Ανάπτυξη οπτοηλεκτρονικών διατάξεων βασισμένες σε νανοδομές οξειδίου του ψευδαργύρου
Loading...
Date
2024-10-03
Authors
Παπαγεωργίου, Γιώργος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη οπτοηλεκτρονικών διατάξεων βασισμένες σε νανοδομές οξειδίου του ψευδαργύρου.Τα τελευταία χρόνια υπήρξε έντονο ερευνητικό ενδιαφερον γύρω από οπτοηλεκτρονικές διατάξεις που μπορούν να λειτουργούν κοντά στο υπεριώδες φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολιας. Υλικά βασισμένα στο ZnO, θεωρούνται πολλά υποσχόμενα για οπτοηλεκτρονικές εφαρμογές στην περιοχή της υπεριώδους ακτινοβολίας αφενός λόγω των ιδιαίτερων ιδιοτήτων του, όπως ικανοποιητική διαφάνεια, υψηλή ευκινησία ηλεκτρονίων, ευρύ και άμεσο ενεργειακό χάσμα (3.3 eV) καθώς και μεγάλη εξιτονική ενέργεια δέσμευσης (60 meV) σε θερμοκρασία δωματίου, αφετέρου δε πως μπορούν να παραχθούν σε πλειάδα μονοδιάστατων (1-D) νανοδομών, όπως νανοσύρματα (NS’s) και νανοραβδία(NW’s). Ωστόσο το γεγονός πως οι ιδιότητες των ZnO NS είναι ισχυρά εξαρτώμενες από διαφορετικές πτυχές της κρυσταλλικής δομής όπως μορφολογία, διεύθυνση και το μέγεθος του κρυστάλλου, είναι καίριας σημασίας να επιτευχθεί μία απολύτως ελεγχόμενη σύνθεση η οποία με την σειρά της μπορεί να οδηγήσει σε νανοδομές με βελτιωμένα χαρακτηριστικά.Αρχικά πραγματοποιήθηκε η σύνθεση διαφόρων στρωμάτων πυρήνωσης- γέλης με σκοπό, να μελετηθούν οι βέλτιστες συνθήκες ανάπτυξής τους, και μελετήθηκαν διαφορετικές πτυχές της κρυσταλλικής δομής όπως η μορφολογία και το πάχος τους. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε η σύνθεση των νανοραβδίων ZnO μέσω υδροθερμικής μεθόδου όπου μελετήθηκε τόσο η εξάρτηση του χρόνου ανάπτυξης καθώς και η επίδραση της συγκέντρωσης των πρόδρομων ουσιών στα δομικά χαρακτηριστικά των νανοραβδίων. Σε κάθε περίπτωση, για την νόθευση p-τύπου επιστρατεύτηκε το άτομο του Li προερχόμενο από την ομάδα Ι, βασιζόμενο στα οφέλη των ιδιοτήτων του, με την σημαντικότερη όλων να εστιάζεται στην μικρή ιοντική του ακτίνα (0,76 A) η οποία είναι περίπου ίση με εκείνη του Zn (0,74A). Ακολούθησε ο κρυσταλλογραφικός και δομικός χαρακτηρισμός των νανοραβδίων. Βασιζόμενοι στα αποτελέσματα των προκαταρκτικών πειραμάτων, οι προσπάθειες μας εστίασαν εντονότερα στην ανάπτυξη επιτυχημένων επαφών p-n ή n-p, σημαντικό πυλώνα οπτοηλεκτρονικών στερεάς κατάστασης. Αναπτύχθηκαν επαφές νανοδομημένων υμενίων, όσο και επαφές μεταξύ νανοραβδίων και νανοδομημένων υμενίων p-n και n-p τύπου, σε υποστρώματα Si, επιστρωμένα με Au μεσω ιοντοβολής. Μελετήθηκαν οι δομικές ,μορφολογικές και ηλεκτρικές τους ιδιότητες καθώς και ο ρόλος της ανόπτησης στην εν γένει συμπεριφορά των διατάξεων.
Η συνεχής αναζήτηση για την βελτιστοποίησης των παραμέτρων της διαδικασίας, οδήγησε στον επαναπροσδιορισμό της κατασκευαστικής μεθόδου, με την εισαγωγή μονωτικού υλικού SiO2 για την ελαχιστοποίηση των ρευμάτων διαρροής, όσο και στην επιλογή υποστρώματος (Si αγωγιμότητας p++). Μελετήθηκαν οι ηλεκτρικές, δομικές, μορφολογικές και οπτικές ιδιότητες των διατάξεων που κατασκευάστηκαν. Αξιοποιώντας όλα τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την παραπάνω μελέτη, επαναπροσδιορίστηκαν όσες παράμετροι επηρεάζουν δυσμενώς την λειτουργικότητα και την απόδοση των διατάξεων.
Description
Keywords
Νανοραβδία ZnO, Υδροθερμική ανάπτυξη, Οπτοηλεκτρονικές διατάξεις, Σημειακές ατέλειες, Νόθευση Li