Φασματοσκοπική Μελέτη Νανοδομών Με Εφαρμογές Στην Οπτο- Και Μικροηλεκτρονική

Abstract

Το αντικείμενο της συγκεκριμένης διατριβής επικεντρώνεται στη μελέτη των δομικών, ηλεκτρονικών, μηχανικών και δονητικών ιδιοτήτων νανοδομών νιτριδίων της στήλης ΙΙΙ του περιοδικού πίνακα, μονοστρωματικού και διστρωματικού γραφενίου σε διαφορετικά υποστρώματα με τη χρήση διαφόρων συμπληρωματικών πειραματικών τεχνικών και κατά κύριο λόγο με τις τεχνικές οπτικής φασματοσκοπίας Raman, φωτοφωταύγειας και απορρόφησης τόσο σε κανονικές συνθήκες όσο και υπό την επίδραση υψηλών υδροστατικών πιέσεων. Ειδικότερα, με τη γωνιακή εξάρτηση του φάσματος Raman μη πολικών και ημιπολικών υμενίων InN κατέστη δυνατή η διερεύνηση της μικροκρυσταλλικής τους δομής και η επίδραση της κατεργασίας του υποστρώματος καθώς και η εκτίμηση της παραμένουσας παραμόρφωσης μετά την ανάπτυξη των υμενίων. H μελέτη νανοκρυστάλλων GaN, οι οποίοι σχηματίστηκαν με εμφύτευση ιόντων Ga και N σε υποστρώματα SiO2/Si, με φασματοσκοπία RBS, EXAFS και Raman κατέδειξε το σημαντικό ρόλο των συνθηκών ανάπτυξης και κατεργασίας τους και οδήγησε στη βελτιστοποίησή τους. Επίσης μελετήθηκαν με τεχνικές οπτικής φασματοσκοπίας πολικά υμένια τριαδικών κραμάτων InxGa1-xN και InxAl1-xN τόσο σε κανονικές συνθήκες όσο και υπό υψηλή υδροστατική πίεση. Μεταξύ άλλων (επίδραση της κραματοποίησης στις δονητικές ιδιότητες και το ενεργειακό χάσμα, κρυσταλλική ποιότητα και παραμένουσα παραμόρφωση των υμενίων), η μελέτη επέτρεψε την κατασκευή ενός διαγράμματος συσχέτισης της συχνότητας της φωνονικής κορυφής Ε2(high) και της ενεργειακής θέσης της κορυφής φωτοφωταύγειας. Το διάγραμμα αυτό επιτρέπει την ταχεία και μη καταστρεπτική εκτίμηση της παραμένουσας τάσης και της σύστασης υμενίων InxGa1-xN αποκλειστικά με τεχνικές οπτικής φασματοσκοπίας. Επιπλέον η μελέτη με φασματοσκοπία Raman κατέδειξε την επίδραση του υποστρώματος, των διαλυτών και της ισχύος του laser διέγερσης στις δονητικές και στις ηλεκτρονικές ιδιότητες του μονοστρωματικού γραφενίου και επέτρεψε σε κάθε περίπτωση την εκτίμηση της τοπικής τάσης και της συγκέντρωσης των φορέων του. Η μελέτη με AFM, φασματοσκοπία Raman και XPS της εμφύτευσης ιόντων αζώτου σε μονο- και διστρωματικό γραφένιο έδειξε τη δυνατότητα αντικατάστασης ατόμων άνθρακα από άζωτο, το σχηματισμό ατελειών και τις σταδιακές αλλαγές στη δομή του γραφενίου που αυτές επάγουν, με το διστρωματικό γραφένιο να εμφανίζεται ανθεκτικότερο από το μονοστρωματικό στην εμφύτευση των ιόντων. Τέλος, η μελέτη με φασματοσκοπία Raman της επίδρασης υψηλής υδροστατικής πίεσης στο γραφένιο επέτρεψε την αποσαφήνιση των αλληλεπιδράσεων του γραφενίου με το υπόστρωμά του και με το μέσο μετάδοσης της πίεσης καθώς και των στρωμάτων γραφενίου μεταξύ τους και πως αυτές μεταβάλλονται με την πίεση και καθορίζουν τη συνολική απόκριση του συστήματος.