30 research outputs found
Recommended from our members
On the electrical conductivity of alginate hydrogels
Hydrogels have been extensively used in the field of biomedical applications, offering customisable natural, synthetic or hybrid materials, particularly relevant in the field of tissue engineering. In the bioelectronics discipline hydrogels are promising mainly as sensing platforms with or without encapsulated cells, showing great potential in healthcare and medicine. However, to date there is little data in the literature which characterises the electrical properties of tissue engineering materials which are relevant to bioelectronics. In this work we present electrical characterization of alginate hydrogels, a natural polysaccharide, using a four-probe method similar to electrical impedance spectroscopy. The acquired conductance data show distinct frequency dependent features that change as a function of alginate and crosslinker concentration reflecting ion kinetics inside the measured sample. Furthermore, the presence of NIH 3T3 fibroblasts encapsulated in the hydrogels matrix was found to alter the artificial tissue’s electrical properties. The method used provides valuable insight to the frequency dependent electrical response of the resulting systems. It is hoped that the outcomes of this research will be of use in the development of cell/electronic interfaces, possibly towards diagnostic biosensors and therapeutic bioelectronics
Oriented polaritons in strongly-coupled asymmetric double quantum well microcavities
Replacing independent single quantum wells inside a strongly-coupled
semiconductor microcavity with double quantum wells produces a special type of
polariton. Using asymmetric double quantum wells in devices processed into
mesas allows the alignment of the electron levels to be voltage-tuned. At the
resonant electronic tunnelling condition, we demonstrate that `oriented
polaritons' are formed, which possess greatly enhanced dipole moments. Since
the polariton-polariton scattering rate depends on this dipole moment, such
devices could reach polariton lasing, condensation and optical nonlinearities
at much lower threshold powers.Comment: 3 figure
Long-term stability of transparent n/p ZnO homojunctions grown by rf-sputtering at room-temperature
ZnO-based n/p homojunctions were fabricated by sputtering from a single zinc nitride target at room temperature on metal or ITO-coated glass and Si substrates. A multi-target rf-sputtering system was used for the growth of all oxide films as multilayers in a single growth run without breaking the vacuum in the growth chamber. The nitrogen-containing films (less than 1.5 at.% of nitrogen) were n-type ZnO when deposited in oxygen-deficient Ar plasma (10% O2) and p-type ZnO when deposited in oxygen-rich Ar plasma (50% O2). The all-oxide homojunction ITO/n-ZnO/p-ZnO/ITO/glass was fabricated in a single deposition run and exhibited visible transparency in the range of 75–85%. The n/p ZnO homojunctions, having metallic contacts, formed on conventionally processed substrates showed a fairly unstable behavior concerning the current-voltage characteristics. However, the same homojunctions formed on Si3N4-patterned substrates and stored in atmosphere for a period of five months were stable exhibiting a turn-on voltage of around 1.5 V. The realization of a room temperature sputtered transparent and stable ZnO homojunction paves the way to the realization of all-oxide transparent optoelectronic devices
Study of semiconductor laser diodes with variable internal electric field
Tunable semiconductor laser diodes are of great technological interest to a variety of fields such as telecommunication and chemical analysis. Contemporary tunable laser diodes offer solutions that cover the necessary tunability range, as well as performance characteristics (such as tuning speed, single mode operation e.t.c.) at the expense of excessive complexity both in fabrication as well as in operation. In this thesis we explore a new concept that may lead to simple yet high performance tunable edge emitting laser diodes. For the first time we investigate the behavior of LD's operating with dynamically created electric fields in the active layer. This offers a series of unique characteristics ranging from reduced operating threshold all the way to ultra fast, broad range tunability utilizing the quantum confined Stark effect. In this class of devices, tunability is obtained by directly varying the gain current of the device. This thesis dealt with three main issues concerning tunable laser diodes. Initially, a thorough investigation of structure design and growth issues was performed leading to high quality semiconductor structure optimized for edge emitting laser diodes device fabrication. Besides a broad range of experimental methods necessary for semiconductor characterization, a set of theoretical tools were also developed to fully optimize these structures. Laser structure on polar as well as non polar orientations were investigated so as to understand and explore the effects of electric fields present in LD's. Subsequently the fabrication of edge emitting laser diodes was investigated and optimization of the process was carried out leading to state of the art devices. Finally, the knowledge gained from the initial parts of this thesis were combined with the novel idea of dynamic electric fields to provide tunable edge emitting laser diodes.Τunable semiconductor LD's were successfully demonstrated based on the concept of dynamic electric fields in the active region of these devices. A record high, low temperature, emission wavelength tuning reaching 20nm tuning at 980nm was demonstrated. For the first time room temperature tunability was achieved and a device exhibiting more than 5nm tuning range was demonstrated using the above mentioned technique. To conclude, the physical mechanism causing temperature degradation of the tuning characteristics was elucidated pointing the way to further improvement of the tuning characteristics of these devices.Τα λέιζερ με ρυθμιζόμενο μήκος κύματος εκπομπής παρουσιάζουν ιδιαίτερο τεχνολογικό ενδιαφέρον σε πληθώρα πεδίων όπως οι τηλεπικοινωνίες και η χημική ανάλυση. Τα σύγχρονα ημιαγωγικά λέιζερ ρυθμιζόμενου μήκους κύματος, προσφέρουν λύσεις που καλύπτουν τις απαιτούμενες ανάγκες σε ρύθμιση μήκους κύματος και ταχύτητας μεταβολής του μήκους κύματος αλλά έχουν ιδιαίτερα πολύπλοκη κατασκευή και λειτουργία. Σε αυτή την εργασία ερευνούμε μια νέα μέθοδο που μπορεί να οδηγήσει σε, απλά στην κατασκευή και λειτουργία, ημιαγωγικά λέιζερ με τα απαιτούμενα χαρακτηριστικά. Για πρώτη φορά μελετούμε την συμπεριφορά διοδικών λέιζερ που ενσωματώνουν μεταβλητά ηλεκτρικά πεδία στην ενεργό περιοχή. Αυτή η κατηγορία λέιζερ εκμεταλλεύεται το φαινόμενο Stark προκειμένου να μεταβάλει το μήκος κύματος εκπομπής μεταβάλλοντας το κυρίως ρεύμα άντλησης της διάταξης. Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκαν ημιαγωγικά λέιζερ σε τρείς βασικούς άξονες. Πρώτα πραγματοποιήθηκε μια διεξοδική μελέτη, τόσο θεωρητική όσο και πειραματική, για την βελτιστοποίηση της ημιαγωγικής δομής που χρησιμοποιείτε για κατασκευή συμβατικών διοδικών λέιζερ. Σαν αποτέλεσμα δομές κατάλληλες για κατασκευή ημιαγωγικών λέιζερ πλευρικής εκπομπής υψηλής ποιότητας κατασκευάστηκαν. Πληθώρα πειραματικών τεχνικών χαρακτηρισμού χρησιμοποιήθηκαν και μια σειρά αλγοριθμικών εργαλείων αναπτύχθηκαν προκειμένου να επιτευχθεί ή ζητούμενη βελτιστοποίηση. Δομές λέιζερ αναπτύχθηκαν σε πιεζοηλεκτρικούς (111)Β καθώς και μη-πιεζοηλεκτρικούς (100) κρυσταλλικούς προσανατολισμούς βασισμένες στο ημιαγωγικό υπόστρωμα Αρσενικούχου Γαλλίου, με σκοπό την μελέτη της επιρροής του ηλεκτρικού πεδίου στην λειτουργία των λέιζερ πλευρικής εκπομπής. Στην συνέχεια, η κατασκευή και επεξεργασία του υλικού για να δημιουργηθούν λέιζερ πλευρικής εκπομπής μελετήθηκε επιτυγχάνοντας μέθοδο κατασκευής με επαναλήψιμα αποτελέσματα και διατάξεις με χαρακτηριστικά εφάμιλλα με τα καλύτερα που έχουν αναφερθεί στην βιβλιογραφία. Η τεχνογνωσία που αποκτήθηκε κατά τα πρώτα μέρη της διατριβής χρησιμοποιήθηκε στην συνέχεια για να κατασκευαστούν λέιζερ βασισμένα στην νέα μέθοδο ρύθμισης του μήκους κύματος. Η μελέτη ολοκληρώθηκε με την ανάπτυξη λογισμικού που προσομοιώνει την συμπεριφορά των ημιαγωγικών δομών που μελετήθηκαν. Συνοψίζοντας, στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, επιδείχθηκαν με επιτυχία λέιζερ με ρυθμιζόμενο μήκος κύματος εκπομπής βασισμένα στην νέα μέθοδο που προτάθηκε. Ρύθμιση μέχρι και 20nm για λέιζερ που λειτουργούν στην περιοχή των 980nm επιτεύχθηκε σε χαμηλή θερμοκρασία ενώ για πρώτη φορά επιδείχθηκε ρύθμιση μήκους κύματος σε θερμοκρασία δωματίου η οποία μάλιστα ήταν μεγαλύτερη από 5nm. Συνολικά ο φυσικός μηχανισμός που ευθύνεται για την μείωση της ικανότητας ρύθμισης μήκους κύματος αναγνωρίστηκε φωτίζοντας έτσι το δρόμο για περαιτέρω βελτίωση της συμπεριφοράς των συγκεκριμένων διατάξεων
Κατασκευή Ολοκληρωμένων Οπτοηλεκτρικών Αρσενικούχου Γαλλίου πάνω σε δισκία πυριτίου
Η παρούσα εργασία μελετά την ανάπτυξη μιας πιθανής λύσης που δεν απαιτεί υβριδικές κατασκευές, δηλαδή, την συναρμολόγηση πολλών επιμέρους ψηφιδίων με ολοκληρωμένα κυκλώματα διαφορετικής τεχνολογίας το καθένα μέσα σε ένα chip.Αντίθετα, η δημιουργία μονολιθικά ολοκληρωμένων οπτοηλεκτρικών διατάξεων που αποτελούνται από πολλά ετερογενή υλικά ολοκληρωμένα σε κλίμακα δισκίου είναι η βασική ιδέα της μεθόδου που εξετάζεται σε αυτή την εργασία. Δεδομένου οτι η διάδοση του φωτός δεν πάσχει από προβλήματα καθυστέρησης και απωλειών λόγω χωρητικότητας, θα μπορούσε κανείς να φανταστεί ένα ολοκληρωμένο στο οποίο βασικά σήματα μεταφέρονται από/προς ή μέσα σε αυτό με οπτικά σήματα και όχι με ηλεκτρικά. Τα συμβατικά ολοκληρωμένα σήμερα βασίζονται στο Πυρίτιο (Si) και συγκεκριμένα στην τεχνολογία CMOS. Το πυρίτιο όμως είναι από τη φύση του ανίκανο να παράγει οπτικά σήματα. Αντίθετα άλλα υλικά όπως το Αρσενικούχο Γάλλιο (GaAs)είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για την παραγωγή φωτός. Επειδή όμως τα υλικά αυτά έχουν αρκετά διαφορετικά φυσικά χαρακτηριστικά, δεν γίνεται κανείς να ενσωματώσει το ένα στο άλλο με μεθόδους επιταξίας. Απόπειρες προς αυτή την κατεύθυνση έγιναν την προηγούμενη δεκαετία και απέδειξαν τις περιορισμένες δυνατότητες ενός τέτοιου πονήματος. Η λύση που ερευνήθηκε στην παρούσα εργασία αφορά την ενσωμάτωση του ενός υλικού με το άλλο , όσο ακόμη τα ολοκληρωμένα βρίσκονται σε μορφή δισκίου. Συγκεκριμένα, μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής των κυκλωμάτων στο Πυρίτιο, ένα στρώμα Αρσενικούχου Γαλλίου επικολλάται στην επιφάνεια με χρήση συγκολλητικού υλικού που λέγεται Spin On Glass (υαλώδες υλικό σε υγρή μορφή). Κατόπιν, το Αρσενικούχο Γάλλιο επεξεργάζεται δημιουργώντας οπτοηλεκτρονικές διατάξεις που συνδέονται με τα υποκείμενα κυκλώματα Πυριτίου και οι οποίες αναλαμβάνουν την οπτική λειτουργία. Δισκία κατασκευασμένα με την παραπάνω τεχνική μπορούν να επεξεργαστούν χωρίς να καταστραφούν τα κυκλώματα του πυριτίου γιατί οι θερμοκρασίες επεξεργασίας του Αρσενικούχου Γαλλίου - κατά την κατασκευή διατάξεων - είναι πολύ μικρότερες από αυτές του Πυριτίου. Για να δειχθεί η δυνατότητα μιας τέτοιας εφαρμογής κατασκευάστηκε ένα πρότυπο οπτικό κανάλι επικοινωνίας αποτελούμενο από ένα λέιζερ ημιαγωγού, ένα κυματοδηγό και μια φωτοδίοδο, διασυνδεδεμένα κατάλληλα μεταξύ τους και με το υποκείμενο κύκλωμα πυριτίου. Παρουσιάζεται στην εργασία η μέθοδος κατασκευής τόσο του ετερογενούς υλικού όσο και των διατάξεων GaAs που αποτελούν το οπτικό μέρος του καναλιού (΄λέιζερ, κυματοδηγός και φωτοδίοδος). Γίνεται επίσης χαρακτηρισμός της απόδοσης τους. Τέλος γίνεται μια σύντομη αναφορά στις προοπτικές και τις δυνατότητες που δίνει η προσέγγιση αυτή