Dissertations / Theses: 'Semiconductors – Plasma effects'

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OLBRIGHT, GREGORY RICHARD. "FEMTOSECOND DYNAMICS AND NONLINEAR EFFECTS OF ELECTRON-HOLE PLASMA IN SEMICONDUCTOR DOPED GLASSES." Diss., The University of Arizona, 1987. http://hdl.handle.net/10150/184091.

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Abstract:

The following is a comprehensive study of transient and steady-state nonlinear optical properties of semiconductor microcrystals embedded in a glass matrix (semiconductor doped glass). Transient thermal effects which give rise to longitudinal excitation discontinuities (i.e., kinks) that arise from partial sample switching in increasing absorption optical bistability are observed in a doped glass. The transient thermal effects occur on time scales of a few hundred milliseconds. Femtosecond and nanosecond laser pulses are employed to measure time-resolved and steady-state transmission and differential transmission spectra. The measured spectra reveal several beautiful effects which are attributed to the many-particle effects of electron-hole plasma. The spectra reveal: bandgap renormalization, broadening of the tail states and screening of the continuum states, state filling (spectral hole burning), thermalization of nonthermal carrier population distributions, band filling due to carrier relaxation of the thermal and nonthermal distributions, direct electron-hole recombination and long lived (>>100 ps) tail states which are attributed to electron trapping. Absorption edge dynamics discussed in this dissertation span 15 orders of magnitude.

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Osei-Yiadom, Eric. "Effects of Plasma, Temperature and Chemical Reactions on Porous Low Dielectric Films for Semiconductor Devices." Thesis, University of North Texas, 2010. https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc33192/.

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Abstract:

Low-dielectric (k) films are one of the performance drivers for continued scaling of integrated circuit devices. These films are needed in microelectronic device interconnects to lower power consumption and minimize cross talk between metal lines that "interconnect" transistors. Low-k materials currently in production for the 45 and 65 nm node are most often organosilicate glasses (OSG) with dielectric constants near 2.8 and nominal porosities of 8-10%. The next generation of low-k materials will require k values 2.6 and below for the 45 nm device generation and beyond. The continuous decrease in device dimensions in ultra large scale integrated (ULSI) circuits have brought about the replacement of the silicon dioxide interconnect dielectric (ILD), which has a dielectric constant (k) of approximately 4.1, with low dielectric constant materials. Lowering the dielectric constant reduces the propagation delays, RC constant (R = the resistance of the metal lines; C = the line capacitance), and metal cross-talk between wires. In order to reduce the RC constants, a number of low-k materials have been studied for use as intermetal dielectrics. The k values of these dielectric materials can be lowered by replacing oxide films with carbon-based polymer films, incorporating hydrocarbon functional groups into oxide films (SiOCH films), or introducing porogens in the film during processing to create pores. However, additional integration issues such as damage to these materials caused by plasma etch, plasma ash, and wet etch processes are yet to be overcome. This dissertation reports the effects of plasma, temperature and chemical reactions on low-k SiOCH films. Plasma ash processes have been known to cause hydrophobic films to lose their hydrophobic methyl groups, rendering them to be hydrophilic. This allows the films to readily absorb moisture. Supercritical carbon dioxide (SC-CO2) can be used to transport silylating agents, hexamethyldisilazane (HMDS) and diethoxy-dimethlysilane (DEDMS), to functionalize the damaged surfaces of the ash-damaged films. The thermal stability of the low-k films after SC-CO2 treatment is also discussed by performing in-situ heat treatments on the films. UV curing has been shown to reduce the amount of pores while showing only a limited change dielectric constant. This work goes on to describe the effect of UV curing on low-k films after exposing the films to supercritical carbon dioxide (CO2) in combination with tetramethylorthosilicate (TMOS).

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Hessami, Pilehrood Saeid. "Electronic properties of semiconductor nanostructures under terahertz radiation." Access electronically, 2006. http://www.library.uow.edu.au/adt-NWU/public/adt-NWU20061026.162405/index.html.

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Phan, Thanh Long. "Etude fondamentale des mécanismes physico-chimiques de gravure plasma basés sur les effets stériques et de diffusion. Comportements prévisionnels de la gravure des éléments de la colonne IV et des composés III-V par les halogènes : loi de similitude." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01062182.

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Abstract:

L'objectif de ce travail porte sur la généralisation de la modélisation de la gravure du silicium dans les plasmas de fluor ou de chlore à celle de la gravure des éléments de la colonne IV et des composés III-V de structure cristalline de type diamant ou zinc-blende dans les plasmas d'halogènes, i.e. fluor, chlore, brome et iode. Dans ce contexte, les effets stériques et de diffusion en volume et/ou en surface en constituent les problématiques principales. Cette généralisation s'appuie sur le modèle de gravure de Petit et Pelletier qui, par rapport aux modèles antérieurs, prend en compte un certain nombre d'hypothèses distinctes ou additionnelles telles que les interactions répulsives entre adatomes d'halogènes proches voisins, les mécanismes de Langmuir-Hinshelwood pour la formation des produits de réaction, la nature mono-couche ou multi-couches de l'adsorption, et la diffusion des adatomes en surface. Les effets stériques relatifs à la diffusion des atomes d'halogènes à travers les surfaces (100) des structures cristallines des éléments de la colonne IV et des composés III-V définissent une première loi de similitude entre la maille du réseau cristallin et le rayon ionique de Shannon des atomes d'halogènes concernant leurs conditions de diffusion en volume. Cette loi se traduit par un diagramme prévisionnel, commun aux éléments de la colonne IV et aux composés III-V, délimitant les systèmes de gravure de types mono-couche et multi-couches. Les effets stériques relatifs aux mécanismes réactionnels de gravure sur les surfaces (100) aboutissent à des secondes lois de similitude entre la maille du réseau et le rayon covalent des adatomes d'halogènes caractérisant la nature de la gravure : gravure isotrope, gravure anisotrope, ou absence de gravure. Ces lois de similitude, distinctes pour les éléments de la colonne IV et les composés III-V (stœchiométrie différente des produits de réaction), se traduisent par deux diagrammes prévisionnels délimitant les différents domaines de gravure. Les diagrammes prévisionnels pour les éléments de la colonne IV ont pu être validés, d'une part, à partir des résultats expérimentaux antérieurs, et, d'autre part, en l'absence de données, à partir d'études expérimentales complémentaires : gravure de Si et Ge en plasma de brome et d'iode, gravure de Sn en plasma d'iode.

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Godet, Ludovic. "Développement d'un procédé de dopage de matériaux semi-conducteurs par plasma : caractérisation du plasma et de son interaction avec les matériaux." Nantes, 2006. http://www.theses.fr/2006NANT2085.

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Abstract:

Le but de ce travail est de caractériser le plasma de trifluorure de bore (BF3) et son interaction avec les matériaux pendant le procédé de dopage des jonctions fines pour les semi-conducteurs utilisant un procédé de plasma pulsé (PLAD). Afin de mesurer in-situ la distribution en énergie des ions présents dans le plasma, accéléré par le pulse négatif et implantés dans le substrat de silicium, une cathode spéciale a été conçue avec un spectromètre de masse installé en son centre. La mesure de ces distributions donne des informations sur les processus de collision qui surviennent à l’intérieur de la gaine. Grâce à une meilleure compréhension de ces processus, nous proposons des solutions pour optimiser le procédé de dopage. Nous avons développé une méthode de prédiction du profil de dopage en profondeur ; cette méthode a été validé par comparaison avec des profils SIMS. Le plasma peut être régulé, afin d’obtenir une distribution de dopage moins profonde dans le silicium
The aim of this work is to characterize the boron trifluoride plasma and its interaction with the materials during the ultra-shallow-junction doping process for semiconductors using a pulsed plasma doping system (PLAD). In order to measure in situ the ion energy distribution of the various ions present in the plasma, accelerated by the negative pulse and implanted into the silicon wafer, a special cathode was designed with a mass spectrometer installed in its center. The measurement of the composition of the bulk plasma ions as well as the composition of the ions provides some information on the collision processes that occur inside the sheath. Thanks to a better understanding of these processes, the doping process can be optimized. Based on the ion energy distributions measured with the mass spectrometer, the dopant depth profile can be predicted and the plasma can be tuned in order to obtain shallower dopant depth distribution in the silicon after plasma doping implantation

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Pham, Nans. "Contribution à l’étude des effets liés au transport de l’hydrogène dans les couches minces et les dispositifs à base de silicium amorphe et microcristallin." Reims, 2009. http://theses.univ-reims.fr/sciences/2009REIMS036.pdf.

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Abstract:

Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à certains aspects liés au transport de l'hydrogène dans le silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) et microcristallin (µc-Si:H). Après avoir amélioré le dispositif expérimental dédié à la mesure de l'hydrogène effusant de a-Si:H sous éclairement, nous avons mis en évidence que, avant d'effuser, lh'ydrogène diffuse dans le matériau sous forme moléculaire, car la recombinaison a lieu au sein du matériau. De plus, bien que la quantité d'hydrogène effuséee hors de l'échantillon soit très faible, les mesures d'ellipsométrie et d'exodiffusion thermique montrent que l'éclairement modifie considérablement la distribution de l'hydrogène dans le matériau. Dans une deuxième partie nous avons observé par ellipsométrie spectroscopique la cinétique de cristallisation par transport chimique de couches de a-Si:H dopé et intrinsèque. Nous avons auinsi confirmé le caractère particulier de a-Si:H de type p, par rapport aux types i et n, du fait du bore qui ralentit la gravure et favorise la diffusion de l'hydrogène nécessaire au recuit chimique. Nous avons conçu un modèle de diffusion limitée par les pièges afin d'interpréter la sortie de l'hydrogène de l'échantillon dès que la cristallisation commence. Dans une troisième partie, nous avons étudié les phénomènes de pelage se produisant dans les couches de µc-Si:H utilisées dans la fabrication de transistors à effet de champ. Ces effets sont attribués d'une part à l'accumulation de l'hydrogène à l'interface avec le substrat et d'autre part aux contraintes mécaniques présentes aux interfaces. Nous avons mis en évidence qu'un plasma H2 prolongé sur le substrat prévenait le pelage
In this thesis, some aspects of the transport of hydrogen through hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) and microcrystalline silicon (µc-Si:H) have been approached. After improving the experimental setup intended to the measurement of hydrogen effusing from a-Si:H under illumination, we showed that effusing hydrogen diffuses in the material as a molecule, since the recombination of atomic H occurs inside the material. Moreover, even though the small account of effused hydrogen, illumination induces substantial modifications in H configurations, as proven by both spectroscopic ellipsommetry and thermal hydrogen effusion measurement. The second part is devoted to the crystallisation kinetics of doped and intrinsic a-Si:H by chemical transport. The special feature of p-type a-Si:H, in comparison with i- and n- types due to boron effects which reduce the etching rate and enhance the H diffusion necessary to chemical annealing, has also benn confirmed. We have proposed a trap-limited diffusion model to interpret the "unusual" hydrogen evolution as soon as the growth of µc-Si:H starts. As for the third part, it focuses on the pelling-off effects occuring in µc-Si:H layers used in the production of field-effect transistors. These effets are attributed on the one hand to an accumulation of hydrogen at the substrate interface, and on the other hand, to interfacial stress. Finallu, we have pointed out that a preliminary and sustainable H-plasma on the substrate changes the hydrogen distribution within the deposited µc-Si:H layer, and prevent its pelling-off

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Guillebot, de Nerville Marie Anne. "Dépôt par activation plasma de matériaux diélectriques sur substrat semi-conducteur pour les nouvelles technologies submicroniques : Optimisation d'un réacteur industriel." Montpellier 2, 1995. http://www.theses.fr/1995MON20049.

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Desplats, Olivier. "Préparation de surfaces structurées et reprise d'épitaxie par jets moléculaires : réalisation de micro et nano structures sur GaAs." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/299/.

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Abstract:

La structuration de surface et la reprise d'épitaxie sont des technologies clé pour le développement des (nano)dispositifs optoélectroniques avancés. Nos travaux de thèse ont visé la préparation de surfaces GaAs micro et nanostructurées pour l'épitaxie et l'étude de la croissance dirigée de boîtes quantiques InAs sur ces surfaces. La lithographie électronique a été retenue pour structurer la résine en surface et une attaque chimique pour le transfert du motif dans le semiconducteur. La décontamination de la surface par plasma micro-onde O2 : SF6 a été démontrée. Sa rugosité a été supprimée par désoxydation in-situ à basse température avec un plasma d'hydrogène. L'influence de l'orientation et de l'échelle des motifs sur l'épitaxie de GaAs a été précisée. Des boîtes quantiques d'InAs ont été réalisées sur ces surfaces recouvertes d'un puits de GaInAs et leur organisation obtenue. Cette méthode de préparation convient aussi pour l'épitaxie sélective de GaAs sur des surfaces structurées par des motifs de Si3N4
Surface patterning and epitaxial regrowth are key technologies for novel optoelectronic (nano) devices. The aim of this thesis has been to develop a preparation of GaAs micro- and nanopatterned surfaces suited for regrowth and to study the organization of InAs quantum dots on these surfaces. The patterns have been achieved by electronic lithography in a cap resist and transferred into GaAs by chemical etching. Surface decontamination by a O2: SF6 micro-wave plasma has been demonstrated. Roughening upon in situ deoxidization has been prevented thanks to a low temperature H plasma treatment. Molecular beam epitaxy on these patterned surfaces has been studied. InAs quantum dots have been grown and lateral ordering has been attained. This preparation method has been shown to be efficient for GaAs selective regrowth on Si3N4/GaAs patterned surfaces

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Noguès-Delbos, Elise. "Densification de dépôts de zircone yttriée projetés par plasma d'arc Ar-H2 et N2-H2 pour leur utilisation dans l'industrie des semi-conducteurs." Limoges, 2007. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/f9f2a754-9ac0-4af7-ba80-4c3d38c21d1b/blobholder:0/2007LIMO4047.pdf.

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Abstract:

Dans l’industrie des semi-conducteurs, les puces électroniques, au cours de leur processus de fabrication, peuvent être revêtues d’un dépôt CVD et/ou PVD, réalisé dans des enceintes en quartz (bell jar). Après utilisation, ces dernières, recouvertes d’un dépôt « polluant », sont nettoyées dans une solution acide. Dans le but d’augmenter la durée de vie de ces enceintes et d’espacer les nettoyages, la société Edwards les protège d’un dépôt rugueux de zircone yttriée réalisé par projection plasma. Cependant, la porosité du dépôt protecteur entraîne une infiltration de la solution chimique de nettoyage jusqu’au quartz. Non seulement, le dépôt « polluant » est décapé, mais aussi le dépôt protecteur en zircone yttriée. L’objectif de cette thèse est de densifier le dépôt de zircone yttriée afin de le rendre imperméable à la solution chimique, permettant sa réutilisation en ne décapant que le dépôt « polluant ». La rugosité du dépôt doit, toutefois, rester élevée. La densification des dépôts va se faire à partir d’une optimisation des paramètres de projection - débit massique, pourcentage d’hydrogène, distance de tir,… - de la distribution granulométrique de la poudre, de la nature du gaz plasmagène (argon ou azote) et donc de la torche utilisée. Cette optimisation des conditions de tir est effectuée via l’étude des propriétés du plasma, telles que l’enthalpie et les fluctuations de tension aux bornes de la torche, et de leurs influences sur le traitement thermique des particules en vol, la formation des lamelles lors de leur écrasement et la construction des dépôts et leurs propriétés (en particulier leur porosité, rugosité et épaisseur)
In semiconductor industry, the electronic chips, during their manufacturing process, can be covered with CVD/PVD coatings, carried out inside bell jars. After use, these quartz chambers, layered with a contaminated coating, are cleaned inside an acid solution. In order to increase their time of life and the time between two cleanings, Edwards society masks the chambers with a rough yttria partially stabilized zirconia coating made by plasma spraying process. However, the chemical cleaning solution reaches the quartz substrate through the coating porosity. So, the protected coating is etched at the same time than the contaminated coating. The aim of this research work is to increase the coating density to make it cleanable, in order to remove only the contaminated layer. Nevertheless, the coating roughness must remain high. The coating densification is obtained by optimising the plasma spray parameters (mass flow rate, hydrogen percentage, stand-off distance…), the powder size distribution, the plasma gas mixture composition (argon or nitrogen) and so the plasma torch design. This optimisation of spray conditions is determined by studying plasma properties, such as its enthalpy and its voltage fluctuations, and their influences on the in-flight particle thermal treatment, the corresponding splat formation and the coating growth and properties (especially their porosity, roughness and thickness)

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Li, Xinhao S. M. Massachusetts Institute of Technology. "Modeling the effects of surface plasmon resonance on hot electron collection in a metallic-semiconductor photonic crystal device." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2017. http://hdl.handle.net/1721.1/111726.

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Abstract:

Thesis: S.M., Massachusetts Institute of Technology, Department of Mechanical Engineering, 2017.
Cataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (pages 68-72).
Metallic-semiconductor Schottky hot carrier devices have been found as a promising solution to harvest photon with energy below the bandgap of semiconductor, which is of crucial importance for realizing efficient solar energy conversion. In recent years, extensive efforts have been devoted to utilizing surface plasmon resonance to improve light absorption by creating strong light-metal interaction, which generates hot electrons through nonradiative decay. However, how surface plasmon enhances the efficiency of hot electron collection is still debatable. This thesis studies the effects of surface plasmon resonance on hot electron collection in a metallic-semiconductor photonic crystal (MSPhC) designed by our group for efficient photoelectron-chemical energy conversion. In contrast to a broadband light absorption at the range from 400 nm to 800 nm, the sub-bandgap photoresponse shows a single peak centered at 590 nm, which is identified as the surface plasmon resonant wavelength of this device. We develop a theoretical model of hot electron generation, transport and injection in this device incorporating the effects of anisotropic hot electron momentum distribution caused by surface plasmon resonance. Near resonant wavelength, surface plasmon dominates the electric field in the thin Au layer, which generates hot electrons with high enough momentum preferentially normal to the Schottky interface. Through analyzing the energy, momentum and spatial distribution of generated hot electrons, we develop a model to estimate the internal quantum efficiency (IQE) of this device. The anisotropic hot electron momentum distribution largely enhances IQE and photoresponse near the resonant wavelength. Compared with the widely used Fowler's theory of Schottky internal photoemission, our model can better predict IQE of surface plasmon assisted hot electron collection. Combined with large scale photonic design tools, this quantum-level model could be applied for tuning and enhancing photoresponse of Schottky hot carrier devices.
by Xinhao Li.
S.M.

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Romanovsky, Igor Alexandrovich. "Novel properties of interacting particles in small low-dimensional systems." Diss., Available online, Georgia Institute of Technology, 2006, 2006. http://etd.gatech.edu/theses/available/etd-07102006-041659/.

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Abstract:

Thesis (Ph. D.)--Physics, Georgia Institute of Technology, 2007.
Landman, Uzi, Committee Member ; Yannouleas, Constantine, Committee Member ; Bunimovich, Leonid, Committee Member ; Chou, Mei-Yin, Committee Member ; Pustilnik, Michael, Committee Member.

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Foucher, Mickaël. "Dynamique des plasmas radio-fréquence à couplage inductif en gaz halogénés simples." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066278/document.

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Abstract:

Les plasmas radio-fréquences à couplage inductif en gaz halogénés simples (cl2/hbr/o2) sont fortement utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs. Cependant, notre connaissance des processus réactionnels de ces plasmas est encore très partielle. De nombreux travaux de simulations (fluides, particulaires...), visant à améliorer celle-ci, ont été produits ces dernières décennies. Toutefois, trop peu de résultats expérimentaux sont disponibles dans la littérature afin de valider ou améliorer ces simulations. L'objectif de cette thèse est alors de produire un ensemble complet de résultats experimentaux. Nous nous focalisons essentiellement sur le cas des plasmas de cl2 et de o2 purs. Dans cette thèse, nous étendons les résultats expérimentaux déjà présents dans la littérature : densités de charges et de neutres, températures translationnelles. En particulier, les tendances en fonction de la pression, essentielles pour la simulation, sont soigneusement étudiées. Les vibrations moléculaires sont également étudiées à l'aide d'un montage innovant de spectroscopie d'absorption. Nous montrons que les simulations sont encore loin de représenter fidèlement les processus réactionnels des plasmas étudiés. Nous tentons de fournir à cet effet quelques pistes d'améliorations. Ce travail est la base nécessaire à l'amélioration continue des plasmas industriels utilisés pour la gravure de semi-conducteurs
Radio-frequency inductively-coupled plasmas in simple halogen gases (cl2/hbr/o2) are widely used in the semi-conductor industry. However, our knowledge of these plasmas is still incomplete. To improve it, numerous simulation studies have been performed in the last decades. Unfortunately, experimental results to compare these studies are still scarce. The objectives of this thesis is to provide a comprehensive set of experimental results. We focused on the plasmas of pure o2 and cl2. In this thesis, we extend the already available experimental results : neutral nd charges densities, translational temperatures. In particular, the tendancies of these parameters as a function of the pressure are carefully studied. Molecular vibrations are studied as well using a new kind of absorption spectroscopy setup. We show that the recent simulations are still far from representing the reactional processes in the studied plasmas. We then try to provide some ideas of improvement. This work is the needed start to improve etching plasma industrial processes

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Paudel, Hari. "The effect of electron-hole pairs in semiconductor and topological insulator nanostructures on plasmon resonances and photon polarizations." Doctoral diss., University of Central Florida, 2014. http://digital.library.ucf.edu/cdm/ref/collection/ETD/id/6338.

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Abstract:

The generation of electron-hole pairs in materials has great importance. In direct bandgap semiconductor materials, the mechanism of radiative recombination of electron-hole pairs leads to the emission of photons, which is the basis of Light Emitting Diodes (LEDs). The excitation of electron-hole pairs by absorption of photons is the active process in photodiodes, solar cells, and other semiconductor photodetector devices. In optoelectronic devices such as optical switches which are based on transmission and reflection of the photons, electron-hole pairs excitation is a key for the device performance. Diodes and transistors are also great discoveries in electronics which rely on the generation and recombination of electron-hole pairs at p-n junctions. In three-dimensional topological insulators (3D TIs) materials nanostructures excitation of electron-hole pairs can be utilized for the quantum memory, quantum information and quantum teleportation. In two-dimensional (2D) layered materials like graphene, MoS2, MoSe2, WS2 and WSe2 generation and recombination of electron hole pairs is main process at p-n junctions, infrared detectors and sensors. This PhD thesis is concerned with the physics of different types of electron-hole pairs in various materials, such as wide-bandgap semiconductors, 3D topological insulators, and plasmonic excitations in metallic nanostructures. The materials of interest are wide bandgap semiconductors such as TiO2 , 3D TIs such as Pb1-xSnxTe and the 2D layered materials such as MoS2 and MoO3. We study the electronic and optical properties in bulk and nanostructures and find applications in the area of semiclassical and quantum information processing. One of the interesting applications we focus in this thesis is shift in surface plasmon resonance due to reduction in index of refraction of surrounding dielectric environment which in turns shifts the wavelength of surface plasmon resonance up to 125 nm for carrier density of 10^22/cm^3. Employing this effect, we present a model of a light controlled plasmon switching using a hybrid metal-dielectric heterostructures. In 3D TIs nanostructures, the time reversible spin partners in the valence and conduction band can be coupled by a left and a right handed circular polarization of the light. Such coupling of light with electron-hole pair polarization provides an unique opportunity to utilize 3D TIs in quantum information processing and spintronics devices. We present a model of a 3D TI quantum dot made of spherical core-bulk heterostructure. When a 3D TI QD is embedded inside a cavity, the single-photon Faraday rotation provides the possibility to implement optically mediated quantum teleportation and quantum information processing with 3D TI QDs, where the qubit is defined by either an electron-hole pair, a single electron spin, or a single hole spin in a 3D TI QD. Due to excellent transport properties in single and multiple layers of 2D layered materials, several efforts have demonstrated the possibility to engineer electronic and optoelectronic devices based on MoS2. In this thesis, we focus on theoretical and experimental study of electrical property and photoluminescence tuning, both in a single-layer of MoS2.We present theoretical analysis of experimental results from the point of view of stability of MoO3 defects in MoS2 single layer and bandstructures calculation. In experiment, the electrical property of a single layer of MoS2 can be tuned from semiconducting to insulating regime via controlled exposure to oxygen plasma. The quenching of photoluminescence of a single sheet of MoS2 has also been observed upon exposure to oxygen plasmas. We calculate the direct to indirect band gap transitions by going from MoS2 single sheet to MoO3 single sheet during the plasma exposure, which is due to the formation of MoO3 rich defect domains inside a MoS2 sheet.
Ph.D.
Doctorate
Physics
Sciences
Physics

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Sanchez, Erik De Jesus. "Modeling of the Surface Plasmon Resonance (SPR) Effect for a Metal-Semiconductor (M-S) Junction at Elevated Temperatures." PDXScholar, 1993. https://pdxscholar.library.pdx.edu/open_access_etds/4624.

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Abstract:

The effect of temperature increase on the optical excitation of Surface Plasmon Resonance (SPR) at an Ag-Si metal-semiconductor (M-S) junction at a wavelength of 1 . 1 52 pm is investigated theoretically using computer modeling in Fortran. In order to accurately quantify the SPR, the temperature dependent optical constants for Ag and Si are obtained theoretically or semiempirically , using a Drude model for Ag and previous experimentally determined equations for Si (the behavior of the optical constants for crystalline Si and doped Si are found to have very little deviation between each other for our case). An improvement in the theoretical derivation for the optical constants of Ag is obtained, maintaining self-consistency. The optical constants are utilized to quantify the reflectance of an incident wave on an M-S junction, using Fresnel equations for a four layer system. The reflectivity of the M-S junction is indicative of the surface plasmon generation. There exists much industrial interest in increasing the amount of photocurrent generation in semiconductors for a given number of incident photons. This increase in photocurrent is often referred to as enhancing the quantum efficiency (Q). It has been previously shown by many groups that there can be an appreciable enhancement of Q due to the optical excitation of surface plasmons on a Schottky barrier junction (M-S junction), although all these previous studies were done at room temperature. Hence, the studies of temperature effect of SPR at the M-S junction could lead to interesting effects for the Q as well. In this thesis, we have studied qualitatively the effect of temperature increase on the optical excitation of SPR at an Ag-Si junction. From these results we have attempted to draw inference to the possibility of the enhancement of Q at elevated temperatures for such a diode junction.

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Choueib, Nargess. "Matrices de commutation par effets d'injection de porteurs sur InP." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10017/document.

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Abstract:

Partant d'une structure de commutateur électro-optique sur InP de type DOS (Digital Optical Switch) fonctionnant par injection des porteurs, de faible diaphotie (-40dB) à la longueur d'onde 1.55µm, le but de ce travail de thèse a été d'étudier la possibilité de réaliser en optique intégrée sur InP des matrices de commutation à 2 entrées et 2 sorties conservant les mêmes performances en diaphotie. Pour atteindre cet objectif, nous avons tout d'abord optimisé la géométrie d'une matrice purement passive à l'aide de la méthode des faisceaux propagés (BPM) 2D ou 3D. Nous avons ainsi défini sept matrices 2X2 passives que nous avons réalisées et caractérisées dont certaines atteignent une diaphotie d'environ -40dB. Nous avons ensuite adapté ces matrices passives à une nouvelle géométrie de commutateur compatible avec les courbes de forme sinusoïdale de nos matrices, dont nous prévoyons pour certaines une diaphotie avoisinant -40dB. Les cinq matrices actives optimisées ont été réalisées et caractérisées en terme de pertes, consommation et diaphotie, Nous obtenons une forte sensibilité à la polarisation optique avec une diaphotie qui peut atteindre presque -30dB pour la matrice la plus performante
Starting from a Digital Optical Switch based on carrier injection and InP optical integrated circuit techniques, which achieved high crosstalk performance (around -40dB), the aim of this thesis is to design and fabricate 2X2 optical switching matrixes keeping the same crosstalk performance. To reach such a goal, we first analyzed and designed, thanks to 2D and 3D Beam Propagation Method, passive matrixes that we fabricated and characterized. We obtained crosstalk close to -40dB in agreement with our theoretical predictions. We then matched our passive matrixes to a new structure of DOS which geometry fits better withsinusoidal shape of our matrix waveguides. We optimized five active matrixes that we fabricated and characterized to deduce the propagation and coupling losses, the consumption and the crosstalk. Which were found as a low as -30dB for the best matrix with the good optical polarization state

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Dang, Thi Huong. "Interfacial skew tunneling in group III-V and group IV semiconductors driven by exchange and spin-orbit interactions; Study in the frame of an extended k.p theory." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX089/document.

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Abstract:

Nous avons étudié par des méthodes numériques et en théorie k.p avancée les propriétés tunnel d’électrons et de trous dans des systèmes modèles et hétérostructures composés de semi-conducteurs impliquant des interactions spin-orbite de volume. Nous démontrons que le couplage entre les interactions spin-orbite et d’échange à l’interface de jonctions tunnel résulte en un fort contraste de transmission de porteurs selon le signe de la composante de leur vecteur d’onde dans le plan de la jonction. Cet effet conduit à un effet tunnel anormal d’interface que nous appelons « Effet Hall Tunnel Anormal » (ATHE). De façon similaire, des processus tunnel non-conventionnels se manifestant sur des isolants topologiques ont été prédits par d’autres auteurs. Alors que l’ensemble de ces effets Hall anormaux sont liés aux interactions spin-orbite, les effets tunnel anormaux diffèrent des effets Hall tunnel, des effets Hall et des effets Hall de spin par la forte amplitude prédite ainsi que par des phénomènes de chiralité. Ces propriétés possèdent un lien nontrivial avec la symétrie du système. L’ensemble de ces résultats démontre l’existence d’une nouvelle classe d’effets tunnel qui devaient être étudiés expérimentalement dans un futur proche. En ce qui concerne la bande de valence, nous démontrons, en utilisant un Hamiltonien 14x14 prolongeant un modèle 2x2, que le calcul décrivant l’ATHE repose sur un traitement subtil des états dits « spurious » (états non-physiques) et nous donnons quelques éléments d’amélioration et de compréhension. Dans ce mémoire de thèse, nous développons deux méthodes numériques pour résoudre le problème des états spurious en développant en parallèle des méthodes k.p respectivement à 14 bandes et 30 bandes afin de décrire des matériaux semiconducteurs à gap indirect. Les calculs menés dans la bande de valence d’hétérostructures semiconductrice incluant interfaces et barrières tunnel (approches 6x6 et 14x14) sans centre de symétrie d’inversion mettent en évidence des propriétés d’asymétrie équivalente à celles obtenues dans la bande de conduction. De tels effets sont interprétés, dans le cadre de calculs de perturbation en transport basés sur des techniques de fonctions de Green, par des effets chiraux orbitaux lors du branchement tunnel des fonctions évanescentes dans la barrière
We report on theoretical, analytical and computational investigations and k.p calculations of electron and hole tunneling, in model systems and heterostructures composed of exchange-split III-V semiconductors involving spin-orbit interaction (SOI). We show that the interplay of SOI and exchange interactions at interfaces and tunnel junctions results in a large difference of transmission for carriers, depending on the sign of their incident in-plane wave vector (k//): this leads to interfacial skew-tunneling effects that we refer to as Anomalous Tunnel Hall Effect (ATHE). In a 2x2 exchange-split band model, the transmission asymmetry (A) between incidence angles related to +k// and -k// wave vector components, is shown to be maximal at peculiar points of the Brillouin zone corresponding to a totally quenched transmission (A = 100%). More generally, we demonstrate the universal character of the transmission asymmetry A vs. in-plane wavevector component, for given reduced kinetic energy and exchange parameter, A being universally scaled by a unique function, independent of the spin-orbit strength and of the material parameters. Similarly, striking tunneling phenomena arising in topological insulators have just been predicted. While they all are related to the spin-orbit directional anisotropy, ATHE differs from the tunneling Hall effect, spontaneous anomalous, and spin Hall effects, or spin-galvanic effect, previously reported for electron transport, by its giant forward asymmetry and chiral nature. These features have non-trivial connection with the symmetry properties of the system. All these results show that a new class of tunneling phenomena can now be investigated and experimentally probed.When valence bands are involved, we show (using 14x14 Hamiltonian and within a 2x2 toy model) that ATHE accurate calculations rely on a subtle treatment of the spurious (unphysical) states and we give an insight into the topology of the complex band structure. We introduce two numerical methods to remove spurious states and successfully, include them in 30-band codes able to describe indirect bandgap group-IV semiconductors. Calculations performed in the valence bands of model heterostructures including tunnel barriers, in both 6x6 and 14x14 k.p Hamiltonians without inversion asymmetry, more astonishingly highlight the same trends in the transmission asymmetry which appears to be related to the difference of orbital chirality and to the related branching (overlap) of the corresponding evanescent wave functions responsible for the tunneling current. Besides, we built an analytical model and developed scattering perturbative techniques based on Green’s function method to analytically deal with electrons and holes and to compare these results with numerical calculations. The agreement between the different approaches is very good. In the case of holes, the asymmetry appears to be robust and persists even when a single electrode is magnetic

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Debrie, Francis. "Élaboration d'une technologie auto-alignée par gravure plasma de métaux réfractaires pour transistors à effet de champ à hétérojonction (AlGaAs/GaAs)." Toulouse, INPT, 1986. http://www.theses.fr/1986INPT046H.

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Abstract:

L'auto-alignement est etudie depuis peu sur le tecfet (transistor a effet de champ a heterojonction algaas/gaas) par certains laboratoires etrangers. Le procede retenu dans les travaux de l'auteur fait appel a la gravure plasma de metaux refractaires et a un auto-alignement des metallisations de contacts ohmiques sur la grille. La gravure permet la realisation de grilles submicroniques en "t", par photolithographie optique, de matiere reproductible grace a un systeme de detection specialement etudie. Une technologie auto-alignee en 4 etapes a ete mise au point: isolement par mesa, grille en tiwsi, contacts ohmiques evapores en augeni/au, metallisation finale en tiptau. Les resultats obtenus sur mesfet sont comparables a ceux obtenus par d'autres laboratoires: gm=140ms/mm et idss=210ma/mm. Les premieres caracterisations en hyperfrequences permettent d'entrevoir des resultats prometteurs a terme: mag=6,9 et 4,7db; msg512,2 et 11,1db; facteur de stabilite k=1,85 et 2,32 avec une frequence maximale de 22ghz. Sur tegfet la technologie est plus delicate et les premiers resultats sont moins probants. La caracterisation sur plaquette 2 pouces donne typiquement: gm=80ms/mm, idss-64ma/mm et des tensions de claquage inferieures a -10v pour des courants inverses de -1ua. Ces resultats peuvent etre ameliores par la diminution des resistances de contact et de la longueur de grille. Des solutions sont envisagees et sont decrites

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Silva, Michel da. "Etude de la compatibilité entre les circuits récepteurs pin et les transistors à effet de champ. : extension aux transistors à haute mobilité et à confinement des porteurs du canal bi-dimensionnel." Toulouse 3, 1992. http://www.theses.fr/1992TOU30153.

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Abstract:

Ce mémoire présente les résultats d'une étude sur la compatibilité structurelle entre les circuits photorécepteurs pin et les transistors à effet de champ a hétérojonction qui permet d'améliorer leur intégration monolithique sur des substrats semi-isolants gaas. L'analyse des propriétés du photorécepteur vise à définir les règles de conception et d'optimisation des paramètres électriques et technologiques : réponse spectrale, sensibilité et rapidité. Ces règles offrent un moyen d'élaborer un transistor à effet de champ adapte à la photodétection. Ce transistor se définit par une transconductance élevée et une valeur faible du rapport du carré de la capacité sur la transconductance. L'étude de structures de transistors basée sur ces règles montre une adéquation de ces composants avec les photodiodes pin et métal/semi-conducteur/métal. Les composants sont fabriqués à partir d'hétérojonctions sur des substrats de gaas semi-isolants. A l'issue de ce travail de technologie, croissances et gravures des couches, métallisations des contacts, les caractérisations électriques des composants sont satisfaisantes. Pour accroitre à nouveau leurs performances, les systèmes photorécepteurs devront par la suite, intégrer des photodétecteurs à cavité résonante et des transistors à confinement uni-dimensionnel du gaz d'électrons

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Berciaud, Stéphane. "Détection photothermique et spectroscopie d'absoption de nano-objets individuels: nanoparticules métalliques, nanocristaux semiconducteurs, et nanotubes de carbone." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00123471.

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Abstract:

Ce manuscrit décrit le développement de la technique d'Imagerie Photothermique
Hétérodyne (PHI). Cette nouvelle méthode optique en champ lointain permet de détecter une
grande variété de nano-objets individuels absorbants (nanoparticules métalliques jusqu'à 1.4 nm
de diamètre, nanocristaux semiconducteurs, nanotubes de carbone métalliques et semiconducteurs,.
. .), sur un fond « noir », avec un très bon rapport signal à bruit. Le signal photothermique
a été caractérisé expérimentalement sur des nanoparticules d'or individuelles. Les mesures obtenues
sont comparées à des calculs analytiques issus d'un modèle électrodynamique. Etant donné
que ce signal est directement proportionnel à la puissance absorbée, la méthode PHI ouvre la
voie à des expériences de spectroscopie d'absorption à l'échelle du nano-objet individuel. Dans
un premier temps, nous avons sondé la résonance plasmon de surface de nanoparticules d'or
individuelles de 5 à 33 nm de diamètre. Cette étude a abouti à l'observation d'effets de taille
intrinsèques, analysés dans le cadre de la théorie de Mie. Nous avons ensuite mesuré les spectres
d'absorption de nanocristaux individuels de CdSe en régime multiexcitonique. Pour un même
nanocristal, la comparaison des spectres d'absorption photothermique et d'émission permet de
discuter l'origine physique du signal photothermique. Enfin, nous avons caractérisé la structure
de nanotubes de carbone semiconducteurs et métalliques individuels en analysant leurs spectres
d'absorption autour de leurs premières résonances optiques.

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Lienerth, Peter. "Elaboration and characterization of field-effect transistors based on organic molecular wires for chemical sensing applications." Thesis, Strasbourg, 2014. http://www.theses.fr/2014STRAD003/document.

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Abstract:

Il est reconnu que la structure des semi-conducteurs organiques influence la sensibilité et la sensitivité des capteurs des gaz. Pour améliorer la compréhension des mécanismes sous-jacents dans les capteurs à base des transistors d’effet de champ organique (OFETs) cette thèse a exploré trois pistes différentes : L’utilisation de l’hystérésis des caractéristiques de transfert comme paramètre de détection des gaz est étudié. En ajoutant l’hystérésis aux paramètres standards, on améliore la sélectivité des OFETs à base de poly(3-hexylthiophène) aux gaz polaires. Des mesures transitoires de courant indiquent que la cinétique de piégeage et de piégeage des porteurs de charges est à l’origine de cette amélioration. Pour comprendre l’influence qu’à la structure moléculaire sur la sensibilité aux vapeurs d’éthanol, des polymères avec des chaînes latérales alcoxyle dont on fait varier la polarité ainsi que l’encombrement stérique, ont été étudiés. L’intensité de la réponse est corrélée avec la quantité d’analyte absorbée et le moment dipolaire des chaînes latérales. Pour permettre l’étude des mécanismes à l’échelle nanométrique, une partie de ce travail se concentre sur la fabrication de transistors avec une taille de canal réduite. En utilisant le nitrure de silicium comme couche diélectrique, on réduite les tensions de commande et les propriétés chimiques à l’interface
The molecular structure of organic semiconductors which can be tailored by the chemical synthesis influences the sensitivity and selectivity of gas sensor devices. To improve the understanding of the ongoing mechanisms in sensors based on organic field effect transistors (OFETs) this thesis follows three different tracks: The applicability of the hysteresis of the transfer characteristics as a gas sensing parameter is studied. As a complement to the standard transistor parameters the hysteresis improves the selectivity of poly(3-hexylthiophen-2,5-diyl) based OFETs to polar gases. Transient current measurements indicate the additional dependence on the detrapping kinetics as origin of the increased selectivity. To understand the influence of the molecular structure on the gas sensing behavior, polymers with alkoxy side chains, varying in polarity and steric hindrance, are used as gas sensing layer for ethanol vapor. The response strength correlates with the amount of absorbed analyte and the dipole moment of the side chains. To enable investigations of the mechanisms at the nanoscale, one part of this work focuses on the preparation of transistors with a reduced channel length. By using silicon nitride as dielectric layer, driving voltages decreased and interface properties could be improved

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Shchepetov, Andrey. "Étude et fabrication de dispositifs nanométriques pour applications THz." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10069/document.

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Abstract:

Les applications émergentes dans la gamme des fréquences Térahertz (THz, 10¹² Hz) stimulent le développement des composants actifs et passifs rapides ainsi que des émetteurs et des détecteurs de radiation travaillant dans ce domaine. Les dispositifs actuels ne répondent pas à tous les besoins de l'industrie à cause de la consommation, la taille et le coût très importants. La solution pour la réalisation des émetteurs et des détecteurs peut venir des transistors à ondes plasma que nous avons étudiés. Ce sont les composant à base de HEMT Ill-V exploitants les nouvelles propriétés de transport électronique. Les mesures de ces dispositifs ont montré les possibilités de l'émission et de la détection de la radiation autour de 1 THz, à température basse et ambiante. Une détection résonante avec une fréquence ajustable est possible. D'un autre côté il est nécessaire de réaliser les composants actifs électroniques (transistors) capables de fonctionner aux fréquences proches du THz. Ceci est nécessaire pour la réalisation des circuits rapides comme les amplificateurs, les mélangeurs et autres. Pour répondre à cette demande, nous avons étudié deux types de transistors double-grilles. Les mesures ont prouvé l'amélioration des performances statiques et dynamiques (saturation de courant de drain et courant de drain maximal, efficacité de commande, transconductance et conductance de sortie, fréquences de fonctionnement). De plus, la consommation aux performances équivalentes est plus faible. Les simulations montrent que les performances peuvent être améliorées d'avantage
The emergent applications in the Terahertz (THz) frequencies range stimulate the development of active and passive rapid devices as much as of emitters and detectors working in this domain. Actually existent devices do not respond to all industry needs because of too high consumption, size and cost, and other inconvenient. A solution for realisation of emitters and detectors could come from plasma-wave transistor that we studied. These devices are based on 1I1-V HEMT and utilised a particular behaviour of electronic transport. Measurements have shown the possibility of emission and detection of radiation at about 1 THz. From the other hand it is necessary to realize electronic active devices (transistors) able to operate near the THz range. This is necessary for realisation of rapid integrated circuits such as amplifiers, mixers and so on. To do this we have chosen to study two kinds of double-gate transistors. Measurements have shown the increasing of static and dynamic performances (maximum drain current and drain current saturation, efficiency of charge control, transconductance, output conductance, operation frequencies). Besides, the same performances can be obtained at lower consumption. Simulations show that performances could be improved even more

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Laariedh, Farah. "Technologie d’intégration monolithique des JFET latéraux." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0031/document.

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Abstract:

Le carbure de silicium (SiC) est un semi-conducteur à large bande d’énergie interdite, remarquable par ses propriétés physiques situées à mi-chemin entre le silicium et le diamant. Ceci suscite actuellement un fort intérêt industriel pour son utilisation dans la fabrication de composants susceptibles de fonctionner dans des conditions extrêmes : forte puissance et haute température. Les travaux de thèse se sont focalisés sur la levée de verrous technologiques pour réaliser des composants latéraux de type JFET (Junction Field Effect Transistor) et les intégrer monolithiquement dans des substrats SiC-4H. L’objectif est de réaliser un bras d’onduleur intégré en SiC avec deux étages commande et puissance. Dans un premier temps, nous avons entamé cette thèse par une caractérisation de deux lots de composants JFET latéraux à canaux N et P réalisés dans le cadre de deux projets ANR précédents cette thèse. De cette étude nous avons extrait plusieurs points positifs, comme celui qui concerne la tenue en tension des JFET de puissance et l’intégration monolithique des JFET basse tension. Mais, nous avons aussi mis en évidence, la nécessité d’optimiser la structure de composants et d’améliorer certaines étapes technologiques, principalement, la définition des canaux par implantation ionique, le contact ohmique et la gravure profonde. Des études approfondies pour réaliser le contact ohmique sur SiC type P et des procédés pour réaliser une gravure profonde dans le SiC ont été développés. Ces études ont permis d’obtenir une faible résistance de contact comparable à l’état de l’art mondial, d’avoir des calibres en courant plus élevés et par conséquent une meilleure modulation. Pour la gravure, un masque dur à base de silicium et nickel (NiSi), nous a permis de mettre en place un procédé original qui permet des gravures profondes du SiC et réaliser les structures intégrés des JFET. L’ensemble de ces améliorations technologiques nous a permis d’obtenir des nouveaux lots de composants JFET P et N intégrés sur la même puce, avec des meilleures performances par rapport aux précédentes réalisations, notamment avec une conduction dans les canaux 10 à 100 fois plus importante. Nous avons également obtenu une modulation du courant Ids en fonction de la tension Vgs sur un nombre très important de JFET en augmentant significativement le rendement par rapport aux lots précédents
Silicon carbide (SiC) a semiconductor is as wide band gap, notable for its physical properties located between silicon and diamond. The inherent properties of silicon carbide (SiC) high thermal conductivity, and high breakdown voltage make it a very promising material for high power, high temperature and high-frequency device applications. The thesis focused on the removal of technological barriers to achieve lateral components JFET (Junction Field Effect Transistor) and monolithically integrated in SiC-4H substrates. The objective is to realize an arm of inverter integrated there SIC with two floors command and power. Initially, we started this thesis by a characterization of two lots of components JFET with channels N and P realized during two previous ANR this thesis. In this study, we extracted several positive points, such, the breakdown voltage of the JFET power and monolithic integration of low voltage JFET. But we have also highlighted the need to optimize the structure of components and improve some technological steps, mainly the definition channels by ion implantation, the ohmic contact and deep etching. Extensive to achieve ohmic contact on SiC P type and methods for performing deep etching in SiC studies have been developed. These studies have resulted in a low resistance comparable to the state of the art world contact, having sizes in higher current and therefore a better modulation. For etching, a hard mask to silicon and nickel (NiSi) has enabled us to develop a novel method that allows deep etching of SiC JFETs achieve integrated structures. All these technological improvements allowed us to get new batches of P and N JFET integrated on the same chip components with better performance compared to previous achievements, especially with conduction channels 10 to 100 times important. We also got a modulation current Ids as a function of the voltage Vgs on a large number of JFET significantly increasing the performance compared to previous batches

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Ji, Botao. "Synthesis and optical properties of plasmonic fluorescent quantum dots." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066674/document.

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Abstract:

Grâce aux plasmons de surface des nanoparticules métalliques et aux propriétés optiques et électroniques des quantum dots (QDs), les nanostructures QD/métal suscitent beaucoup d'intérêt. Cependant, bien que prometteurs, les hybrides QD/or colloïdaux n'ont été que rarement obtenus.Nous avons mis au point la première méthode de synthèse généralisée conduisant à des structures hybrides cœur/coque/coque QD/SiO2/Au (appelées QDs dorés). Tout d'abord, les QDs hydrophobes sont encapsulés individuellement dans des billes de silice par émulsion inverse. Les nanoparticules obtenues sont ensuite recouvertes d'une coque d'or continue via un processus de dépôt en solution. Les épaisseurs de silice et d'or peuvent être ajustées indépendamment aux dimensions voulues. Nous avons montré que les QDs dorés individuels à base de QDs CdSe/CdS à coque épaisse possèdent une émission stable et poissonienne à température ambiante et sont très photostables. Cette nouvelle structure se comporte comme un résonateur plasmonique avec un facteur de Purcell élevé (~6), en très bon accord avec les simulations.Nous présentons également des auto-assemblages de QDs hydrophobes en superparticules (SPs). Un choix judicieux de QDs donne aux SPs des propriétés exceptionnelles telles qu'une émission de fluorescence intense, non-clignotante et multicolore. Des SPs multifonctionnelles peuvent aussi être obtenues en associant des nanocristaux magnétiques et fluorescents. La croissance d'une coque de silice sur les SPs a permis d'augmenter leur stabilité et nous avons démontré que cette couche de silice pouvait être recouverte d'une coque d'or pour améliorer la photostabilité et la biocompatibilité de ces SPs
Due to the surface plasmons in metallic nanostructures and the exceptional optical and electrical properties of colloidal semiconductor quantum dots (QDs), QD/metal hybrid nanostructures attract much attention. However, although these structures are very promising, colloidal single QD/gold hybrids have rarely been synthesized.We managed to develop for the first time a generalized synthetic route to synthesize a QD/SiO2/Au core/shell/shell hybrid structure (golden QDs). First, hydrophobic QDs are individually encapsulated in silica beads via reverse microemulsion. The obtained QD/SiO2 nanoparticles are then coated with a continuous gold nanoshell using a solution deposition process. The thicknesses of the silica and the gold layers can be tailored independently to various dimensions. We showed that single golden thick-shell CdSe/CdS QDs provide a system with a stable and poissonian emission at room temperature and a high photostability. This novel hybrid golden QD structure behaves as a plasmonic resonator with a strong (~ 6) Purcell factor, in very good agreement with simulations. We also present the self-assembly of hydrophobic QDs into colloidal superparticles (SPs). With a fine choice of QDs, SPs could indeed possess outstanding properties including non-blinking fluorescence, high fluorescence intensity and multi-color emission. Multi-functional SPs could also be obtained by mixing fluorescent or magnetic nanocrystals. The subsequent growth of a silica shell on the SPs allowed an enhancement of their stability and we demonstrated this silica shell could itself be covered by a gold nanoshell to further improve the SPs photostability and biocompatibility

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Bollaert, Sylvain Cappy Alain. "Composants ultra rapides pour applications en ondes millimétriques et submillimétriques." Villeneuve d'Ascq : Université des sciences et technologies de Lille, 2007. https://iris.univ-lille1.fr/dspace/handle/1908/975.

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Abstract:

Reproduction de : Habilitation à diriger des recherches : Sciences physiques. Électronique : Lille 1 : 2005.
N° d'ordre (Lille 1) : 479. Textes en français (synthèse des travaux) et en anglais (publications en annexe). Curriculum vitae. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 72-80. Liste des publications et communications.

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SENCE, MARTINE. "Etude des proprietes optiques du seleniure de cadmium sous hautes intensites d'excitation lumineuse." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 1989. http://www.theses.fr/1989STR13021.

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Abstract:

Etude des caracteristiques du plasma electron-trou. Interpretation des courbes de gain optique obtenues par deux modeles theoriques. Etude des proprietes des biexcitons par melange degenere a quatre ondes et determination de leur energie de liaison (2 mev)

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Ji, Botao. "Synthèse et propriétés optiques de quantum dots fluorescents plasmoniques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-01065068.

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Abstract:

Grâce aux plasmons de surface des nanoparticules métalliques et aux propriétés optiques et électroniques exceptionnelles des quantum dots (QDs), les nanostructures hybrides QD/métal ont suscité beaucoup d'intérêt depuis une dizaine d'années en raison de leurs nombreuses applications potentielles. Cependant, les hybrides QD/or colloïdaux n'ont été que rarement obtenus bien que ces structures soient particulièrement prometteuses du point de vue optique et qu'elles puissent être manipulées très facilement, car dispersées en solution. Dans cette étude, nous avons réussi à mettre au point pour la première fois une méthode de synthèse généralisée permettant d'obtenir des structures hybrides cœur/coque/coque QD/SiO2/Au (autrement appelés QDs dorés). Tout d'abord, les QDs hydrophobes ont été encapsulés individuellement dans des billes de silice par une méthode d'émulsion inverse. Les nanoparticules QDs/SiO2 ainsi obtenues ont ensuite été recouvertes d'une nanocoque continue d'or via un processus de dépôt en solution. Les épaisseurs de la silice et de la couche d'or - deux paramètres importants pour les QDs dorés - peuvent être ajustées indépendamment afin d'obtenir les dimensions souhaitées. Nous avons montré que les QDs dorés individuels à base de QDs CdSe/CdS à coque épaisse possèdent une émission stable et poissonienne à température ambiante et sont très photostables. Cette nouvelle structure de QDs dorés se comporte comme un résonateur plasmonique avec un facteur de Purcell élevé (~6), en très bon accord avec les simulations. Nous présentons également des auto-assemblages de QDs hydrophobes en superparticules (SPs). Un choix judicieux de QDs donne aux SPs des propriétés exceptionnelles telles qu'une émission de fluorescence intense, non-clignotante et multicolore. Des SPs multifonctionnelles peuvent aussi être obtenues en associant des nanocristaux magnétiques et fluorescents. La croissance d'une coque de silice sur les SPs a permis d'augmenter leur stabilité et nous avons démontré que cette couche de silice pouvait elle-même être recouverte d'une nanocoque d'or pour améliorer la photostabilité et la biocompatibilité de ces SPs.

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Laariedh, Farah. "Technologie d'intégration monolithique des JFET latéraux." Phd thesis, INSA de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00940370.

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Le carbure de silicium (SiC) est un semi-conducteur à large bande d'énergie interdite, remarquable par ses propriétés physiques situées à mi-chemin entre le silicium et le diamant. Ceci suscite actuellement un fort intérêt industriel pour son utilisation dans la fabrication de composants susceptibles de fonctionner dans des conditions extrêmes : forte puissance et haute température. Les travaux de thèse se sont focalisés sur la levée de verrous technologiques pour réaliser des composants latéraux de type JFET (Junction Field Effect Transistor) et les intégrer monolithiquement dans des substrats SiC-4H. L'objectif est de réaliser un bras d'onduleur intégré en SiC avec deux étages commande et puissance. Dans un premier temps, nous avons entamé cette thèse par une caractérisation de deux lots de composants JFET latéraux à canaux N et P réalisés dans le cadre de deux projets ANR précédents cette thèse. De cette étude nous avons extrait plusieurs points positifs, comme celui qui concerne la tenue en tension des JFET de puissance et l'intégration monolithique des JFET basse tension. Mais, nous avons aussi mis en évidence, la nécessité d'optimiser la structure de composants et d'améliorer certaines étapes technologiques, principalement, la définition des canaux par implantation ionique, le contact ohmique et la gravure profonde. Des études approfondies pour réaliser le contact ohmique sur SiC type P et des procédés pour réaliser une gravure profonde dans le SiC ont été développés. Ces études ont permis d'obtenir une faible résistance de contact comparable à l'état de l'art mondial, d'avoir des calibres en courant plus élevés et par conséquent une meilleure modulation. Pour la gravure, un masque dur à base de silicium et nickel (NiSi), nous a permis de mettre en place un procédé original qui permet des gravures profondes du SiC et réaliser les structures intégrés des JFET. L'ensemble de ces améliorations technologiques nous a permis d'obtenir des nouveaux lots de composants JFET P et N intégrés sur la même puce, avec des meilleures performances par rapport aux précédentes réalisations, notamment avec une conduction dans les canaux 10 à 100 fois plus importante. Nous avons également obtenu une modulation du courant Ids en fonction de la tension Vgs sur un nombre très important de JFET en augmentant significativement le rendement par rapport aux lots précédents.

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Ludemann, Michael. "In situ Raman-Spektroskopie an Metallphthalocyaninen: Von ultradünnen Schichten zum organischen Feldeffekttransistor." Doctoral thesis, Universitätsbibliothek Chemnitz, 2016. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-206568.

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Abstract:

Im ersten Teil der Arbeit werden Signalverstärkungsmechanismen für Raman-Spektroskopie erschlossen und evaluiert. Die als geeignet bewerteten Methoden finden im zweiten Teil ihre Anwendung zur Untersuchung der vibronischen Eigenschaften von dünnen Manganphthalocyaninschichten, die anschließend mit Kalium interkaliert werden. Hierbei sind verschiedene Phasen identifizierbar, die ein ganzzahliges Verhältnis von Kaliumatomen zu Manganphthalocyaninmolekülen besitzen. Im dritten Teil werden die elektrischen Eigenschaften durch die Verwendung dieses Materialsystems als aktives Medium eines Feldeffekttransistors untersucht.

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Itawi, Ahmad. "Dispositifs photoniques hybrides sur Silicium comportant des guides nano-structurés : conception, fabrication et caractérisation." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112363/document.

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Abstract:

Le contexte de cette thèse couvre les dispositifs photoniques hybrides III-V sur silicium. L’étude porte sur l’intégration par collage de matériau à base d'InP sur le silicium, puis la conception d’un guide optique comportant une nanostructuration qui permettra la sélection en longueur d’onde dans un laser DFB hybride. Enfin, on étudie les étapes technologiques de fabrication d’un laser hybride injecté électriquement fonctionnant dans le domaine spectral 1.55µm, et on caractérise les dispositifs. Pour associer les matériaux III-V sur Si, nous avons développé le collage sans couche intermédiaire que l’on nomme collage hétéroépitaxial ou oxide-free. Ce collage est reporté dans la littérature comme présentant une meilleure qualité électrique. Nous avons établi les conditions de préparation permettant d’obtenir des surfaces parfaitement désoxydées, et les conditions de recuit conduisant à une interface hybride sans oxyde et sans dislocation. Mais ce recuit est réalisé à température assez élevée (~450-500°C). Nous avons alors développé le collage avec une fine couche intermédiaire d’oxyde réalisé à plus faible température -300°C- qui présente l'avantage d'être compatible avec la technologie CMOS. Nous avons étudié différentes approches pour élaborer et activer une couche d’oxyde très fine (~3nm), de façon à obtenir une surface collée sans zones localement non collées. Le collage est dans les deux cas réalisé sous vide dans un équipement de type Bonder Suss SB6e. La qualité structurale de l’interface a été observée par STEM et la qualité mécanique du joint de collage a été caractérisée par indentation. Une méthode originale de mesure quantitative et locale de l’énergie du joint de collage a été développée. La qualité optique des couches collées a été étudiée par la mesure de la photoluminescence de puits quantiques placés proches du joint d’interface. En conséquence du collage sans couche intermédiaire ou avec une couche très fine, le design du mode optique est de type double-cœur, qui ne nécessite pas de taper. Le guide optique Si est de type shallow ridge, le confinement latéral étant assuré par un matériau nanostructuré à une période sub-longueur d’onde. Ce matériau fonctionne comme un matériau effectif uniaxe pour lequel on a calculé les indices optiques ordinaire et extraordinaire selon la géométrie de la nanostructuration. On peut rajouter sur cette nanostructuration une super-périodicité qui conduit à un fonctionnement sélectif en longueur d’onde. Le comportement modal du guide est simulé à l'aide du logiciel COMSOL Multiphysics, le comportement spectral est simulé par FTDT 3D. Nous avons validé la pertinence de ce design en mesurant la transmission de guides hybrides. Ce design sera inclus dans un laser et permettra d’obtenir une émission monofréquence de type DFB. Nous avons développé les étapes technologiques nécessaires à la fabrication d’un laser hybride à base d'InP sur Silicium fonctionnant en injection électrique. Nous avons mis en oeuvre de nombreuses techniques, et développé plusieurs procédés spécifiques, en particulier, des procédés de gravure sèche de type Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching ICP-RIE pour la gravure de la nanostructuration dans le silicium, et pour la gravure du mésa du laser. La présence des 2 matériaux III-V et Si dans le dispositif hybride rend ces étapes complexes. Les premiers résultats peuvent être améliorés en optimisant la technologie des contacts. Un design permettant de s’affranchir de la pénalité thermique présenté par tous les dispositifs ayant les 2 contacts électriques du coté du matériau III-V a été proposé, exploitant le passage du courant à l’interface hybride III-V / Si, ce qui est possible dans le cas du collage oxide-free. Cette approche ouvre des perspectives d’intégration au-delà de la photonique
This work contributes to the general context of III-V materials on Silicon hybrid devices for optical integrated functions, mainly emission/amplification at 1.55µm. Devices are considered for operation under electrical injection, reaching performances relevant for data transfer application. The main three contributions of this work concern: (i) bonding InP-based materials on Si, (ii) nanostructuration of the Si guiding layer for spatial and spectral control of the guided mode and (iii) technology of an hybrid electrically injected laser, with a special attention to the thermal budget. Bonding has been investigated following two approaches. The first one we call heterohepitaxial or oxide-free bonding, is performed without any intermediate layer at a temperature ~450°C. This approach has the great advantage allowing electrical transport across the interface, as reported in the literature. We have developed oxide-free surface preparation for both materials, mainly InP-based layers, and established bonding parameter processing. An in-depth STEM and RX structural characterization has demonstrated an oxide-free reconstructed interface without any dislocation except on one or two atomic layers which accommodate the large lattice mismatch (8.1%) between InP and Si. Photoluminescence of quantum wells intentionally grown close to the interface has shown no degradation. We have also developed an oxide-based bonding process operated at 300°C in order to be compatible with CMOS processing. The original ozone activation of the very thin (~5nm) oxide layer we have proposed demonstrates a bonding surface without any unbonded area due to degassing under annealing. We have developed an original method based on nanoindentation characterization in order to obtain a quantitative and local value of the surface bonding energy. Related to the absence or to the very thin intermediate layer between the two materials, our modal design is based on a double core structure, where most of the optical mode is confined in the Si guiding layer, and no taper is required. The Si waveguide on top of the SOI stack is a shallow ridge. A nanostructured material on both sides of the waveguide core ensures the lateral confinement, the nanostructuration geometry being at a sub-wavelength period in order to operate this material well below its photonic gap. It behaves as an uniaxial material with ordinary and extraordinary indices calculated according to the structuration geometry. Such a structuration allows modal and spectral control of the guided mode. 3D modal and spectral simulation have been performed. We have demonstrated, on a double-period structuration, a wavelength selective operation of hybrid optical waveguides. Such a double-period geometry could be included in a laser design for DFB operation. This nanostructuration has larger potential application such as coupled waveguides arrays or selective resonators. We have developed all the technological processing steps for an electrically injected hybrid laser fabrication. Main developments concern dry etching, performed with the Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching ICP-RIE technique of both the nanostructuration of the Silicon material, and the mesa of the hybrid laser. Efficient electrical contacts fabrication is also a complex step. First lasers operating performances could be improved. We have investigated a specific design in order to overcome the thermal penalty encountered by all the hybrid devices. This penalty is due to the thick buried oxide layer of the SOI stack that prevents heating related to the current flow to be dissipated. Taking advantage of the electrical transport we have shown at the oxide-free interface, we propose a design where the n-contact is defined on the guiding Si layer, suppressing thermal heating under electrical operation. Such an approach is very promising for densely packed hybrid devices integrated with associated electronic driving elements on Si

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Bao, Junjing 1981. "Interaction between plasma and low-k dielectric materials." Thesis, 2008. http://hdl.handle.net/2152/3820.

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Abstract:

With the scaling of devices, integration of porous ultra low-κ dielectric materials into Cu interconnect becomes necessary. Low-k dielectric materials usually consist of a certain number of methyl groups and pores incorporated into a SiO₂ backbone structure to reduce the dielectric constant. They are frequently exposed to various plasmas, since plasma is widely used in VLSI semiconductor fabrication such as etching, ashing and deposition. This dissertation is aimed at exploring the interaction between plasma and low-κ dielectric surfaces. First, plasma assisted the atomic layer deposition (ALD) of Ta-based Cu barriers. Atomic layer deposition of Ta barriers is a self-limited surface reaction, determined by the function groups on the low-κ dielectric surface. But it was found TaCl₅ precursor could not nucleate on the organosilicate low-κ surface that was terminated with methyl groups. Radical NH[subscript x] beam, generated by a microwave plasma source, could activate the surface through exchanging with the methyl groups on the low-κ surface and providing active Si-NH[subscript x] nucleation sites for TaCl₅ precursors. Results from Monte Carlo simulation of the atomic layer deposition demonstrated that substrate chemistry was critical in controlling the film morphology. Second, the properties of low-κ dielectric materials tended to degrade under plasma exposure. In this dissertation, plasma damage of low-κ dielectric surface was investigated from a mechanistic point of view. Both carbon depletion and surface densification were observed on the top surface of damaged low-κ materials while the bulk remained largely uninfluenced. Plasma damage was found to be a complicated phenomenon involving both chemical and physical effects, depending on chemical reactivity and the energy and mass of the plasma species. With a downstream plasma source capable of separating ions from the plasma beam and an in-situ x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) monitoring of the damage process, it was clear that ions played a more important role in the plasma damage process. Increase of dielectric constant after plasma damage was mainly attributed to moisture uptake and was confirmed with quantum chemistry calculation. Annealing was found to be effective in mitigating moisture uptake and thus restoring κ value. Finally, oxygen plasma damage to blanket and patterned low-κ dielectrics was studied in detail. Energetic ions in oxygen plasma contributed much to the loss of film hydrophobicity and dielectric constant through the formation of C=O and Si-OH. Based on results from residual gas analyses (RGA), three possible reaction paths leading to carbon depletion were proposed. This was followed by analytical solution of the evolution of carbon concentration during O₂ plasma damage. O₂ plasma damage to patterned CDO film was studied by TEM/EELS. And the damage behavior was simulated with Monte Carlo method. It was found that the charging potential distribution induced by plasma was important in determining the carbon loss in patterned low-k films. The charging potential distribution was mainly related to the geometry of low-k trench structures. To recover the dielectric constant, several recovery techniques were tried and briefly discussed.
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Oye, Michael Mikio. "Effects of plasma species during the molecular-beam epitaxy growth of dilute nitride semiconductors for infrared optoelectronic device applications." Thesis, 2006. http://hdl.handle.net/2152/2844.

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Cismaru, Cristian. "Charging and vacuum-ultraviolet radiation effects on plasma processing induced damage of semiconductor devices." 1999. http://www.library.wisc.edu/databases/connect/dissertations.html.

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李興龍. "Temperature-dependent surface plasmon resonance effect on a metal-semiconductor junction." Thesis, 2002. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/84194527107206490541.

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Abstract:

碩士
國立海洋大學
光電科學研究所
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The principal goal of the thesis is to study the temperature-dependent surface plasmon resonance effect on Schottky junction. We study this effect by using attenuation total reflection (ATR) to excite the surface plasmon resonance. In the last several years, we have established a theoretical model, which can account for the temperature variation of the optical properties of metal, and to simulate the variation at different temperatures and different conditions. In our experiment, we use laser light with different wavelengths as the light source, and change the temperatures of samples in order to measure the reflectivity curves with different kinds and thickness of metals and semiconductors. To understand which parameters affect the surface plasmon resonance, we analyze the results that measured after experiments and compare them with theoretical simulation.

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Otieno, Francis Otieno. "Enhancement of photo-conversion efficiency of organic solar cells by plasmon resonance effect." Thesis, 2016. http://hdl.handle.net/10539/19333.

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Abstract:

A dissertation submitted to the Faculty of Science, University of the Witwatersrand, Johannesburg, in fulfilment of requirements for the degree of Master of Science. Johannesburg, 2015.
Organic Photovoltaic (OPVs) is a promising alternative technology to provide clean and inexhaustible energy due to their excellent optoelectronic properties of the active polymer blends. The organic polymers have low weight, tunable electrical and optical properties besides being relatively insensitive to film imperfections which in the long run enable low-cost high-throughput roll-to-roll processing. However, their photo-conversion efficiency (PCE) and instability to air remains their greatest drawback as these preclude their commercialization. Indeed the highest power-conversion efficiency reported in literature is between 10-12 % compared to their inorganic counterparts (40 %). Therefore there is great need for improvement to make them competitive with grid parity. In this thesis, the major factors limiting the efficiency of organic solar cells such as light absorption, exciton diffusion and dissociation as well as charge collection are investigated and discussed. Despite the high thickness dependent absorption coefficients (>105 cm-1) within the visible spectrum the materials exhibit short exciton diffusion lengths (10-20 nm) which limit the optimal active layer thickness to a few nanometers. Improving optical absorption within this thickness forms the basis of this project. We report the use of surface Plasmons synthesized by both thermal evaporation and Radio Frequency (RF) magnetron sputtering system to tune and enhance optical absorption and scattering using the surface Plasmon resonance effect. The NPs were annealed at various temperatures and for different times to reconstruct and modify their shapes, sizes as well as the inter-particle distance (coverage). Stability is of paramount importance in organic semiconductor devices. Serious degradation in air constrains their applications potential. The study further investigates the mechanisms that determine the stability of organic photovoltaic devices. Our results depict the degradation mechanisms and their circumvention through the use of high mobility pentacene to improve stability.

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Han-WeiTsai and 蔡翰偉. "Investigation of Silicon-Carbide Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors Fabricated by the Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition System." Thesis, 2012. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/85289445759406452407.

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Lin, Jian-Gang, and 林艦港. "Investigation of Silicon–Germanium Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors by Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition Using Laser Assistance." Thesis, 2008. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/58021009956460785732.

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碩士
國立成功大學
微電子工程研究所碩博士班
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Silicon-germanium (SiGe) alloy is a popular material in applications of high speed devices and optoelectronic devices recently due to its tunable bandgap and compatibility with integrated circuits. However, the deposited SiGe films usually has to be deposited or annealed at high temperature for obtaining high performances. To avoid the undesirable treatment in high temperature, we used a new technique of laser-assisted plasma-enhanced chemical deposition system. Since CO2 laser can be used as an energized source to induce reactions gases of SiH4 and GeH4. SiGe based metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) were fabricated, in which the SiGe channel layer was deposited by using laser-assisted plasma-enhanced chemical vapor deposition (LAPECVD) system. The characteristics were compared with the device without laser assistance. It can be seen that under the same gate voltage 40 V, the source/drain current of the MOSFETs fabricated with laser-assisted SiGe channel is about 450 nA, which is 15 times larger than that of the MOSFETs with the SiGe channel deposited without laser assistance. The gm,max of the devices with laser-assisted SiGe channel is 23 nS, which is 15 times larger compared with the gm,max of 1.6 nS for the device without laser assistance. When the SiGe films were deposited with laser assistance, it shows that the deposited SiGe device channel layer with laser-assisted were quite assisting purpose.

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Ludemann, Michael. "In situ Raman-Spektroskopie an Metallphthalocyaninen: Von ultradünnen Schichten zum organischen Feldeffekttransistor." Doctoral thesis, 2014. https://monarch.qucosa.de/id/qucosa%3A20482.

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Abstract:

Im ersten Teil der Arbeit werden Signalverstärkungsmechanismen für Raman-Spektroskopie erschlossen und evaluiert. Die als geeignet bewerteten Methoden finden im zweiten Teil ihre Anwendung zur Untersuchung der vibronischen Eigenschaften von dünnen Manganphthalocyaninschichten, die anschließend mit Kalium interkaliert werden. Hierbei sind verschiedene Phasen identifizierbar, die ein ganzzahliges Verhältnis von Kaliumatomen zu Manganphthalocyaninmolekülen besitzen. Im dritten Teil werden die elektrischen Eigenschaften durch die Verwendung dieses Materialsystems als aktives Medium eines Feldeffekttransistors untersucht.:1. Einleitung 2. Theoretische Grundlagen der angewendeten Effekte 3. Experimentelle Details 4. Herstellung, Charakterisierung und Optimierung von Substraten für Raman-Oberflächenverstärkungseffekte 5. Untersuchung zu Verstärkungsmechanismen des Raman-Effekts an dünnen organischen Schichten 6. Interkalation mit Kalium in dünne Schichten aus Manganphthalocyanin 7. MnPc unter Spannungs- und Stromeinfluss - Der Feldeffekttransistor 8. Zusammenfassung Anhang Literatur Abbildungsverzeichnis Eidesstattliche Versicherung Lebenslauf Liste wissenschaftlicher Leistungen Danksagung

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Dissertations / Theses on the topic 'Semiconductors – Plasma effects'

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