Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός νανοδομημένων υμενίων με βάση τα οξείδια των μετάλλων

Abstract

In this thesis, a study was made to deposit thin semiconducting films, via the sputtering technique and in some cases with the help of annealing. The aim was to study structural, optical and quantum confinement properties as thickness of these films was reduced to sub-nanometer limit. UV-VIS spectroscopy measurements enabled us to determine the optical energy gaps of the materials. An important goal was also to compare experimental and theoretical effects through the PMM method which uses Hartree-Fock approach calculations as applied to an electron-hole system in the context of effective mass approach. The systems studied were ZnO, TiO2, Co2O3 and MoO3. It should also be noticed that preliminary experiments were dealt with NiO, in order to test the generality of the methodology to be followed. A custom-made vacuum chamber was developed from scratch for the needs of film growth. This thesis also features a detailed presentation of the results of various experimental techniques such as: UV /VIS absorption diagrams, cocometry diagrams and images of scanning AFM scan radius refraction X (X-Ray Diffraction) and X-Ray Reflective Reflection were also made by PL Photoluminescence Spectroscopy and their conclusions respectively. An attempt was also made to apply ZnO as a photocatalytic material with encouraging results.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, έγινε προσπάθεια επιτυχούς ανάπτυξης και μελέτης υπερ-λεπτών ημιαγωγικών υμενίων. Η ανάπτυξη πραγματοποιήθηκε μέσω της τεχνικής της ιοντοβολής και σε συνδυασμό με τη μέθοδο ανόπτησης κατά περίσταση. Στόχος ήταν η μελέτη της δομής, οπτικών ιδιοτήτων και κβαντικών περιορισμών καθώς τα πάχη των υμενίων αυτών μειώνονταν (πάχη έως και < 1 nm). Η εύρεση των ενεργειακών χασμάτων γινόταν μέσω της τεχνικής της φασματοσκοπίας Uv-Vis. και επεξεργασίας των αποτελεσμάτων. Σημαντικός στόχος επίσης ήταν η σύγκριση των πειραματικών και θεωρητικών αποτελεσμάτων μέσω της μεθόδου PMM η οποία χρησιμοποιεί υπολογισμούς με βάση την προσέγγιση Hartree Fock όπως εφαρμόζεται σε ένα σύστημα οπών ηλεκτρονίων, στο πλαίσιο της αποτελεσματικής μαζικής προσέγγισης. Τα συστήματα που μελετήθηκαν είναι υμένια ZnO, TiO2, Co2O3 και MoO3. Επίσης, να σημειωθεί ότι έλαβαν χώρα προκαταρκτικά πειράματα με χρήση NiO, όπου και αποδεικνύεται η γενικότητα της μεθοδολογίας, που ακολουθείται. Έγινε επίσης ανάπτυξη θαλάμου κενού για τη μέθοδο της ιοντοβολής, και παράλληλα εξοικείωση γύρω από την τεχνολογία υπερύψηλου κενού.Στη συγκεκριμένη διατριβή γίνεται ακόμη αναλυτική παρουσίαση των αποτελεσμάτων από διάφορες πειραματικές τεχνικές όπως: διαγράμματα απορρόφησης UV /VIS, διαγράμματα κοκκoμετρίας και εικόνες από μικροσκοπία σάρωσης ακίδος AFM, εικόνες ηλεκτρονικής μικροσκοπίας (SEM-Scanning Electron Microscopy) και διαγράμματα ενεργειακής φασματοσκοπία ακτινών Χ ΕDS, διαγράμματα διάθλασης ακτινών Χ (XRD X–Ray Diffraction) και ανακλαστικότητας ακτινών Χ (ΧRR Χ-Ray Reflectivity) ακόμη έγιναν μετρήσεις φωτοφωταύγειας (PL Photoluminescence Spectroscopy) παραθέτοντας και τα συμπεράσματά τους αντίστοιχα. Επίσης, έγινε και προσπάθεια εφαρμογής του ΖnΟ ως φωτοκαταλυτικό υλικό με ενθαρρυντικά αποτελέσματα.