Μελέτη διεπιφανειών οξειδίων με οργανικούς και ανόργανους ημιαγωγούς με φασματοσκοπίες φωτοηλεκτρονίων
Loading...
Date
Authors
Σκουλατάκης, Γεώργιος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Τα transistor και οι οργανικές φωτοβολταϊκές διατάξεις αποτελούν τομείς που προσελκύουν ιδιαίτερα το επιστημονικό και ερευνητικό ενδιαφέρον. Η μείωση των διαστάσεων στα transistor MOSFET όπως επίσης η δημιουργία οργανικών φωτοβολταϊκων διατάξεων με υψηλή απόδοση αποτελούν στόχους που εάν επιτευχθούν θα αλλάξουν ριζικά πολλούς τομείς της καθημερινής ζωής του ανθρώπου. Στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής μελετήθηκαν διεπιφάνειες οξειδίων με οργανικούς και ανόργανους ημιαγωγούς που αποτελούν τμήμα δομών MOS και οργανικών φωτοβολταϊκών διατάξεων.
Στο πρώτο μέρος μελετήθηκαν, χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων από ακτίνες-X (XPS), οι διεπιφάνειες που σχηματίζονται μεταξύ υμενίων υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς (Al2O3 και HfO2) με το γερμάνιο καθώς και δομών με ενδιάμεσο στρώμα αδρανοποίησης. Συγκεκριμένα, προσδιορίστηκε η στοιχειομετρία, το πάχος των υμενίων, η ηλεκτρονιακή δομή και διερευνήθηκε η πιθανή αλληλεπίδραση μεταξύ των υμενίων καθώς και με το υπόστρωμα Ge. Τα υμένια αναπτύχθηκαν με την τεχνική εναπόθεσης ατομικού στρώματος (ALD) για δύο διαφορετικά πάχη (5nm και 10nm) πάνω σε Ge και σε διαφορετικές θερμοκρασίες εναπόθεσης. Επίσης, μελετήθηκε η δημιουργία και η ελεγχόμενη ανάπτυξη, σταθερού και στοιχειομετρικού GeO2 (ως στρώμα αδρανοποίησης) μέσω της έκθεση των υποστρωμάτων σε ψυχρό πλάσμα Ο2. Παρατηρήθηκε ο σχηματισμός διακριτών διεπιφανειών, χωρίς δημιουργία ενδιάμεσου διεπιφανειακού οξειδίου. Το παρασκευασθέν, με πλάσμα O2, GeO2 έφτασε σε πάχος ~3.3nm παραμένοντας σταθερό κατά την έκθεσή του στην ατμόσφαιρα.
Το δεύτερο μέρος της Διδακτορικής αυτής Διατριβής περιλάμβανε το χαρακτηρισμό (χημική και ηλεκτρονικής δομή) με φασματοσκοπίες φωτοηλεκτρονίων από ακτίνες-Χ και υπεριώδη ακτινοβολία (XPS και UPS) διεπιφανειών που σχηματίστηκαν ex-situ με εναπόθεση μέσω περιστροφής (spin coating) και in-situ με θερμική εξάχνωση του οργανικού ημιαγωγού PCBM σε διάφορα υποστρώματα οξειδίων (ITO, AZO και Ba(OH)2). Δεν παρατηρήθηκε αλληλεπίδραση μεταξύ του οργανικού ημιαγωγού και των υποστρωμάτων ενώ υπολογίστηκε η τιμή του διεπιφανειακού διπόλου που σχηματίζεται καθώς και το φράγμα έκχυσης των οπών για κάθε μία από τις διεπιφάνειες. Παρατηρήθηκε η κάμψη των ενεργειακών ζωνών του οργανικού ημιαγωγού PCBM στα πρώτα στάδια της απόθεσης και μέχρι το σχηματισμό περίπου ενός μονοστρώματος. Σε όλες τις υπό μελέτη περιπτώσεις παρατηρήθηκε η ύπαρξη καταστάσεων (gap states) μεταξύ του HOMO του PCBM και του επιπέδου Fermi ενώ η θεωρία της ακέραιας μεταφοράς φορτίου (ICT model) είναι εφαρμόσιμη με αποτέλεσμα το ‘καρφίτσωμα’ του επιπέδου Fermi σε συγκεκριμένη τιμή. Τα αποτελέσματα αυτά μπορούν να εξηγήσουν την υψηλότερη απόδοση σε φωτοβολταϊκές διατάξεις που προκύπτουν με την εισαγωγή ενός φθηνού και εύκολα επεξεργάσιμου στρώματος όπως είναι το Ba(OH)2 η οποία βασίζεται στη δημιουργία διεπιφανειακού διπόλου σε συνδυασμό με την παγίδευσης των οπών, εξαιτίας του μεγάλου φράγματος έκχυσης των οπών.
Description
Keywords
Οργανικοί ημιαγωγοί, Ανόργανοι ημιαγωγοί, Φασματοσκοπίες γωτοηλεκτρονίων, Επιστήμη επιφανειών, Διεπιφάνειες, Κάμψη ενεργειακών ζωνών, Υψηλότερο κατειλημμένο μοριακό τροχιακό, Μεταφορά φορτίου, Διεπιφανειακό δίπολο