3D mreže germanijevih kvantnih struktura i nanošupljina u Al2O3 matrici

doctoral thesis

• Title: 3D mreže germanijevih kvantnih struktura i nanošupljina u Al2O3 matrici : svojstva i primjene
• Title (english): 3D networks of germanium quantum dots and nanovoids in alumina matrix : structural properties and applications
• Author: Marija Tkalčević
• Mentor: Maja Mičetić (mentor)
• Mentor: Stanislav Kurajica (mentor)
• Committee member: Jelena Macan (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Vilko Mandić (član povjerenstva)
• Committee member: Krešimir Salamon (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Chemical Engineering and Technology; Zagreb
• Defense date and country: 2022-09-06, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Chemical Engineering; Chemical Engineering in Material Development
• Universal decimal classification (UDC): 66 - Chemical technology. Chemical and related industries

Abstract

Metodom magnetronskog rasprašenja dobiveni su tanki filmovi koji sadrže 3D mreže uređenih germanijevih kvantnih točaka, kvantnih žica i nanošupljina u Al2O3 matrici. Za analizu pripremljenih tankih filmova korištene su metode raspršenja rendgenskih zraka pri malom kutu uz mali upadni kut (GISAXS), transmisijska elektronska mikroskopija, rendgenska fotoelektronska spektroskopija itd. Provedeno je detaljno istraživanje kako promjena uvjeta depozicije utječe na proces samouređenja. Dodatak dušika u radni plin prilikom depozicije može smanjiti oksidaciju germanija u uzorcima tako što se stabilizira međupovršina Ge/GeO2. Pokazalo se da porast koncentracije dušika povećava vjerojatnost generacije višestrukih ekscitona čime bi se mogla povećati efikasnost fotonaponskih ćelija. Svojstva nanostrukturiranih tankih filmova s germanijevim nanostrukturama optimirana su primarno za upotrebu u fotonaponskim ćelijama, ali ovakvi tanki filmovi primjenjivi su i za druge optoelektrične uređaje kao što su fotodetektori. Iz uzoraka koji su pripremljeni kao germanijeve kvantne žice u Al2O3 matrici može se dobiti, uz specifične uvjete grijanja, uređena mreža nanošupljina, kao posljedica izlaska germanija iz Al2O3 matrice. Radijus pora ovako dobivenih membrana je između 0,5 nm i 2 nm. Ovakvi tanki filmovi uspješno su pripremljeni na različitim podlogama, uključujući i standardne membrane. Kontroliranom depozicijom ovakvih tankih filmova moguće je reducirati veličinu pora do željenog radijusa ovisno o željenoj namjeni.

Abstract (english)

Magnetron sputtering deposition was used for the fabrication of 3D ordered networks of germanium quantum dots, quantum wires, and nanopores in the alumina matrix. Some methods used for the characterization of thin films are grazing incidence small-angle X-ray scattering (GISAXS), transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, etc. It was investigated how deposition conditions can affect the self-assembly process. The addition of nitrogen to working gas could potentially be used to stabilize the Ge/GeO2 interface and therefore reduce the germanium oxidation in the alumina matrix. Furthermore, nitrogen addition has dramatically increased the probability of multiple exciton generation in thin films containing germanium quantum dots and germanium quantum wires. These thin films containing germanium nanostructures could be used for photovoltaic applications or similar devices such as photodetectors. For specific annealing conditions, germanium evaporates from the sample with Ge quantum wires leaving 3D ordered network of nanovoids in an alumina matrix. The pore radius in these nanovoids is between 0,5 nm and 2 nm. These thin films can be fabricated on different substrates, including porous ones. This method allows for a reduction in pore size depending on desired applications.

• Keywords: fotonaponske ćelije; germanijeve kvantne točke; kvantno zatočenje; GISAXS; samouređenje; tanki filmovi
• Keywords (english): photovoltaic cells; germanium quantum dots; quantum confinement; GISAXS; self-assembly; thin film
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:487711
• Promotion: 2022
• Study programme: Title: Chemical Engineering and Applied Chemistry - Doctoral course; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti, polje kemijsko inženjerstvo (doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti, polje kemijsko inženjerstvo)
• Type of resource: Text
• Extent: 115 str. ; 30 cm
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2022-10-26 13:01:49