luminosidade, humidade e gases. Foi verificada a sensibilidade do nanofio de ZnO para intensidade luminosa, nanofios de Si e InAs tanto à humidade quanto à detecção de gases poluentes, a exemplo, NO 2 . Esta tese é um avanço em relação ao cenário atual tecnológico de endereçamento de nanoestruturas e a utilização de propriedades da escala nano para dispositivos mais eficientes e de larga aplicabilidade, servindo de base para estudos futuros e implementações práticas em nanociência e nanotecnologia.

1. 1

 1 Crescimento do número de componentes ao longo dos anos. . . . . . . . . . 1.2 Processos de crescimento de um nanofio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Sensor de gás a base de nanofios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Célula eletroquímica, composta dos três eletrodos e o eletrólito, conectados ao potenciostato. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Figura esquemática do processo de crescimento de um nanofio por CVD. . 2.3 Dieletroforese associada à montagem capilar. a) Esquema mostrando o processo de alinhamento dos nanofios entre os eletrodos, e b) mostra a linha triplice onde os nanofios são mais facilmente capturados entre os eletrodos e permanecem na posição desejada [1]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 a) Esquema de funcionamento do equipamento de litografia óptica. Os raios ultravioleta são colimados por lentes ópticas, atravessam a máscara e são projetados no substrato recoberto por resina. b) Processo esquemático de fabricação de amostra por meio do processo de fotolitografia. . . . . . . 2.5 Processo esquemático de fabricação de amostra por meio do processo de litografia por feixe de elétrons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 Figura esquemática de um microscópio de duplo feixe. As duas colunas, de íons (FIB) e elétrons (SEM), estão representadas: o primeiro na transversal e o segundo na vertical. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7 a) Ilustração do funcionamento de uma evaporadora. b) Esquema detalhando todo o processo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 (a) visão mais ampla da membrana, mostrando os poros situados em posições aleatórias. (b) imagem mostrando a não uniformidade do diâmetro dos poros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 A membrana fixa ao suporte e envolta pela fita Kapton, a qual permite a exposição à solução apenas a região de interesse da membrana. . . . . . . . 3.4 Esquema da eletrodeposição dos nanofios de cobalto. À esquerda, uma ilustração, os íons Co +2 sofrem redução na superfície do eletrodo de trabalho, ocorrendo assim, o processo de crescimento dos nanofios [3]. À direita a montagem do experimento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Voltamograma realizado em solução composta de 120 g/l CoSO 4 . 7 H 2 O + 30 g/l H 3 BO 3 com pH = 2,65, utilizando contra-eletrodo de platina e eletrodo de referência de calomelano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi 3.6 Voltamograma realizado em solução composta de 120 g/l CoSO 4 . 7 H 2 O + 30 g/l H 3 BO 3 com pH = 2,65, utilizando contra-eletrodo de platina e eletrodo de referência de prata/cloreto de prata. . . . . . . . . . . . . . . 3.7 Gráfico de eletrodeposição de nanofios de cobalto em um pH de 2,6. Potencial fixo em -1 V com o eletrôdo de referência Ag/AgCl. . . . . . . . . . 3.8 Membrana após eletrodeposição de nanofios de Co. Os pontos prateados indicam início de formação de filme sobre a superfície da membrana . . . . 3.9 À esquerda, nanofios de Co após serem dissolvidos e colocados em substrato de Si. À direita, um nanofio de Co individual. . . . . . . . . . . . . . . . . 3.10 Floresta de nanofios de Si crescidos no LAAS. . . . . . . . . . . . . . . . .

3. 14

 14 Esquema do processo de planarização utilizando HSQ. . . . . . . . . . . . . 3.15 Montagem experimental do equipamento utilizado para a relização da dieletroforese acoplada à montagem capilar para alinhamento dos nanofios no substrato de HSQ/SiO 2 /Si. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.16 À esquerda, esquema do corte transversal do substrato no momento da DEP acoplada à montagem capilar. À direita, representação dos nanofios capturados entre os eletrodos após o alinhamento. . . . . . . . . . . . . . . 3.17 Figura esquemática de um nanofio alinhado sobre os eletrodos da dieletroforese isolados pelo HSQ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.18 Gráfico da frequência dos nanofios de Si, ZnO e InAs em função da porcentagem de fios alinhados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.19 À esquerda, layout de eletrodos para o pós-processamento e; à direita para obter alta densidade e diferentes ângulos de alinhamento. . . . . . . . . . . 3.20 Parâmetros utilizados para alinhar os nanofios de Si, InAs e ZnO por meio da DEP associada à montagem capilar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.21 À esquerda, nanofio de Si. À direita, nanofio de InAs. . . . . . . . . . . . . 3.22 Fios de Si e InAs alinhados em uma mesma célula. Nas laterais, o espectro de EDS confirmando a composição química dos determinados fios. A cor dos fios na imagem de varredura é meramente ilustrativa. . . . . . . . . . . xii 3.23 a) Nanofios alinhados na direção de varredura na montagem capilar. b) Deformação do menisco gerando um torque sobre o nanofio. . . . . . . . . 3.24 À esquerda, nanofio de Si alinhado perpendicularmente ao eletrodos de DEP. À direita, nanofio de Si dopado com P alinhado com rotação de 45 • em relação ao eletrodo da DEP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.25 Nanofios de Si alinhados em duas etapas com rotações de 45 • e 135 • em relação ao eletrodo da DEP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. 29

 29 Figuras esquemáticas a) da visão lateral de um transistor top gate Ω e b) da visão da sua seção transversal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.30 À esquerda, esquema da visão frontal do transistor top gate Ω. À direita, imagem do transistor top gate Ω baseado em nanofio de Si. . . . . . . . . . 3.31 Válvula de spin não local. Fio de Si com duas fitas de contatos magnéticos na parte central, e nas extremidades, silicidação feita por Pt e pads de Al. Na figura inferior à esquerda, pode-se ver as marcas de alinhamento do lado esquerdo. Na figura inferior à direita, pode-se ver o desenho das fitas magnéticas sobre a imagem do nanofio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.32 Marcas de alinhamento fabricadas para identificar a posição dos nanofios. À direita, fios dispostos de forma aleatória. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.33 Dispositivo de válvula de spin não-local. À esquerda, visão ampla do dispositivo. À direita, pode-se observar, o nanofio de Si dopado com P, as fitas de Co/Au e os contatos de acesso eletrônico. . . . . . . . . . . . . . . 3.34 Nanofios de Si alinhados em 45 • no formato de cruz. Contatos de Pt fabricados por litografia eletrônica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.35 Imagem dos contatos após a revelação e após o lift-off. Os contatos foram arrancados devido a baixa aderência ao substrato. . . . . . . . . . . . . . . 3.36 Contatos 4 pontas em nanofio de Co. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Diagrama de bandas de energia na interface metal/semicondutor tipo n (à esquerda) e metal/semicondutor tipo p (à direita) sob diferentes voltagens. a) Em equilíbrio térmico, b) forward bias e c) reverse bias. . . . . . . . . . 4.2 Diagrama de bandas para a junção metal/semicondutor. a) Ni/Si e b) Ni/InAs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xiii 4 . 3

 43 Acima, esquema das resistências presentes no sistema nanofio-contatos.Abaixo, circuito formado por dois diodos Schottky na configuração backto-back separados por resistências em série de Si. . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Diagrama de energia de banda mostrando qualitativamente os mecanismos de transporte de corrente em diodo Schottky para semicondutores tipo n. a) sob forward bias e b) reverse bias. TE = emissão termiônica; TFE = emissão por campo termiônico FE = emissão por campo. . . . . . . . . . . 4.5 Tabela de valores, teóricos e experimentais para materiais bulk, da barreira Schottky. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Gráfico I×V em diferentes temperaturas, de 300 a 100 K. . . . . . . . . . . 4.7 Gráfico Arrhenius plot de uma nanofio de Si com silicidação de Ni, com 1mum de canal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8 À esquerda, imagem de um nanofio de Si contactado com silicidação de Ni. À direita, curva IxV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.9 Gráfico IxV em diferentes temperaturas, para fio de Si não-dopado com silicidação de Ni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.10 Gráfico de Arrhenius plot de um fio de Si com silicidação de Ni contendo os valores das alturas de barreira para cada valor de voltagem. . . . . . . . 4.11 Gráfico de R Schottky ×T de um fio de Si com silicidação de Ni. . . . . . . . . 4.12 Gráfico IxV à temperatura ambiente para fio de Si silicidado com Pt. . . . 4.13 Gráfico IxV em diferentes temperaturas, para fio de Si não-dopado com silicidação de Pt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.14 Gráfico Arrhenius plot para fio de Si com silicidação de Pt contendo os valores das alturas de barreira para cada valor de voltagem. . . . . . . . . 4.15 Gráfico de R Schottky ×T de um fio de Si com silicidação de Pt. . . . . . . . . 4.16 Gráfico IxV em diferentes temperaturas, para fios de Si dopados com P e silicidação de Ni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.17 Gráfico Arrhenius plot para fio de Si dopado com P e com silicidação de Ni, onde em 200 K é o estado off. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.18 Gráfico Arrhenius plot de 300 a 200 K para fio de Si dopado com P e com silicidação de Ni, contendo os valores das alturas de barreira para cada valor de voltagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.19 Gráfico de R Schottky ×T de um fio de Si dopado com P e com silicidação de Ni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.20 Imagem de um nanofio de InAs contactado com silicidação de Ni. . . . . .

xiv 4 .

 4 21 À esquerda, gráfico IxV à temperatura ambiente de nanofio de InAs com resistência aparente de 1,3 MΩ. À direita, gráfico IxV em diferentes temperaturas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.22 Gráfico IxV de nanofio de ZnO com silicidação de Ni à temperatura ambiente. 4.23 Configuração de bandas para semicondutores tipo p no estado off e on, respectivamente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.24 Esquema ilustrativo de um transistor na configuração de back gate. . . . . 4.25 a) Imagem do dispositivo nanofio FET de Si. b) Gráfico I ds × V bg com V ds = -2 V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.26 a) Imagem do dispositivo nanofio FET de InAs. b) Gráfico I ds × V bg com V ds = 0,1 V.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.27 Gráfico de I ds ×V bg para diferentes valores de V ds para nanofios de InAs. . . 4.28 Ilustração do sistema de um transistor na configuração de top gate. . . . . 4.29 À esquerda, gráfico I ds ×V tg com V ds = -0,1V. À direita, imagem de um nanofio de Si com contatos top gate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.30 Amostra montada em dispositivo próprio para utilização na estação de medidas sobre atmosfera gasosa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.31 Gráfico I ds ×t com V ds = 2,5 V sob aplicação de diferentes intensidades de luz, para nanofios de ZnO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.32 Gráfico R×t com corrente fixa de 10 μA e injeção de ar de diferente humidade, para nanofios de InAs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.33 Curva de I ds × V bg com polarização de V ds = 0,1 V em atmosfera ambiente (HR 35%) e com ar seco para nanofios de InAs. . . . . . . . . . . . . . . . 4.34 Gráfico R×t com voltagem fixa de 1 V e injeção de ar de diferentes humidades, para nanofios de Si. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.35 Gráfico (Rxt) de fios de Si, ambos com V= 1V, sob aplicação de diferentes gases, tais como: À esquerda) CO (1500 ppm) e, À direita) NH 3 (10 ppm) 4.36 Gráfico Rxt, com V= 1V, sob aplicação de NO 2 (100 ppm), para fios de Si.

4. 37

 37 Gráficos (Rxt) de fios de InAs, ambos como I ds = 10 μA, sob aplicação de diferentes concentrações do gás NO 2 , tais como: À esquerda, NO2 (100 ppm) e; À direita, NO2 (50 e 100 ppm). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.38 a) Adsorção do gás na superfície do nanofio. Ilustração do corte transversal de um nanofio na presença de atmosfera gasosa. b) Para nanofios do tipo p (Si) a diminuição da camada de depleção gera uma diminuição da resistência e c) para nanofios do tipo n (InAs) o aumento da camada de depleção gera um aumento na resitência. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xv 4 .

 4 39 Configuração de válvula de spin lateral. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.40 Gráfico IxV em diferentes temperaturas para o sistema Co/SiO 2 /Si/SiO 2 /Co, em amostra que foi feita limpeza com HF. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. 48 À

 48 esquerda, medida IxV fio Si. À direita, medida IxV do outro fio em formato de cruz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Nanofios de Co de pH 3,32, à esquerda, dois fios em paralelo selecionados para serem contactados; à direita, após a medição. . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Gráfico IxV do nanofio de Co de pH 3,32 onde mostra um comportamento ohmico com resistência total de 450 Ω. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Imagem de um fio de Co de pH 6 com esquema dos quatro contatos fabricados.116 5.4 Gráfico IxV duas pontas de 2-4 (R = 2,33 MΩ) e de 3-1 :(R = 2,17 MΩ) do fio de Co de pH 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Fio de Co de pH 2,65 conectado duas pontas. . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Gráfico da medida IxV do fio de Co de pH 2,65. . . . . . . . . . . . . . . . 5.7 a) Gráfico da voltagem em função da corrente aplicada. b) Imagem do nanofio de Co com contatos de Pt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.8 À esquerda, gráfico da resistência em função da temperatura para nanofios de cobalto crescidos com solução de pH 2,65. À direita, gráfico da resistência em função da temperatura para nanofios de cobalto crescidos com solução de pH 6,0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.9 À esquerda, curva RxH a temperatura ambiente, aplicando 80 nA para nanofio de Co crescido em pH 2,65, À direita, curva RxH a 6 K, aplicando 10 nA para nanofio de Co crescido em pH 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . xvi 5.10 À esquerda, imagem de alta resolução. Figura superior à direita, FFT de toda a imagem, onde cada número corresponde a um plano cristalino difratado, nos quais, 1: (104) Co-hcp; 2: (112) Co-hcp; 3: (222) CoOcúbico; 4: (311) CoO-cúbico; 5: (311) CoO-cúbico; 6: (104) Co-hcp; 7: (200) CoO-cúbico. Figura inferior à direita, FFT do quadrado em destaque, nos quais, 1: (104) Co-hcp; 2: (112) Co-hcp. . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.11 A obtenção do padrão de difração a cada ponto da amostra proporcionou esta análise. Todas as indexações foram feitas considerando a ficha de Co Hexagonal 194 p63/mmc com a = 2,507 A e c = 4,070 A. . . . . . . . . . . 5.12 Figura de Pólo mostrando a posição do plano cristalino em pontos específicos da varredura efetuada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.13 À esquerda: imagem de alta resolução. O círculo vermelho mostra o aparecimento de um outro padrão de difração, sugerindo a presença de um plano cristalino diferente sendo difratado. À direita: FFT da imagem em destaque no quadrado branco, onde 1 representa o plano cristalino (201) Co-hcp de acordo com a ICSD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.14 A imagem em escala de cinza é uma imagem em bright field virtual e a imagem colorida mostra os diferentes planos cristalinos presentes na amostra. Ao lado, o mapa de orientação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 1 . 1 :

 11 Figura 1.1: Crescimento do número de componentes ao longo dos anos.

2 )

 2 Os dois elétrons presentes são doados ao contra-eletrodo completando o circuito elétrico, deixando as cargas balanceadas. O aparelho que permite a execução do processo de eletrodeposição é o potenciostato ou o galvanostato. Com a utilização do potenciostato pode-se aplicar uma diferença de potencial constante e com o galvanostato uma corrente constante. Utilizando o potenciostato (figura 2.1), a célula eletrolítica passa a possuir três eletrodos: o eletrodo de trabalho, o contra-eletrodo e o eletrodo de referência. No eletrodo de trabalho a redução dos íons ocorre em um potencial específico, assim ele deve se manter constante durante todo o processo. O eletrodo de referência tem a função de servir de referência, garantindo que a diferença de potencial aplicada entre o eletrodo de trabalho e o contra-eletrodo permança constante, utilizando para isto, o constante monitoramento da diferença de potencial entre o eletrodo de referência e o eletrodo de trabalho.

Figura 2 . 1 :

 21 Figura 2.1: Célula eletroquímica, composta dos três eletrodos e o eletrólito, conectados ao potenciostato [55].

Figura 2 . 3 :

 23 Figura 2.3: Dieletroforese associada à montagem capilar. a) Esquema mostrando o processo de alinhamento dos nanofios entre os eletrodos, e b) mostra a linha triplice onde os nanofios são mais facilmente capturados entre os eletrodos e permanecem na posição desejada [1].

Figura 2 .

 2 Figura 2.4: a) Esquema de funcionamento do equipamento de litografia óptica. Os raios ultravioleta são colimados por lentes ópticas, atravessam a máscara e são projetados no substrato recoberto por resina. b) Processo esquemático de fabricação de amostra por meio do processo de fotolitografia.

2. 5 .

 5 Medida da Espessura dos Filmes modulação da frequência com o detector e análise por transformada de Fourrier é possível definir qual a espessura do material analisado.

Figura 2 . 10 :

 210 Figura 2.10: Esquema de funcionamento de um perfilômetro mecânico [61].

Figura 2 . 13 :

 213 Figura 2.13: Esquema de funcionamento de um SEM. O feixe de elétrons é gerado no canhão, depois percorre toda coluna do microscópio antes de atingir a amostra, sendo focalizado pelas lentes magnéticas (bobinas magnéticas) [63].

Figura 2 .

 2 Figura 2.14: O feixe interage com a amostra. Dependendo da inclinação é possível gerar maior quantidade de sinal e melhorar o contraste topográfico.

Figura 2 . 16 :

 216 Figura 2.16: Esquema de funcionamento de um TEM. Os elétrons emitidos são acelerados a uma alta voltagem, passam por várias lentes magnéticas e são focalizados na amostra, atravessando-a. Logo após, incidem em uma tela de fósforo permitindo a observação [65].

  ) e com a possibilidade de fazer medidas de back gate ou controlar o vazamento de corrente elétrica pela parte inferior da amostra em contato com a base. Essa base também pode ser aquecida. As medidas são feitas à pressão ambiente, havendo a possibilidade de aplicar um fluxo de ar seco ou algum gás específico sobre a amostra. Pode-se definir a função de cada probe através do equipamento Keithley modelo 4200-SCS, por aplicação ou medição de corrente, voltagem, entre outros.

Figura 2 .

 2 Figura 2.19: a) Visão geral da montagem experimental do sistema de medição de transporte elétrico, criostato + bubinas magnéticas. b) Visão superior da amostra localizada no centro das bubinas magnéticoas. c) Equipamento KEPCO, fonte de corrente para aplicação de campo magnético. d) Equipamentos de controle de temperatura, aplicação de corrente e medição de voltagem.

2. 20 .

 20 Esse equipamento pode controlar a temperatura e humidade presente na câmara onde fica a amostra, podendo aplicar um fluxo controlado de diferentes gases, como: NO 2 , NH 3 , CO e C 2 H 4 O. A rotina é realizada através de um sistema automatizado, podendo ser aplicado diferentes densidades do mesmo gás durante um mesmo ciclo. As amostras são montadas em um pequeno dispositivo e conectadas a ele utilizando a hybond, equipamento este que conecta a amostra e o dispositivo através de um fio de ouro ou alumínio, por exemplo.

  Figura 3.1: À esquerda: membrana de policarbonato com poros de 30 nm de diâmetro e espessura de 6 μm. À direita: deposição de um camada de ouro com espessura de ∼ 200 nm[2].

7 H 2 OFigura 3 . 4 :Figura 3 . 5 :

 723435 Figura 3.4: Esquema da eletrodeposição dos nanofios de cobalto. À esquerda uma ilustração, os íons Co +2 sofrem redução na superfície do eletrodo de trabalho, ocorrendo assim, o processo de crescimento dos nanofios[3]. À direita, a montagem do experimento.

Figura 3 . 6 :

 36 Figura 3.6: Voltamograma realizado em solução composta de 120 g/l CoSO 4 . 7 H 2 O + 30 g/l H 3 BO 3 com pH = 2,65, utilizando contra-eletrodo de platina e eletrodo de referência de prata/cloreto de prata.

Figura 3 . 7 :

 37 Figura 3.7: Gráfico de eletrodeposição de nanofios de cobalto em um pH de 2,6. Potencial fixo em -1 V com o eletrôdo de referência Ag/AgCl.

Figura 3 . 8 :

 38 Figura 3.8: Membrana após eletrodeposição de nanofios de Co. Os pontos prateados indicam início de formação de filme sobre a superfície da membrana

  Figura 3.10: Floresta de nanofios de Si crescidos no LAAS[START_REF] Collet | Manipulation et adressage grande échelle de nanofils semiconducteurs pour la réalisation de nanosystèmes Innovants[END_REF].

Figura 3 . 11 :

 311 Figura 3.11: Esboço dos eletrodos de DEP. Os dois quadrados nas diagonais são os pads que tornarão possível a aplicação de corrente alternada nos eletrodos de forma a polarizar os nanofios, atraindo-os para as posições desejadas.

  3.1) é passado o momento de preparar a solução com nanofios semicondutores. Eles são dispersos em solução aquosa usando o ultrassom. Coloca-se um pequeno pedaço do substrato que contém os nanofios crescidos em um ependorfe com 500 μL de solução e leva-se ao ultrassom à 130 kHz por aproximadamente 15 min ou até ser obtida a densidade ótima para um bom resultado no alinhamento, para isso, a solução é verificada no microscópio ótico na posição dark field.

  Figura 3.15: Montagem experimental do equipamento utilizado para a relização da dieletroforese acoplada à montagem capilar para alinhamento dos nanofios no substrato de HSQ/SiO 2 /Si[START_REF] Collet | Manipulation et adressage grande échelle de nanofils semiconducteurs pour la réalisation de nanosystèmes Innovants[END_REF].

Figura 3 .

 3 Figura 3.16: À esquerda, esquema do corte transversal do substrato no momento da DEP acoplada à montagem capilar. À direita, representação dos nanofios capturados entre os eletrodos após o alinhamento.

Figura 3 . 20 :

 320 Figura 3.20: Parâmetros utilizados para alinhar os nanofios de Si, InAs e ZnO por meio da DEP associada à montagem capilar

Figura 3 .

 3 Figura 3.21: À esquerda, nanofio de Si. À direita, nanofio de InAs.

Figura 3 . 22 :

 322 Figura 3.22: Fios de Si e InAs alinhados em uma mesma célula. Nas laterais, o espectro de EDS confirmando a composição química dos determinados fios. A cor dos fios na imagem de varredura é meramente ilustrativa.

Figura 3 .

 3 Figura 3.23: a) Nanofios alinhados na direção de arraste na montagem capilar. b) Deformação do menisco gerando um torque sobre o nanofio [1].

Figura 3 .

 3 Figura 3.24: À esquerda, nanofio de Si alinhado perpendicularmente ao eletrodos de DEP. À direita, nanofio de Si dopado com P alinhado com rotação de 45 • em relação ao eletrodo da DEP.

  marcas de alinhamento que foram fabricadas na primeira exposição, juntamente com os eletrodos interdigitados para a DEP. Após a exposição, o substrato com resina foi revelado com AZ e MF 26 CD e, imediatamente antes da metalização foi retirado o óxido presente no nanofio, para melhorar a interface metal/semicondutor, utilizando HF: para fios de Si, HF 1% por 30 s e; para fios de InAs e ZnO, HF 0,5% por 10 s. Na sequência a metalização de Pt (25 nm) ou Ni (25 nm) foi feita por PVD (physical vapor deposition), e para o lift-off foi utilizado removedor PG. Pode-se ver na figura 3.26, um esquema do processo de fabricação dos contatos desde o substrato com resina, a revelação, metalização e o resultado final após o lift-off.

Figura 3 . 26 :

 326 Figura 3.26: Esquema do processo de fabricação dos pads de contato para silicidação.

Figura 3 . 28 :Figura 3 . 29 :

 328329 Figura 3.28: Esquema do processo de fabricação dos grandes pads de contato.

  foram utilizados os nanofios de Si (50 nm de diâmetro) já alinhados por DEP em substrato de HSQ/SiO 2 /Si e conectados por Al (220nm) com silicidação feita por Pt (25 nm). Várias etapas de 3.4. Contactando nanofios litografia eletrônica foram necessárias para a sua fabricação. Utilizou-se o equipamento RAITH 150, resina PMMA (140 nm e 230 nm) com spin coater, recozimento em prato quente, revelação com MIBK 1: IPA 3, metalização por PVD e lift-off com acetona. Primeiramente, marcas de alinhamento foram fabricadas sobre o substrato perto dos fios selecionados. Logo após, foram fabricados as fitas de Co (100 nm de espessura -espessura verificada com perfilômetro mecânico) com diferentes larguras (200 nm e 500 nm) sobre os nanofios, e na sequência o pads de acesso eletrônico com 110 nm de espessura de Al (figura 3.31).

Figura 3 . 31 :

 331 Figura 3.31: Válvula de spin não local. Fio de Si com duas fitas de contatos magnéticos na parte central, e nas extremidades, silicidação feita por Pt e pads de Al. Na figura inferior à esquerda, pode-se ver as marcas de alinhamento do lado esquerdo. Na figura inferior à direita, pode-se ver o desenho das fitas magnéticas sobre a imagem do nanofio.

Ar por 30 Figura 3 . 33 :Figura 3 . 34 : 4 Resultados:

 303333344 Figura 3.33: Dispositivo de válvula de spin não-local. À esquerda, visão ampla do dispositivo. À direita, pode-se observar, o nanofio de Si dopado com P, as fitas de Co/Au e os contatos de acesso eletrônico.

4. 1

 1 Caracterização elétrica dos contatosPara o estudo e aplicação dos dispositivos à base de nanofios temos que levar em consideração que é preciso manipulá-los e medi-los e isso é feito por um observador macroscópico.Assim sendo, se faz necessário a fabricação de contatos sobre essas nanoestruturas. Nosso objetivo foi estudar/fabricar esses contatos em estruturas 1D com a menor resistência de forma a não suprimir a resposta vinda do nanofio. Contatos ohmicos, sem efeito de barreira Schottky, são muito importante para se obter uma alta injeção de portadores de carga, aumentando assim sua mobilidade.Quando um semicondutor é posto em contato com um metal as suas energias de Fermi tendem a se igualarem, assim sendo, ocorre o curvamento das bandas de energia do material semicondutor. A figura 4.1 traz um diagrama de bandas de energia mostrando exemplos para semicondutores do tipo p e n.Foram selecionados três diferentes tipos de nanofios com diferentes valores de band gap para serem estudados, foram eles: InAs (direto: 0,35 V), Si (indireto: 1,12 V) e ZnO (direto: 3,37 V). Esses nanofios foram contactados e funcionalizados pela técnica de silicidação. Para a silicidação utilizou-se dois tipos de materiais compatíveis com a tecnologia CMOS com diferentes valores para a função trabalho, w: Pt com w = 5,3 eV e Ni com w = 4,3 eV. A figura 4.2 mostra um exemplo da configuração de bandas de energia para o nosso sistema estudado.

Figura 4 . 1 :Figura 4 . 2 :

 4142 Figura 4.1: Diagrama de bandas de energia na interface metal/semicondutor tipo n (à esquerda) e metal/semicondutor tipo p (à direita) sob diferentes voltagens. a) Em equilíbrio térmico, b) forward bias e c) reverse bias [87].

Figura 4 . 3 :

 43 Figura 4.3: Acima, esquema das resistências presentes no sistema nanofio-contatos. Abaixo, circuito formado por dois diodos Schottky na configuração back-to-back separados por resistências em série de Si.

Figura 4 . 4 :

 44 Figura 4.4: Diagrama de energia de banda mostrando qualitativamente os mecanismos de transporte de corrente em diodo Schottky para semicondutores tipo n. a) sob forward bias e b) reverse bias. TE = emissão termiônica; TFE = emissão por campo termiônico FE = emissão por campo [87].

Figura 4 . 5 :

 45 Figura 4.5: Tabela de valores, teóricos e experimentais para materiais bulk, da barreira Schottky.

Figura 4 . 6 :Figura 4 . 7 :

 4647 Figura 4.6: Gráfico I×V em diferentes temperaturas, de 300 a 100 K.

Figura 4 . 8 :

 48 Figura 4.8: À esquerda, imagem de um nanofio de Si contato com silicidação de Ni. À direita, curva IxV.

Figura 4 . 9 :

 49 Figura 4.9: Gráfico IxV em diferentes temperaturas, para fio de Si não-dopado com silicidação de Ni.

Figura 4 . 10 :

 410 Figura 4.10: Gráfico Arrhenius plot para fio de Si com silicidação de Ni contendo os valores das alturas de barreira para cada valor de voltagem.

Figura 4 . 11 :

 411 Figura 4.11: Gráfico de R Schottky ×T de um fio de Si com silicidação de Ni.

Figura 4 . 12 :

 412 Figura 4.12: Gráfico IxV à temperatura ambiente para fio de Si silicidado com Pt.

Figura 4 . 13 :

 413 Figura 4.13: Gráfico IxV em diferentes temperaturas, para fio de Si não-dopado com silicidação de Pt.

Figura 4 . 14 :

 414 Figura 4.14: Gráfico Arrhenius plot para fio de Si com silicidação de Pt contendo os valores das alturas de barreira para cada valor de voltagem.

Figura 4 . 15 : 4 . 1 .

 41541 Figura 4.15: Gráfico de R Schottky ×T de um fio de Si com silicidação de Pt.

Figura 4 . 16 :

 416 Figura 4.16: Gráfico IxV em diferentes temperaturas, para fios de Si dopados com P e silicidação de Ni.

Figura 4 . 17 :

 417 Figura 4.17: Gráfico Arrhenius plot para fio de Si dopado com P e com silicidação de Ni, onde em 200 K é o estado off.

Figura 4 . 18 :

 418 Figura 4.18: Gráfico Arrhenius plot de 300 a 200 K para fio de Si dopado com P e com silicidação de Ni, contendo os valores das alturas de barreira para cada valor de voltagem.

Figura 4 . 19 :

 419 Figura 4.19: Gráfico de R Schottky ×T de um fio de Si dopado com P e com silicidação de Ni.

Figura 4 . 20 :

 420 Figura 4.20: Imagem de um nanofio de InAs contactado com silicidação de Ni.

Figura 4 .

 4 Figura 4.21: À esquerda, gráfico IxV à temperatura ambiente com resistência aparente de 1,3 MΩ. À direita, gráfico IxV em diferentes temperaturas.

Figura 4 . 22 :

 422 Figura 4.22: Gráfico IxV de nanofio de ZnO com silicidação de Ni à temperatura ambiente.

A figura 4 .

 4 24 traz um esquema de como funcionalizamos o nosso sistema para equivaler a um transistor MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors). Aplicamos uma voltagem de back gate (V bg ) na base do substrato, permitindo a sua polarização e gerando um efeito de gate na amostra. O valor da V bg dependerá da qualidade isolante do substrato, quanto melhor for menor será a corrente de fuga (I bg ).

Figura 4 . 24 :

 424 Figura 4.24: Esquema ilustrativo de um transistor na configuração de back gate.

Figura 4 .Figura 4 . 27 :

 4427 Figura 4.26: a) Imagem do dispositivo nanofio FET de InAs. b) Gráfico I ds × V bg com V ds = 0,1 V.

Figura 4 .

 4 Figura 4.31: Gráfico I ds ×t com V ds = 2,5 V sob aplicação de diferentes intensidades de luz, para nanofios de ZnO.

Figura 4 . 32 :

 432 Figura 4.32: Gráfico R×t com corrente fixa de 10 μA e injeção de ar de diferente humidade, para nanofios de InAs.

Figura 4 . 33 :

 433 Figura 4.33: Curva de I ds × V bg com polarização de V ds = 0,1 V em atmosfera ambiente (HR 35%) e com ar seco para nanofios de InAs.

Figura 4 . 34 :

 434 Figura 4.34: Gráfico R×t com voltagem fixa de 1 V e injeção de ar de diferentes humidades, para nanofios de Si.

Figura 4 . 35 :

 435 Figura 4.35: Gráfico (Rxt) de fios de Si, ambos com V= 1V, sob aplicação de diferentes gases, tais como: À esquerda) CO (1500 ppm) e, À direita) NH 3 (10 ppm)

Figura 4 .

 4 Figura 4.38: a) Adsorção do gás na superfície do nanofio. Ilustração do corte transversal de um nanofio na presença de atmosfera gasosa. b) Para nanofios do tipo p (Si) a diminuição da camada de depleção gera uma diminuição da resistência e c) para nanofios do tipo n (InAs) o aumento da camada de depleção gera um aumento na resitência.

4 . 4 . 1

 441 duas extremidades ferromagnéticas em torno de um material não magnético, podendo este ser um metal ou um semicondutor. Existem duas configurações interessantes de válvulas de spin: a lateral -onde os materiais ferromagnéticos são inseridos na forma de contatos fabricados nas extremidades do material não-magnético -e uma segunda onde o próprio dispositivo é formato por um único sistema tri ou multi-camadas, revezando-se materiais ferromagnéticos ou não dependendo da válvula em questão. Na configuração lateral pode-se construir as chamadas válvulas de spin local e não local.No caso não local, onde injeta-se com o auxílio do primeiro contato ferromagnético uma corrente spin-polarizada ao longo de, por exemplo, um semicondutor, gerando-se o acoplamento de correntes de carga e spin por conta do acoplamento spin-órbita. Neste caso o circuito é fechado entre o semicondutor e o primeiro contato apenas. A corrente pura de spin termina por chegar no segundo contato, cujo campo de coercividade é diferente do que o primeiro, de forma que este possa estar magnetizado na mesma direção, ou não, do primeiro contato. O controle da direção relativa entre as magnetizações é feito mudando a intensidade de um campo magnético externo. A corrente pura de spin ao longo do nanofio ao atingir a interface do segundo contato faz com que o sistema sinta uma diferença de potencial químico e uma voltagem possa ser medida entre a segunda extremidade do semicondutor e o segundo contato.No caso de uma válvula de spin local (na configuração lateral) quem são conectados são os dois contatos ferromagnéticos. A corrente é injetada no sistema e ao passar pelo primeiro contato passa a ser spin-polarizada. A corrente segue, então, ao longo do nanofio até o segundo contato. Dependendo da direção relativa entre as duas magnetizações pode ser observado um decréscimo da resistência do sistema (no caso de magnetizações paralelas) ou um aumento da mesma (no caso de antiparalelas.) Na segunda configuração de válvulas de spin (a exemplo, baseada em nanofios tri ou multi-camadas) pode-se arquitetar somente o modo local e o conceito segue o mesmo do da configuração lateral montada em modo local. Caracterização elétrica da interface Si/Co e análises Nos baseamos no artigo Zhang et al. [93] para fabricarmos nosso dispositivo de válvula de spin (mostrado no capítulo 3). Para a largura das fitas de Co utilizamos 200 e 500 nm, 200 nm a menos para cada fita comparando com os valores utilizados no artigo. Ao invés de usarmos Al 2 0 3 utilizamos o próprio óxido de silício do nanofio como barreira túnel [94].

Figura 4 . 39 :

 439 Figura 4.39: Configuração de válvula de spin lateral [93].

Figura 4 . 40 :

 440 Figura 4.40: Gráfico IxV em diferentes temperaturas para o sistema Co/SiO 2 /Si/SiO 2 /Co, em amostra que foi feita limpeza com HF.

Figura 4 . 41 :

 441 Figura 4.41: Gráfico Arrhenius plot da amostra que foi feita limpeza com HF.

Figura 4 .

 4 Figura 4.42: À esquerda, gráfico Arrhenius plot com as alturas de barreira Schottky. À direita, gráfico de R sch ×t da amostra que foi feita limpeza com HF.

Figura 4 . 43 :

 443 Figura 4.43: Gráfico IxV em diferentes temperaturas para dispositivos nos quais os fios de Si que não passaram pelo procedimento de limpeza com HF.

Figura 4 . 44 :

 444 Figura 4.44: Gráfico Arrhenius plot da amostra que não foi feita limpeza com HF.

Figura 4 .

 4 Figura 4.45: À esquerda, gráfico Arrhenius plot com as alturas de barreira Schottky. À direita, gráfico de R sch ×t da amostra que não foi feita limpeza com HF.

Figura 4 .

 4 Figura 4.46: À esquerda, fio com limpeza de HF, medido a temperatura ambiente, aplicando 1 nA. À direita, fio sem limpeza de HF, medido a 6 K, aplicando 0,1 nA.

Figura 4 .

 4 Figura 4.47: À esquerda, fio de Si dopado, medido a temperatura ambiente, aplicando 0,1 μA. À direita, fio de InAs, medido a 6 K, aplicando 5 nA.

Figura 4 .

 4 Figura 4.48: À esquerda, medida IxV fio Si. À direita, medida IxV do outro fio em formato de cruz

)Figura 5 . 2 :

 52 Figura 5.2: Gráfico IxV do nanofio de Co de pH 3,32 onde mostra um comportamento ohmico com resistência total de 450 Ω.

Figura 5 . 4 :Figura 5 . 5 :

 5455 Figura 5.4: Gráfico IxV duas pontas de 2-4 (R = 2,33 MΩ) e de 3-1 :(R = 2,17 MΩ) do fio de Co de pH 6.

Figura 5 . 6 :

 56 Figura 5.6: Gráfico da medida IxV do fio de Co de pH 2,65.

Figura 5 .

 5 Figura 5.7: a) Gráfico da voltagem em função da corrente aplicada. b) Imagem do nanofio de Co com contatos de Pt [99].

Figura 5 .

 5 Figura 5.10: À esquerda, imagem de alta resolução. Figura superior à direita, FFT de toda a imagem, onde cada número corresponde a um plano cristalino difratado, nos quais, 1: (104) Co-hcp; 2: (112) Co-hcp; 3: (222) CoO-cúbico; 4: (311) CoO-cúbico; 5: (311) CoO-cúbico; 6: (104) Co-hcp; 7: (200) CoO-cúbico. Figura inferior à direita, FFT do quadrado em destaque, nos quais, 1: (104) Co-hcp; 2: (112) Co-hcp. Ambas de acordo com a ICSD [101].

Figura 5 .

 5 Figura 5.11: A obtenção do padrão de difração a cada ponto da amostra proporcionou esta análise. Todas as indexações foram feitas considerando a ficha de Co Hexagonal 194 p63/mmc com a = 2,507 A e c = 4,070 A.

Figura 5 .

 5 Figura 5.13: À esquerda: imagem de alta resolução. O círculo vermelho mostra o aparecimento de um outro padrão de difração, sugerindo a presença de um plano cristalino diferente sendo difratado. À direita: FFT da imagem em destaque no quadrado branco, onde 1 representa o plano cristalino (201) Co-hcp de acordo com a ICSD.

Figura 5 .

 5 Figura 5.14: A imagem em escala de cinza é uma imagem em bright field virtual e a imagem colorida mostra os diferentes planos cristalinos presentes na amostra. Ao lado, o mapa de orientação.

Figure 1 .

 1 Figure 1. Capillary-assisted dielectrophoresis technique for wafer-scale assembly of single NWs. a) 3D view of the assembly setup at wafer scale that couples capillary assembly with DEP-interdigitated electrodes. b) Schematic cross-sectional view of the liquid meniscus (triple line) at the evaporation front on the buried DEP electrodes. c) Large-scale assembly of single NWs, shown by tilted SEM images at small, medium, and high magnifi cation. d) Comparing the capture yield of DEP alone and coupled with convective assembly.

Figure 2 .

 2 Figure 2. Infl uence of the NW properties on the optimal frequency of the DEP signal. a) Yield of NW capture and computed real part of the Clausius-Mossotti factor, along the long and short axes of undoped Si NWs, as a function of the DEP frequency. The short axis contribution is found quasiindependent of the frequency. The higher capture effi ciency was obtained at 50 kHz, where Re(K long axis ) = 3000 × Re(K short axis ). b) COMSOL simulations of the resulting DEP force fi eld (parallel, Fdep x and normal, Fdep y to the electrodes) for the three specifi c frequencies. c) Normalized yield of captured NWs as a function of the DEP frequency for several kinds of materials. The NWs used in these studies exhibit comparable dimensions. Static counting has been done by observing every DEP site with an optical microscope in high magnifi cation. d) Computed real part of the Clausius-Mossotti factor along the long axis as a function of the NW conductivity for several DEP frequencies. The intercept of the 3000 × Re (K short axis ) straight line with the Re (K long axis ) line gives the NW conductivity with its related capture frequency. Experimental results for Si and InAs NWs are provided as examples. e) Starting from a measured capture frequency, the abacus plot gives the corresponding concentration of n-type or p-type dopants in Si NWs. Experimental points for undoped Si NW and doped p-Si NW are reported.

Figure 4 .

 4 Figure 4. Assembly of multiNW structures. a) Optical microscope image of NW aligned preferentially in the drag direction of the capillary assembly. b) Top view schematic representation of a capillary assembly, with a NW held onto the wafer surface at a random angle with respect to the drag direction. c) Top view schematic representation of NW on DEP electrodes, where the drag direction is tilted at an angle with respect to the electrode axis. NWs are fi rst attracted by the DEP force between the electrodes (DEP assembly), and then are aligned along the drag direction by capillary assembly. The anchor point corresponds to the NW extremity that fi rst meets the triple line. d) SEM top view of Si NW assembly fabricated by capillary-assisted DEP, where the drag direction is tilted 45° and 90° relative to the DEP electrodes. e) Crossed Si NWs in two successive assemblies, fabricated with the drag direction at 45° and 135°, respectively.

COMMUNICATION

  Adv. Mater. 2014, DOI: 10.1002/adma.201403039 www.advmat.de www.MaterialsViews.com B-doping of the Si NWs is achieved by adding B 2 H 6 (3 sccm) to the previous gases. The InAs NWs were grown in MOVPE reactor, using 20 nm gold colloids to nucleate the growth of InP stems on the InP(111)B substrates. The growth temperature was subsequently raised from 420 °C to 440 °C, and the InAs NWs have been optimized using a trimethylindium (TMI) molar fraction of 2 × 10 -6 and a AsH3 molar fraction of 3.5 × 10 -4 for 60 min.

  Des ordinateurs plus rapides, des structures plus efficaces traitement médical. Alors que dans les années 50 la microélectronique a commencé à prendre un place prépondérante dans la société moderne, actuellement elle converge vers la nanoscience et de la nanotechnologie. La diminution de la taille des structures de traitement, avec la densification des éléments manufacturés, ont généré une augmentation exceptionnelle du nombre de composants (figure1.1), comme souligné initialement par la loi Moore[1].

Figure 1 . 1 :

 11 Figure 1.1: Evolution du nombre de composants au cours des années.

Figure 2 . 1 :

 21 Figure 2.1: Gauche: membrane de polycarbonate avec des pores de 30 nm de diamètre et une épaisseur de 6 microns. A droite: le dépôt d'une couche d'or d'une épaisseur de ~200 nm [16].

Figure 2 . 2 :

 22 Figure 2.2: Schéma de l'électrodéposition de nanofils de cobalt. a) Illustration où les ions, Co +2 , subissent une réduction à la surface de l'électrode de travail, de sorte que se produit le processus de croissance de nanofils [17]. b) L'ensemble du protocole expérimental.

Figure 2

 2 Figure 2.3: a) Nanofils de Co après avoir été dissous et placé dans le substrat Si. b) Un nanofil de Co seul.

  [001] et [011] ont été cultivées par CVD sur un substrat Si (LAAS / CNRS). Pour se faire, des nanoparticules d'or ont été utilisées comme catalyseurs. Les nanofils obtenus ont une longueur moyenne de 3 à 5 microns et un diamètre d'environ 50 nm (Figure 2.4). Pour effectuer un dopage de nanofils de silicium lors de la croissance, un dopage de type n a utilisé.

Figure 2 . 4 :

 24 Figure 2.4: Exemple de forêt de nanofils Si cultivé au LAAS [28].

  Avec la manière classique d'adressage, les contacts ont été fabriqués sur des nanofils de silicium dopé et non dopé, en forme de vannes de spin; et aussi, sur des nanofils de Co avec des contacts de 4 et 2 points. Pour la fabrication de vannes de spin, une solution nanofils de Si dopé P et non dopé (diamètre 50 nm) a mis sur le substrat comportant des marques d'alignement (figure 3.1). Plusieurs étapes de lithographie électronique sont nécessaires. Des contacts de siliciurés en Pt (25 nm) ont été mis en oeuvre.

Figure 3 . 1 :

 31 Figure 3.1: Marques d'alignements réalisés pour identifier la position des nanofils. Droit, fils disposés de façon aléatoire.

Figure 3 . 2 :

 32 Figure 3.2: Dispositif de vanne de spin avec le nanofil de Si, les bandes de Co et les contacts d'accès électroniques.

Figure 3 . 3 :

 33 Figure 3.3: Contacts 4 points sur nanofil Co.

3. 2

 2 DEP+ assemblage capillaire Une technique d'adressage des nanofils semiconducteurs grande échelle a été utilisé, couplant la DEP à l'assemblage capillaire. Le DEP attire les nanofils à des endroits bien précis entre les électrodes (figure 3.4). Pour qu'ils restent dans la même position après séchage de la solution, l'assemblage capillaire est couplé au processus DEP. L'évaporation devient contrôlée par une fine couche de liquide (solution contenant les nanofils), de sorte que le flux de convection générée dans la solution augmentate la densité locale de fils, rendant la capture des nanofils par la force DEP plus efficaces. La force DEP peut être exprimée par l'équation suivante [15]: (3.1) Où Γ est une constante géométrique en fonction de la forme et le volume de la nanoparticule en question, εm est la permittivité du milieu, ∇ E 2 est le gradient du module carré du champ électrique et K(ω) est le facteur de Clausius-Mossotti écrite comme une fonction de la fréquence angulaire du champ appliqué ω et la permittivité et la conductivité du milieu (εm, σm) et la permittivité et la conductivité du nanofil (εp, σp). Après que les nanofils sont capturés entre les électrodes par la force DEP, la force capillaire les fixe sur la surface du substrat et le fluide autour des nanofils est évaporé. La Figure 3.5 montre schématiquement une vue de côté du fil reposant sur les électrodes.

Figure 3 . 4 :

 34 Figure 3.4: De gauche à droite, en coupe schématique transversale du substrat lors de l'assemblage DEP couplé à la capillarité, et représentant les nanofils capturés entre les électrodes après alignement.

Figure 3 . 5 :

 35 Figure 3.5: figure schématique d'un nanofil aligné sur les électrodes de diélectrophorèse noyé dans une couche diélectrique (HSQ).

Figure 3 .Figure 3

 33 Figure 3.6: a) Nanofil InAs. b) Nanofil Si. c) Graphique de la fréquence d'assemblage de nanofils de Si, ZnO et InAs en fonction du pourcentage de fils alignés.

Figure 3 . 7 :

 37 Figure 3.7: Fils alignés de Si et InAs dans la même cellule. Sur les côtés, le spectre EDS confirme la composition chimique de ces fils. Les couleurs des fils dans l'image sont illustrative.

Figure 3 .

 3 Figure 3.8: a) Nanofils alignés dans la direction de déplacement de l'assemblage capillaire. b) La déformation du ménisque génère un couple sur le nanofil [15].

Figure 3 . 9 :

 39 Figure 3.9: De gauche à droite, Si nanofil alignés perpendiculairement, aligné à 45• et aligné avce deux assemblages successifs à 45• et 135• par rapport à l'électrode DEP.

Figure

  

  3.10a, montre schématiquement un nanofil ainsi contacté. Afin de construire des vannes de spin non-locaux, des nanofils Si ont été alignés par DEP avec une siliciuration de Pt (25 nm). Diverses étapes de lithographie électroniques ont été nécessaires pour sa fabrication. Des lignes de Co avec différentes largeurs (200 nm et 500 nm) ont été fabriquées sur les nanofils, suivis par les plots d'accès électriques en Al (figure 3.10b).

Figure 3 .

 3 Figure 3.10: a) Schéma d'un nanofil contacté. b) Vanne de spin. Nanofil de Si avec deux bandes de contact magnétiques dans le milieu.

  Notre objectif était de fabriquer et d'étudier des contacts dans les structures 1D. Des contacts faiblement résistifs, sans effet de la barrière Schottky, sont très importants pour obtenir une injection élevée de porteurs, augmentant ainsi leur mobilité. Nous avons sélectionné trois différents types de nanofils à étudier avec différentes valeurs de gap, InAs (direct: 0,35 V), Si (indirect: 1,12 V) et de ZnO (direct: 3,37 V). Ces nanofils ont été contactés et fonctionnalisés par la formation d'un alliage. Deux types de métal, compatibles avec la technologie CMOS, sont utilisés avec des valeurs de travail de sortie différentes, Pt avec w = 5,3 eV et Ni avec w = 4,3 eV. A partir des données obtenues dans les courbes IxV à différentes températures, il est possible, par l'intermédiare de tracé Arrhenius, d'extrapoler la hauteur de barrière de Schottky (via la pente de la courbe) : (4.1)où I est le courant appliqué, T la température, S surface de jonction, A* est la constante Richardson, q la charge de l'électron, φb la hauteur de la barrière et k la constante de Boltzmann.La résistance de Schottky peut être alors exprimée par l'équation suivante :

(4. 2 )

 2 La table 4.1 fournit un tableau des valeurs de barrière Schottky théoriques et expérimentales pour un substrat massif selon les matériaux étudiés.

Figure 4 . 1 :Figure 4

 414 Figure 4.1: Tableau des valeurs de barrière Schottky théoriques et expérimentales.

Figure 4 .Figure 4 4 . 1 . 2 36 ΩFigure 4 . 5 :

 444123645 Figure 4.3: a) IxV à température ambiante b) IxV à différentes températures. c) tracé d'Arrhenius contenant les valeurs des hauteurs de barrière pour chaque valeur de la tension; d) RSchottky en fonction de T pour des fil de Si avec siliciuration Pt.

Figure 4 . 6 :

 46 Figure 4.6: IxV de nanofil ZnO avec siliciuration Ni à température ambiante.

4. 2

 2 Nanofils Co Des mesures de transport électronique ont été effectués sur des nanofils crus à pH 3,32 (figure 4.7) La courbe résultante montre une dépendance linéaire de la courant -tension, ce qui signifie le transport est diffusif, obéissant à la loi d'Ohm. La résistance totale est de 450 Ω et 900 Ω, avec une résistivité ρ = 5 × 10-6 Ω • m, ( l = 900 nm et d = 80 nm).

Figure 4

 4 Figure 4.7: a) nanofils de cobalt après la mesure. b) IxV.

Figure 4 .

 4 Figure 4.8a montre un fil crù à pH 6. Dans la figure 4.8b, I-V montre une résistance mesurée de 2,33 M Ω.

Figure 4 .

 4 Figure 4.8: a) Système de fil de Co avec quatre contacts. b), IxV deux extrémités 2-4 et 3-1 de fil Co de pH 6.

Figure 4 .Figure 4 . 9 :

 449 Figure 4.9: a) fil Co de pH 2,65 connecté aux deux extrémités. b), IxV.

Figure 4 .

 4 Figure 4.10: a) Courbe RxH à température ambiante en appliquant 80 nA sur nanofil Co cru à pH 2,65. b) Courbe RxH à 6 K, en appliquant à 10 nA sur nanofil Co croître à pH 6.

Figure 4 .

 4 Figure 4.11 apporte plusieurs images, comprenant une image en champ sombre, de qualité des index, la mise en plan d'orientation cristalline, la position de la cellule de l'unité au sein du nanofil et la trace d'un plan pyramidal de nanofil Co ph 2,65.

Figure 4 . 11 :

 411 Figure 4.11: Obtention du diagramme de diffraction à chaque point de l'échantillon. Tous les indices ont été pris en tenant compte de la fiche hexagonale Co 194 p63/mmc avec a = 2,507 A et c = 4,070 A.

Figure 4 .

 4 Figure 4.12: L'image en niveaux de gris est une image en champ sombre et l'image couleur présente les différents plans cristallins dans l'échantillon. A côté, la carte d'orientation.

Figure 4 . 13 :

 413 Figure 4.13: Echantillon sans oxyde d'interface (nettoyage HF) a), IxV à différentes températures; b) tracé d'Arrhenius c) tracé d'Arrhenius avec hauteurs barrière Schottky; d) RSchottky×T.

Figure 4 . 14 :

 414 Figure 4.14: Echantillon avec oxyde d'interface (pas de nettoyage HF) a), IxV à différentes températures; b) tracé d'Arrhenius c) tracé d'Arrhenius avec hauteurs barrière Schottky; d) RSchottky×T.

(figure 4 .

 4 15a). Dans les graphiques de la figure4.15b e 4.15c peut observer la présence de la barrière Schottky formant la courbe de S. Dans cette configuration de type croix du fil pour la mesure Kelvin cross possède un que la surface de contact réduite. Même les fils étant l'un au dessus de l'autre, en regardant à travers le microscope, en fait, ils ne peuvent se chevaucher et ne sont pas en contact.

Figure 4 .

 4 Figure 4.15: a) Nanofils de Si alignés en forme de croix. Les contacts de Pt sont fabriqués par lithographie électronique. b) IxV fil de Si. c) Mesure IxV l'autre fil de Si dans format de croix.

Figure 4 .

 4 Figure 4.16 donne une vue schématique du système correspondont à un MOSFET (Metal-oxydesemiconducteur Transistors à effet de champ).

Figure 4 . 16 :

 416 Figure 4.16: Schéma illustratif d'un transistor dans la configuration de grille arrière.

Figure 4 .

 4 Figure 4.17: a) Image d'un dispositif FET de nanofil de Si. b) Caractéristique de transfert Ids-Vbg avec Vds = -2 V.

Figure 4 .

 4 Figure 4.18: a) Image d'un dispositif FET de nanofil d'InAs. b) Caractéristique de transfert Ids-Vbg avec Vds = 0,1 V.

Figure 4 . 19 :

 419 Figure 4.19: Figures schématiques a) la vue de côté d'un transistor de grille supérieure, b) la vision de sa section transversale.

Figure 4 .4. 6 Capteurs

 46 Figure 4.20: a) Ids×Vtg avec Vds = -0,1V. b) image d'un nanofil de Si avec un contact de grille supérieure.

Figure 4 . 21 : 4 . 6 . 1 Figure 4 . 22 :

 421461422 Figure 4.21: Echantillon monté en boitier pour l'utilisation de la station des mesures sous atmosphère gazeuse.

Figure 4 . 4 . 6 . 2 Figure 4 . 24 :

 4462424 Figure 4.23: a) Graphique de R×t avec injection de courant fixe 10μA et de l'air d'humidité différente sur nanofil d'InAs. b) R×t avec une tension fixe de 1V et l'injection d'air d'humidité différente, pour nanofil de Si.

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  Primeiramente eles são colocados em solução piranha (H 2 O 2 + H 2 SO 4 ), depois são enxaguados em água deionizada, são colocados em seguida em ácido fluorídrico (HF), são enxaguados novamente e por último centrifugados. Feito isso, são oxidados utilizando um forno, resultando em uma camada superficial, medida com o elipsometro, de aproximadamente 200 nm de SiO 2 .

  a cargo do elétron, h a constante de Planck, N o nível de dopagem, m * a massa efetiva e ε s a constante dielétrica do semicondutor. Assim, quando kT E 00 , TE domina e o comportamento original da barreira Schottky prevalece sem que haja tunelamento.

			4.1. Caracterização elétrica dos contatos
	nível de dopagem do material. Existe um critério para definir esta contribuição utilizando
	a equação				
		E 00 =	qh 4π	N m * ε s	,	(4.6)
	onde q é Quando kT	E			

00 , FE (ou tunelamento) domina. Quando kT = E 00 , TFE é o principal mecanismo combinando TE e FE.

  Óxido de Zinco e Silício. O alinhamento por DEP associado à montagem capilar mostrou-se capaz de alinhar milhares de nanofios de uma só vez com uma eficiência de 80 a 90 por cento, o que é de extremo interesse para uso industrial e aplicações práticas da nanotecnologia. Com essa técnica foi também possível alinhar nanofios diferentes em um mesmo substrato, além de termos sido capazes de alinhar os fios não só paralelamente aos eletrodos, como também alinhá-los em ângulos controlados e bem definidos com relação aos mesmos eletrodos. Este recurso é uma outra possibilidade para aplicações em dispositivos a base de nanofios.Valores da altura da barreira Schottky para nanofios de Si tipo n e tipo p silicidados com Pt e Ni foram encontrados menores que os valores para o mesmo material em formato bulk. Foi possível mostrar a dependência exponencial da resistência Schottky em relação à temperatura. No caso de nanofios de Si dopados com fósforo e silicidados por Ni, houve a observação de um estado off na temperatura de 200K, possuindo uma altura de barreira dez vezes menor do que os não dopados silicidados também com Ni, demonstrando uma menor resistência de contato e um aumento relativo no número de portadores de carga.Para nanofios de InAs a barreira Schottky se mostrou imperceptível, de forma que o resultado obtido foi atribuído somente ao fio, não tendo sido camuflado pela presença da barreira. Medidas de transporte eletrônico foram feitas com nanofios de ZnO, através dos quais pôde-se verificar que os mesmos eram do tipo p.Além dos nanofios de cobalto foram também contactados por litografia eletrônica os nanofios semicondutores, com o objetivo de fabricar as válvulas de spin. Houve também a fabricação de válvulas de spin a partir dos nanofios já contactados através da técnica de alinhamento por meio da DEP. Através da caracterização da interface Co/SiO 2 /Si/SiO 2 /Co foi constatado que nanofios com espessura menor de SiO 2 (estes nanofios sofreram ataque de HF com o objetivo de limpar a interface) obtiveram uma barreira Schottky na interface menor do que aqueles com espessura maior. Para a altura da barreira no caso de espessura mais larga de SiO 2 foi obtido um valor comparável ao do material na forma bulk. Si foi encontrado como sendo do tipo p e InAs como do tipo n. Através da configuração back-gate para nanofios de Si foi obtida uma razão I on /I of f de aproximadamente 4,5.10 4 e a mobilidade encontrada teve o valor de 250 cm 2 V -1 s -1 , enquanto que para fios de InAs a razão encontrada foi aproximadamente 1.10 3 e para a mobilidade o resultado obtido foi de 1450 cm 2 V -1 s -1 . Para a configuração top-gate foram encontrados para nanofios de Si uma razão I on /I of f de aproximadamente 100 e uma mobilidade de 1cm 2 V -1 s -1 .Os sensores fabricados a partir de nanofios cobriram a detecção de gases, humidade e luminosidade. Foi constatada a eficiência de fios de ZnO para a detecção de luminosidade ao aplicarmos diferentes intensidades de luz branca. Por outro lado os fios InAs e Si se mostram eficientes para as detecções de humidade e NO 2 gasoso. As sensibilidades

	(ver apêndice). Tópicos desta tese foram também apresentados em congressos internacionais. Foram também feitas colaborações fora dos centros onde a presente doutoranda teve sua orientação sustentada Entre os nanofios contactados por meio de litografia eletrônica, no CBPF, foram contac-tados os nanofios ferromagnéticos de Cobalto. Estes, por sua vez, foram crescidos por meio da técnica de eletrodeposição, a qual se apresenta muito interessante por ser bas-tante eficiente para o crescimento das nanoestruturas unidimensionais e, principalmente, muito econômica em relação a outras técnicas, o que lhe confere papel de destaque em aplicações práticas e industriais de larga escala. Foram crescidos nanofios de Cobalto utilizando-se soluções de diferentes pHs para a eletrodeposição. Foi dada continuidade a estudos prévios, tendo sido estudada como a cristalinidade dos nanofios influenciava as medidas de transporte. Por caracterização estrutural pôde-se observar uma maior quan-tidade de grãos em nanofios crescidos em pH 2,65 do que em fios de pH 6. Isso explica o aumento da resistência a temperaturas inferiores a 20K para os nanofios de 2,65. Uma parte fundamental da fabricação de dispositivos nanoestruturados recai sobre as interfaces dos contatos presentes nos respectivos dispositivos. De forma mais específica, no Foram fabricados transistores de efeito de campo (FETs) a base de nanofios semiconduto-res de Si e InAs em ambas as configurações: top-gate e back-gate. As medidas realizadas vieram a confirmar que o método de alinhamento não afeta as características eletrônicas do dispositivo final. Em ambas as configurações pôde-se verificar a natureza dos portado-concentração de dióxido de nitrogênio usada para ambos os casos foi de 100ppm. Pôde-se observar que as medidas de back-gate para nanofios de InAs foram alteradas devido à humidade do ar. Atualmente temos como perspectivas estudar mais a fundo os contatos entre nanofios pela técnica de Kelvin Cross e pesquisar com profundidade os efeitos de válvulas de spin em nanofios semicondutores conectados por materiais ferromagnéticos. Esta tese uniu experiências profissionais e pessoais de grande valor, unindo a beleza de uma área nova e em grande crescimento, perpassando diversas vias científicas e tecnológicas, à uma rede humana completa e extremamente fértil. res de carga: encontradas para estes nanofios foi, respectivamente, 29% para Si e 80% para InAs. A by improving both physical understanding
	e os resultados publicados em proceedings internacionais. O presente trabalho contou caso de dispositivos a base de nanofios, quando muito resistivos os contatos nos impedem
	com a colaboração direta de Dr. Maéva Collet, Yoan Veyrac e Sonia Achour. No decorrer de observar os efeitos esperados dos nanofios. Parte do escopo desta tese dedicou-se ao
	desta tese foi feita a co-orientação do aluno de mestrado da universidade francesa, Artur estudo das interfaces e dos contatos entre nanofios de uma forma geral e em montagens do
	Lantreibecq. tipo válvulas de spin locais. Estudos do contato direto entre nanofios foram feitos através
	Na parte de fabricação e alinhamento de nanofios o foco principal foi o uso de técnicas de de medidas do tipo Kelvin Cross.
	DOI: 10.1002/adma.201403039

eletrodeposição e CVD (em colaboração) e dieletroforese (DEP) associada à montagem capilar. Outra técnica de contactar os nanofios utilizada baseou-se no contato de nanofios isolados através de litografia eletrônica. Foram crescidos nanofios de Cobalto, Arseneto de Índio,

  RésumésLa nanotechnologie a pris un rôle clé dans le développement technologique actuel de façon extrêmement grande et interdisciplinaire. L'utilisation de nanofils dans la construction de structures/dispositifs plus complexe peut être entrevue en raison de sa polyvalence. Comprendre la fabrication de nanofils et être capable de les caractériser est extrêmement important pour ce développement. Des dispositifs à base de nanofils semi-conducteurs et ferromagnétiques ont été étudiés dans cette thèse, abordant les techniques de croissance et d'adressage pour des caractérisations électroniques et structurelles, et pour des développements à grande échelle pour des applications industrielles. Les nanofils de cobalt ont été électro déposés à différents pH permettant d'associer le pH de la solution à la caractérisation de la structure cristalline. Les nanofils de semiconducteurs ont été crus par CVD. L'adressage et l'alignement des nanofils ont été faits par diélectrophorèse couplé avec l'assemblage capillaire. Pour caractériser les nanofils, des techniques de lithographie optique et électronique ont été utilisés pour la fabrication des contacts. Une étude d'interface matériaux semiconducteurs/siliciure a été réalisée démontrant que les valeurs de barrière Schottky sont différentes entre des nanofils de silicium et des matériaux massifs. Dans le cas de nanofils InAs la barrière est imperceptible et il a été constaté que le fil de ZnO était de type p. Les applications ont démontrées différents dispositifs, tels que les transistors, les vannes de spin, capteurs de gaz, de l'humidité et de la lumière.

2.8.2 SUSS MicrotecEste equipamento SUSS Microtec é utilizado para medidas à baixas temperaturas, até a temperatura de nitrogênio líquido, e também à altas temperaturas. Ele funciona à pressão de 1.10 -5 mbar. Possui quatros probes que podem medir ou aplicar corrente ou voltagem na amostra. O controle sobre a aplicação e medição desses parâmetros é feita através do equipamento 4156C Agilent. Fizemos medições duas pontas em nanofios previamente selecionados de Si e InAs sobre substrato de silício, aplicando uma diferença de potencial e medindo a corrente elétrica. Essas medidas foram feitas à baixas temperaturas, no intervalo entre 100 K e 300 K, com passo de 25 K. O nosso intuito era o de estudar o comportamento eletrônico dos fios mais propriamente a física dos contatos.

wileyonlinelibrary.com © 2014 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

wileyonlinelibrary.com© 2014 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

wileyonlinelibrary.com © 2014 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

wileyonlinelibrary.com© 2014 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

wileyonlinelibrary.com © 2014 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Resumo expandido em francês -Résumé élargi en français

Acknowledgements

The authors wish to thank Dr. Emmanuel Scheid, Dr. Sébastien Plissard, and Dr. Yannick Coffi nier for nanowire growth processing. This work was supported by the French RENATECH network (French national nanofabrication platform). N.Y.K. thanks the Brazilian agency CNPq and S.S. the DGA for their fi nancial supports.

Esta tese desenvolveu-se em regime de co-

COMMUNICATION

50 and 500 kHz) in each column of DEP electrodes, once the meniscus of the NW solution reached the desired set of electrodes ( Figure 3 a). Using this method, we separated the NW mixture into alternating columns of Si and InAs. Figure 3 b shows another confi guration to achieve cointegration of two different NW populations aligned side-by-side. The chemical analysis of each NW is shown in Figure S4 (Supporting Information). Si NWs were fi rst assembled at a frequency slightly lower than F cap (20 kHz) to fi ll approximately 50% of the DEP sites. Then, InAs NWs were subjected to the same assembly procedure to fi ll the remaining empty sites selectively. This process of integrating multiple materials can be applied to prepare multiplexed sensors [ 25 ] (each material being sensitive to a unique species) or complementary transistors based on NWs [ 26 ] for logic application. To this purpose, the fabrication of active device that integrates the aligned NWs is straightforward because (i) the alignment tools (embedded DEP electrodes) do not impose any constraints on the device process and (ii) the NW localization allows multiple mask alignments. As example, metallic diffusive contacts can be addressed separately according to the NW nature using conventional UV lithography. 3 e,f). The extracted carrier mobilities of 250/1450 cm 2 V -1 s -1 for holes/ electrons, respectively, are comparable to ones obtained in previous works, [ 27,28 ] indicating that the NW alignment method does not affect the electronic characteristics of the fi nal device.

Besides the integration of multiple materials, our combined assembly approach is of interest for preparing more complex structures that include NWs. Capillary assembly of the NWs aligns the nanostructures mainly according to the drag direction (