Unraveling the mechanisms responsible for the interfacial region formation in 4H-SiC dry thermal oxidation

Aiming to understand the processes involved in the formation of the transition region between SiO2 and SiC, known as the interfacial region, early steps of SiC oxidation were investigated using mainly nuclear reaction analyses. Oxidation kinetics reveals that an abrupt change in the oxidation mechanism is observed in C-face oxide films when their thickness is around 10 nm, while a continuous change in the oxidation mechanism is observed in Si-face oxide films with thicknesses up to about 4 nm. This last thickness corresponds to the maximum width of the interfacial region. Changes observed in the oxidation mechanism were related to oxidation reaction and interfacial atom emission that may take place during oxide film growth. Besides, the activation energies of such processes were obtained

Endocoroa em pré-molar utilizando cerâmica reforçada por dissilicato de lítio: um relato de caso

This study reported a clinical case about restoration of an endodontically treated tooth using an endocrown in lithium disilicate-reinforced ceramic fabricated by CAD/CAM system. Case of a female patient, 48 years old who presented coronal fracture of an endodontically treated tooth. Restoration with endocrown in lithium disilicate-reinforced ceramic fabricated by CAD/CAM system was indicated. The crowns were evaluated using a California Dental Association (CDA) quality assessment system at baseline and at follow-up examination. Endocrown in lithium disilicate-reinforced ceramic fabricated by CAD/CAM system was a reliable restorative alternative for an endodontically treated premolar. The minimally invasive prepare for endocrown preserves maximum tooth structure as a gold standard for tooth restorations. In addition, such restorative alternative is advantageous in comparison to conventional full post-and-core supported crown since it presents appropriate mechanical performance and longevity as a lower cost and faster clinical procedure.Este caso clínico descreve a restauração de um dente tratado endodonticamente com uma endocoroa em cerâmica de dissilicato de lítio fabricada pelo sistema CAD/CAM. O caso é de uma paciente do sexo feminino, 48 anos, que apresentava fratura coronária de um dente tratado endodonticamente. Uma restauração com endocoroa em dissilicato de lítio fabricada pelo sistema CAD/CAM foi indicada. As coroas foram avaliadas usando um sistema de avaliação de qualidade da Associação Dental da Califórnia e exame de acompanhamento. Uma endocoroa cerâmica em dissilicato fabricada por CAD/CAM foi uma alternativa de tratamento restaurador confiável para um pré-molar tratado endodonticamente. O preparo minimamente invasivo para endocoroa que preserva o máximo de estrutura dentária é considerado padrão ouro para restaurações dentárias. Ainda, tal alternativa restauradora é mais conservadora em comparação à coroa total com retentor intrarradicular e apresenta apropriado desempenho mecânico e longevidade com um menor custo e rapidez no preparo

Investigation of the silicon dioxide thermal growth processes on silicon carbide

Este trabalho investiga a cinética de oxidação do carbeto de silício (SiC) monocristalino, assim como as propriedades físico-químicas da interface e do filme fino de óxido (SiO2) formado. Serão discutidos filmes finos crescidos termicamente em oxidações realizadas tanto em via seca, ou seja, em atmosfera estática de gás oxigênio (O2), como em via úmida, sendo, neste caso, em fluxo de oxigênio misturado com vapor d'água. Diferentes combinações dos parâmetros de oxidação (duração, temperatura, pressão e espécie oxidante) permitiram determinar a influência de cada parâmetro nas propriedades do filme fino formado. Foram utilizadas técnicas de análise por feixe de íons, como espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS) e análises por reação nuclear (NRA e NRP), para determinar a quantidade de oxigênio incorporado nas amostras, e, em alguns casos, o perfil de concentração do oxigênio incorporado. A partir dos dados obtidos, a cinética de oxidação foi estudada. Foram calculadas as energias de ativação para os diferentes mecanismos de oxidação que tomam parte nas etapas iniciais da oxidação térmica do SiC. Essas energias de ativação puderam ser relacionadas às etapas de oxidação de modelos já publicados, corroborando com a hipótese de a emissão de átomos do substrato governar o crescimento do óxido nas etapas iniciais da oxidação. Esta dissertação é uma continuação da pesquisa desenvolvida durante o trabalho de conclusão de curso de bacharelado em Física do presente autor, e faz uso de alguns dados obtidos nesse trabalho prévio.The present work aims the study of single-crystalline silicon carbide's (SiC) oxidation kinetics, as well as the physicochemical properties of the interfacial region and the oxide film grown (SiO2). Thin films were grown in both dry atmosphere of oxygen (O2), and wet atmosphere of oxygen and water vapor. Different combinations of the oxidation parameters (duration, temperature, pressure and gas) allowed us to determine the influence of each parameter in the properties of the grown thin film. Ion beam analyses techniques, such as Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) and nuclear reaction analyses (NRA and NRP), were used to determine the total amount of oxygen incorporated into samples, and the concentration profile of the incorporated oxygen. Collected data allowed us to investigate oxidation kinetics development. Activation energies were calculated for different mechanisms that take place in the initial steps of silicon carbide thermal oxidation. Those activation energies could be related to oxidation steps from published oxidation models, corroborating the hypothesis that atom emission from the substrate rules the initial steps of oxidation. This dissertation is a continuation of the research developed during the present author's Bachelor course in Physics, and makes use of some data obtained in that previous work

Investigation of the silicon dioxide thermal growth processes on silicon carbide

Este trabalho investiga a cinética de oxidação do carbeto de silício (SiC) monocristalino, assim como as propriedades físico-químicas da interface e do filme fino de óxido (SiO2) formado. Serão discutidos filmes finos crescidos termicamente em oxidações realizadas tanto em via seca, ou seja, em atmosfera estática de gás oxigênio (O2), como em via úmida, sendo, neste caso, em fluxo de oxigênio misturado com vapor d'água. Diferentes combinações dos parâmetros de oxidação (duração, temperatura, pressão e espécie oxidante) permitiram determinar a influência de cada parâmetro nas propriedades do filme fino formado. Foram utilizadas técnicas de análise por feixe de íons, como espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS) e análises por reação nuclear (NRA e NRP), para determinar a quantidade de oxigênio incorporado nas amostras, e, em alguns casos, o perfil de concentração do oxigênio incorporado. A partir dos dados obtidos, a cinética de oxidação foi estudada. Foram calculadas as energias de ativação para os diferentes mecanismos de oxidação que tomam parte nas etapas iniciais da oxidação térmica do SiC. Essas energias de ativação puderam ser relacionadas às etapas de oxidação de modelos já publicados, corroborando com a hipótese de a emissão de átomos do substrato governar o crescimento do óxido nas etapas iniciais da oxidação. Esta dissertação é uma continuação da pesquisa desenvolvida durante o trabalho de conclusão de curso de bacharelado em Física do presente autor, e faz uso de alguns dados obtidos nesse trabalho prévio.The present work aims the study of single-crystalline silicon carbide's (SiC) oxidation kinetics, as well as the physicochemical properties of the interfacial region and the oxide film grown (SiO2). Thin films were grown in both dry atmosphere of oxygen (O2), and wet atmosphere of oxygen and water vapor. Different combinations of the oxidation parameters (duration, temperature, pressure and gas) allowed us to determine the influence of each parameter in the properties of the grown thin film. Ion beam analyses techniques, such as Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) and nuclear reaction analyses (NRA and NRP), were used to determine the total amount of oxygen incorporated into samples, and the concentration profile of the incorporated oxygen. Collected data allowed us to investigate oxidation kinetics development. Activation energies were calculated for different mechanisms that take place in the initial steps of silicon carbide thermal oxidation. Those activation energies could be related to oxidation steps from published oxidation models, corroborating the hypothesis that atom emission from the substrate rules the initial steps of oxidation. This dissertation is a continuation of the research developed during the present author's Bachelor course in Physics, and makes use of some data obtained in that previous work

Investigação das etapas iniciais do crescimento térmico de dióxido de silício sobre carbeto de silício

O presente trabalho tem como objetivo estudar as etapas iniciais da oxidação térmica seca do carbeto de silício (SiC). Para esse fim, amostras de SiC monocristalino do politipo 4H (4H-SiC), polidas em ambas faces C e Si, foram oxidadas em reator de atmosfera estática por diferentes durações, temperaturas e pressões de 18O2. A utilização de oxigênio enriquecido no isótopo 18 para realizar as oxidações permite utilizar técnicas de reação nuclear (NRA) para determinar a quantidade de átomos de 18O incorporados nos tratamentos térmicos. Os dados obtidos permitiram determinar a espessura do filme fino de dióxido de silício (SiO2) formado e a cinética da oxidação térmica seca do SiC. Além disso, foi verificado que a face C (0001) oxida cerca de 10 vezes mais rápido que a face Si (0001), e que a pressão influencia de modo a favorecer a oxidação da face (0001). As energias de ativação para os processos que ocorrem na interface durante as etapas iniciais da oxidação foram determinadas como sendo 1,4, 1,5 e 1,8 eV para as oxidações da face C feitas com pressões de 18O2 equivalentes a 100, 150 e 200 mbar, respectivamente. Tendo em mente o modelo “Emissão de Si e C”, proposto para descrever a cinética de oxidação do SiC, foi sugerido que os processos interfaciais de emissão de átomos de Si e C do substrato para região interfacial e também a reação de oxidação na interface contribuem para a etapa limitante do crescimento térmico de filmes óxidos com ~5 a ~25 nm de espessura.The present work aims the study of silicon carbide's (SiC) thermal dry oxidation initial steps. In order to achieve this goal, single crystalline samples of the 4H polytipe (4H-SiC), polished on both carbon (0001) and silicon (0001) faces, were oxidized in a static atmosphere quartz-tube reactor for different times, temperatures and pressures in 18O2. Using 18O2 as the oxidant species allows us to use nuclear reaction techniques (NRA), to determine the amount of 18O atoms incorporated during the thermal oxidation. Collected data allowed us to determine silicon dioxide's (SiO2) thin film thickness and the oxidation kinetics of dry thermal SiC oxidation. Besides, it was found that the C-face's oxide growth rate is about 10 times larger than Si-face's oxide growth rate and that pressure enhances C-face oxidation rate. Activation energies were determined to be 1.4, 1.5 and 1.8 eV for the initial C-face oxidation processes, for samples oxidized under 100, 150 and 200 mbar, respectively. Based on the "Si and C Emission" model for SiC oxidation, it was suggested that the interfacial emission of Si and C atoms as well as the interfacial reaction contribute to the limiting step of thermal oxide growth of ~5 to ~25 nm thick SiO2 films

Investigação das etapas iniciais do crescimento térmico de dióxido de silício sobre carbeto de silício

O presente trabalho tem como objetivo estudar as etapas iniciais da oxidação térmica seca do carbeto de silício (SiC). Para esse fim, amostras de SiC monocristalino do politipo 4H (4H-SiC), polidas em ambas faces C e Si, foram oxidadas em reator de atmosfera estática por diferentes durações, temperaturas e pressões de 18O2. A utilização de oxigênio enriquecido no isótopo 18 para realizar as oxidações permite utilizar técnicas de reação nuclear (NRA) para determinar a quantidade de átomos de 18O incorporados nos tratamentos térmicos. Os dados obtidos permitiram determinar a espessura do filme fino de dióxido de silício (SiO2) formado e a cinética da oxidação térmica seca do SiC. Além disso, foi verificado que a face C (0001) oxida cerca de 10 vezes mais rápido que a face Si (0001), e que a pressão influencia de modo a favorecer a oxidação da face (0001). As energias de ativação para os processos que ocorrem na interface durante as etapas iniciais da oxidação foram determinadas como sendo 1,4, 1,5 e 1,8 eV para as oxidações da face C feitas com pressões de 18O2 equivalentes a 100, 150 e 200 mbar, respectivamente. Tendo em mente o modelo “Emissão de Si e C”, proposto para descrever a cinética de oxidação do SiC, foi sugerido que os processos interfaciais de emissão de átomos de Si e C do substrato para região interfacial e também a reação de oxidação na interface contribuem para a etapa limitante do crescimento térmico de filmes óxidos com ~5 a ~25 nm de espessura.The present work aims the study of silicon carbide's (SiC) thermal dry oxidation initial steps. In order to achieve this goal, single crystalline samples of the 4H polytipe (4H-SiC), polished on both carbon (0001) and silicon (0001) faces, were oxidized in a static atmosphere quartz-tube reactor for different times, temperatures and pressures in 18O2. Using 18O2 as the oxidant species allows us to use nuclear reaction techniques (NRA), to determine the amount of 18O atoms incorporated during the thermal oxidation. Collected data allowed us to determine silicon dioxide's (SiO2) thin film thickness and the oxidation kinetics of dry thermal SiC oxidation. Besides, it was found that the C-face's oxide growth rate is about 10 times larger than Si-face's oxide growth rate and that pressure enhances C-face oxidation rate. Activation energies were determined to be 1.4, 1.5 and 1.8 eV for the initial C-face oxidation processes, for samples oxidized under 100, 150 and 200 mbar, respectively. Based on the "Si and C Emission" model for SiC oxidation, it was suggested that the interfacial emission of Si and C atoms as well as the interfacial reaction contribute to the limiting step of thermal oxide growth of ~5 to ~25 nm thick SiO2 films