Synthesis and characterisation of amorphous semiconductors

Amorphous materials have attracted a lot of attention in the last decades. Their unique structure and properties as well as their application in devices are the two most significant reasons for all the research evolved around these materials. The “imperfections” of these materials are what makes the...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Μπενέκου, Βασιλική
Άλλοι συγγραφείς: Βουρόπουλος, Νικόλαος
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2020
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/13965
id nemertes-10889-13965
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Amorphous semiconductors
Chalcogenide glasses
Photocrystallization
Photoamorphization
Raman spectroscopy
Orpiment
Άμορφοι ημιαγωγοί
Χαλκογονούχες ύαλοι
Φωτοκρυστάλλωση
Φωτοαμορφοποίηση
Φασματοσκοπία Raman
Orpiment
spellingShingle Amorphous semiconductors
Chalcogenide glasses
Photocrystallization
Photoamorphization
Raman spectroscopy
Orpiment
Άμορφοι ημιαγωγοί
Χαλκογονούχες ύαλοι
Φωτοκρυστάλλωση
Φωτοαμορφοποίηση
Φασματοσκοπία Raman
Orpiment
Μπενέκου, Βασιλική
Synthesis and characterisation of amorphous semiconductors
description Amorphous materials have attracted a lot of attention in the last decades. Their unique structure and properties as well as their application in devices are the two most significant reasons for all the research evolved around these materials. The “imperfections” of these materials are what makes them perfect. A lot of amorphous materials can be synthesized easily with low cost methods and they can be either produced in a bulk form or thin films and even fibers. Among these amorphous materials, chalcogenide glasses have been distinguished due to their unique structure and their ability to exhibit intrinsic photoinduced phenomena. The relatively high ratio of “free volume”, the possession of non-bonding orbitals along with their non-equilibrium nature are some of the reasons making these materials the perfect candidates for exhibiting unique photo-induced effects. These effects are used in a variety of applications such as the optical data storage, but more importantly they have intrigued the scientists because of the peculiar nature of some photo-induced phenomena. Photoamorphization is a very interesting and unique phenomenon which is not often observed. Though the discovery of this effect goes back to 1995, photoamorphization remains one of the least understood physical phenomena. The purpose of this thesis is to study several amorphous semiconductors with the use of Raman spectroscopy and other characterization techniques in order to further understand the structure of these unique materials and better explain some of the intriguing photoinduced phenomena exhibited by some of these systems. The use of Raman spectroscopy is very significant since most of the time it is used not only to record the structural changes of the materials but also to induce them in the first place (in-situ process). A unique three stage mechanism of an amorphous-crystal-amorphous phase transition is presented and studied in detail in order to explain the nature of these photo-induced structural changes. SEM images confirm the crystal growth upon photocrystallization. The kinetics of these phenomena are also studied in order to provide us with insight information concerning these phase changes. Another important aspect of this thesis is the effort to further explain photoamorphization of crystalline Orpiment. The nature of this effect still remains unclear and this study aims to help scientist better understand this phenomenon and prove its existence in the case of orpiment.
author2 Βουρόπουλος, Νικόλαος
author_facet Βουρόπουλος, Νικόλαος
Μπενέκου, Βασιλική
format Thesis
author Μπενέκου, Βασιλική
author_sort Μπενέκου, Βασιλική
title Synthesis and characterisation of amorphous semiconductors
title_short Synthesis and characterisation of amorphous semiconductors
title_full Synthesis and characterisation of amorphous semiconductors
title_fullStr Synthesis and characterisation of amorphous semiconductors
title_full_unstemmed Synthesis and characterisation of amorphous semiconductors
title_sort synthesis and characterisation of amorphous semiconductors
publishDate 2020
url http://hdl.handle.net/10889/13965
work_keys_str_mv AT mpenekoubasilikē synthesisandcharacterisationofamorphoussemiconductors
AT mpenekoubasilikē synthesēkaicharaktērismosamorphōnēmiagōgōn
_version_ 1771297188399284224
spelling nemertes-10889-139652022-09-05T09:40:09Z Synthesis and characterisation of amorphous semiconductors Σύνθεση και χαρακτηρισμός άμορφων ημιαγωγών Μπενέκου, Βασιλική Βουρόπουλος, Νικόλαος Γιαννόπουλος, Σπυρίδων Μπασκουτάς, Σωτήριος Benekou, Vasiliki Amorphous semiconductors Chalcogenide glasses Photocrystallization Photoamorphization Raman spectroscopy Orpiment Άμορφοι ημιαγωγοί Χαλκογονούχες ύαλοι Φωτοκρυστάλλωση Φωτοαμορφοποίηση Φασματοσκοπία Raman Orpiment Amorphous materials have attracted a lot of attention in the last decades. Their unique structure and properties as well as their application in devices are the two most significant reasons for all the research evolved around these materials. The “imperfections” of these materials are what makes them perfect. A lot of amorphous materials can be synthesized easily with low cost methods and they can be either produced in a bulk form or thin films and even fibers. Among these amorphous materials, chalcogenide glasses have been distinguished due to their unique structure and their ability to exhibit intrinsic photoinduced phenomena. The relatively high ratio of “free volume”, the possession of non-bonding orbitals along with their non-equilibrium nature are some of the reasons making these materials the perfect candidates for exhibiting unique photo-induced effects. These effects are used in a variety of applications such as the optical data storage, but more importantly they have intrigued the scientists because of the peculiar nature of some photo-induced phenomena. Photoamorphization is a very interesting and unique phenomenon which is not often observed. Though the discovery of this effect goes back to 1995, photoamorphization remains one of the least understood physical phenomena. The purpose of this thesis is to study several amorphous semiconductors with the use of Raman spectroscopy and other characterization techniques in order to further understand the structure of these unique materials and better explain some of the intriguing photoinduced phenomena exhibited by some of these systems. The use of Raman spectroscopy is very significant since most of the time it is used not only to record the structural changes of the materials but also to induce them in the first place (in-situ process). A unique three stage mechanism of an amorphous-crystal-amorphous phase transition is presented and studied in detail in order to explain the nature of these photo-induced structural changes. SEM images confirm the crystal growth upon photocrystallization. The kinetics of these phenomena are also studied in order to provide us with insight information concerning these phase changes. Another important aspect of this thesis is the effort to further explain photoamorphization of crystalline Orpiment. The nature of this effect still remains unclear and this study aims to help scientist better understand this phenomenon and prove its existence in the case of orpiment. Τα άμορφα υλικά έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον πολλών επιστημόνων τις τελευταίες δεκαετίες. Η μοναδική τους δομή και οι ιδιοτητές τους μαζί με την εφαρμογή τους σε πολλές συσκευές, είναι οι πιο σημαντικοί λόγοι που τόση έρευνα έχει διεξαχθεί γύρω από αυτά τα υλικά. Οι ατέλεις αυτών των υλικών είναι που τα κάνουν να είναι τέλεια. Πολλά από αυτά τα άμορφα υλικά μπορούν έυκολα να παρασκευαστούν μέσω οικονομικών μεθόδων και μπορούν να παραχθούν είτε σε bulk μορφή ή λεπτά φιλμς, ακόμη και ως ίνες. Ανάμεσα σε αυτά τα υλικά, οι χαλκογονούχες ύαλοι έχουν ξεχωρίσει ιδιαίτερα λόγω της μοναδικής τους δομής και της ικανότητάς τους να εμφανίζουν ενδιαφέροντα φωτοεπαγώμενα φαινόμενα. Το υψηλό ποσοστό «ελεύθερου όγκου», η ύπαρξη μονήρη ηλεκτρονίων και η φύση τους που απέχει από την ισορροπία είναι κάποιοι από τους λόγους που καθιστούν αυτά τα υλικά ιδανικούς υποψήφιους για να παρουσιάσουν τα εν λόγω φωτοεπαγώμενα φαινόενα. Αυτά τα φαινόμενα χρησιμοποιούνται σε ένα μεγάλο αριθμό εφαρμογών, όπως είναι η οπτική αποθήκευση δεδομένων, αλλά πιο σημαντικό είναι το γεγονός ότι έχουν τραβήξει το ενδιαφέρον των επιστημόνων λόγω της ιδιαίτερης φύσης κάποιων από αυτά τα φαινόμενα. Η φωτοαμορφοποίηση είναι ένα πολύ ενδιαφέρον φαινόμενο το οποίο δεν παρατηρείται συχνά. Παρόλο που η ανακάλυψη του έγινε το 1995, παραμένει ένα από τα πιο δυσνόητα φυσικά φαινόμενα. Σκόπος αυτής της εργασίας είναι η μελέτη διάφορων άμορφων ημιαγωγών με την χρήση της Φασματοσκοπίας Raman αλλά και άλλων τεχνικών χαρακτηρισμού με σκοπό να γίνει κατανοητή καλύτερα η δομή αυτών των μοναδικών υλικών και να εξηγηθούν περεταίρω κάποια από αυτά τα ξεχωριστά φωτοεπαγώμενα φαινόμενα. Η χρήση της φασματοσκοπίας Raman στην παρούσα εργασία είναι ύψιστης σημασίας αφού έχει χρησιμοποιηθεί όψι μόνο για να καταγράψει τις όποιες δομικές αλλαγές αλλά και στις περισσότερες περιπτώσεις για να τις δημιουργήσει. Ένας μοναδικός μηχανισμός τριών σταδίων μιας άμορφης-κρυσταλλικής-άμορφης μετάβασης φάσης παραρουσιάζεται και μελετάται λεπτομερώς ώστε να προσφέρει επιπρόσθετες πληροφορίες για την εξήγηση της φύσης αυτών των δομικών αλλαγών. Εικόνες SEM επιβεβαιώνουν την δημιουργία κρυστάλλου κατά την φωτοκρυστάλλωση ο οποίος παραμένει και κατά την επιστροφή του υλικού στην αρχική του κατάσταση. Οι κινητικές των φαινομένων μελετώνται επίσης με σκοπό να επιφέρουν πληροφορίες σχετικά με αυτές τις αλλαγές φάσης. Ένα άλλο εξίσου σημαντικό κομμάτι αυτής της εργασίας είναι η προσπάθεια της επεξήγης του φαινομένου της φωτοαμορφοποίησης του κρυσταλλικου As2S3 (orpiment). Η φύση αυτού του φαινομένου παραμένει ασαφής και αυτή η μελέτη έχει ως στόχο να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα αυτό το σπάνιο φαινόμενο αλλά και να αποδειχθεί η σημαντική ύπαρξη του στην περίπτωση του orpiment. 2020-10-08T10:37:21Z 2020-10-08T10:37:21Z 2019-10-30 Thesis http://hdl.handle.net/10889/13965 en 12 application/pdf