Non-metal Alkylsilyl Compounds as Precursors in Atomic Layer Deposition of Chalcogenides and Pnictides

Materials are crucial to the technological advances of society. The never ending need for data storage and new energy sources pushes research towards clear goals. Perhaps some of today's solutions can in the future be replaced or augmented with phase change memories and thermoelectric materials. Phase change materials store data in their amorphous and crystalline phases that have great differences in their electrical and optical properties. Thermoelectric materials can utilize waste heat and produce electricity from temperature differences. They can also be utilized in temperature control as they can be used to create a temperature difference by using electricity. Shrinking device sizes and increasing device complexity require that deposition methods such as atomic layer deposition (ALD) are used. ALD is based on sequential, saturative surface reactions. Precursors are brought to the surface one at a time, separated by purges. Because of the saturative reactions, each ALD cycle deposits a constant amount of material up to a monolayer, making film thickness control very simple. ALD of chalcogenides has focused mainly on sulfides, and the chemistries for selenide and telluride depositions have been limited. Pnictides have a similar situation. The ALD chemistries for arsenides include only a few combinations of precursors, and antimonides are barely demonstrated. This is why a new group of precursors was needed. The alkylsilyl non-metal precursors react very efficiently with metal halides in a dehalosilylation reaction. These types of reactions have now been utilized in both chalcogenide and pnictide thin film growth. In this thesis, several chalcogenide and pnictide ALD processes were studied in detail by utilizing the appropriate alkylsilyl non-metal precursors. In general, typical ALD characteristics were found. Growth rates saturated with respect to precursor pulse lengths; film thicknesses increased linearly with the number of deposition cycles; and the films were stoichiometric with low impurity contents. Application wise, the ALD chalcogenide and pnictide films had the required properties. The phase of the phase change materials could be repeatably and quickly changed, and the thermoelectric films showed a proper response to a temperature gradient.Materiaalit ovat välttämättömiä yhteiskunnan teknologiselle edistykselle. Loppumaton tarve tiedon säilytykselle ja uudet energianlähteet antavat tutkimukselle selkeät tavoitteet. Osa nykyisistä ratkaisuista voidaan tulevaisuudessa korvata tai täydentää esimerkiksi faasimuutosmuisteilla tai termosähköisillä materiaaleilla. Faasimuutosmateriaalit säilyttävät tietoa järjestäytyneessä ja epäjärjestyneessä muodossaan, joiden optisissa ja sähköisissä ominaisuuksissa olevat suuret erot mahdollistavat informaation tallentamisen. Termosähköiset materiaalit taas voivat hyödyntää hukkalämpöä sähköntuotantoon. Vastaavasti niitä voidaan sähkön avulla käyttää lämpötilojen säätelemiseen. Sekä faasimuutos- että termosähköiset materiaalit ovat pääasiassa kalkogenideja ja pniktidejä, eli jaksollisen järjestelmän typpi- ja happiryhmien alkuaineiden muodostamia yhdisteitä. Laitteiden ja komponenttien pienentyessä ja niiden rakenteiden monimutkaistuessa materiaalien tekemiseen tarvitaan erikoistuneita menetelmiä, kuten ohutkalvojen tekoon tarkoitettu atomikerroskasvatus (ALD). ALD perustuu peräkkäisiin, saturoituviin pintareaktoihin. Lähtöaineet tuodaan kasvualustalle kaasumuodossa toisistaan erotettuna ja vuorotellen. Kasvualustan pinnalla tapahtuvien hallittujen kemiallisten reaktioiden jälkeen sivutuotteet ja ylimääräiset lähtöainemolekyylit poistetaan huuhtelupulsseilla. Näitä ALD-syklejä toistamalla alustan pinnanmuotoja tarkasti seuraavien ohutkalvojen paksuutta on helppo hallita Kalkogenidien ALD-tutkimuksessa selenidit ja telluridit ovat jääneet pienelle huomiolle. Pniktideistä esimerkiksi antimonidit on hädin tuskin mainittu tutkimuskirjallisuudessa, ja arsenidien kemiakin on hyvin rajallista. Tähän tutkimukselliseen tyhjiöön olemme pyrkineet vastaamaan uudenlaisella ALD-kemialla, käyttämällä lähtöaineina epämetallien alkyylisilyyliyhdisteitä. Ne reagoivat tehokkaasti metallihalidien kanssa, jolloin muodostuva ohutkalvo on haluttua metallikalkogenidia tai pniktidiä. Tässä työssä tutkittiin useiden kalkogenidien ja pniktidien ALD-prosesseja käyttämällä erilaisia alkyylisilyyliyhdisteitä. Yleisesti ottaen kaikki prosessit osoittivat ALD:lle tyypillistä käyttäytymistä. Lisäksi kasvatetuilla ohutkalvoilla oli sovelluskäyttöön tarvittavat ominaisuudet. Faasimuutosmateriaalien faasia voitiin muuttaa toistettavasti ja nopeasti, ja termosähköiset materiaalit synnyttivät jännitteen lämpötilaerolle altistuttuaan. Näin ollen ALD:tä voidaan pitää erinaomaisena tapana kasvattaa kalkogenidi- ja pniktidiohutkalvoja

Transaktsioonikulude suurust mõjutavad tegurid poliitika elluviimisel hoonete energiatõhususpoliitika näitel Euroopa Liidus

Töö eesmärgiks on analüüsida Euroopa Liidu energiatõhususpoliitika elluviimise tegureid, mis võivad mõjutada poliitika transaktsioonikulude suurust ja seetõttu olla takistuseks energiatõhususalaste eesmärkide saavutamisel. Teema on aktuaalne, kuna energiatõhususpoliitika on seotud nii kliimakaitse, energiajulgeoleku kui ka uute tehnoloogiate arendamisega. Uurimistöö alustab transaktsioonikulude teooria lähtekohtade ja energiatõhususpoliitika ees seisvate barjääride käsitlemisega ning analüüsib seejärel poliitika transaktsioonikulude suurust mõjutavate tegurite esinemist hoonete energiatõhususpoliitika elluviimisel Euroopa Liidu liikmesriikide näitel. Analüüsis kasutatakse Euroopa Liidu liikmesriikide energiatõhususe tegevuskavasid, elamuvaldkonna statistikat ning energiatõhususvaldkonna ekspertide hinnanguid. Analüüsi tulemusel ilmnevad hoonete energiatõhususpoliitika transaktsioonikulusid mõjutavate olulisemate teguritena omandiline killustatus ehk suur hoonete omanike osakaal enamike Euroopa Liidu liikmesriikide elanikkonnas, riikide erinev võimekus poliitika sihtrühma transaktsioonikulusid vähendada, energiatõhususpoliitika objektide spetsiifilisus, poliitika elluviimisega seotud ebakindlus ning valdkonna asutuste nõrk koostöö energiatõhususe eesmärkide nimel. Sellest lähtuvalt tehakse töös ettepanekud hoonete energiatõhususpoliitika edasiseks planeerimiseks Euroopa Liidus, mille hulka kuuluvad vajadus arvestada senisest enam poliitika erinevate sihtrühmadega, pöörata tähelepanu teavitus- ja koolitustegevustele, kujundada pikaajalisi strateegiaid ning võtta poliitika planeerimisel arvesse valdkonna polütsentrilisust. Energiatõhususpoliitika transaktsioonikulude valdkond omab suurt potentsiaali edasiseks uurimiseks, kuna energiatõhususe saavutamine on Euroopa Liidu strateegiline eesmärk, millega seonduvat ei ole veel ulatuslikult käsitletud. Lisaks poliitika analüüsi vaatenurgale väärib edasist analüüsi ka praktiline külg, et aidata poliitika asjaosalistel transaktsioonikulusid ära tunda ja vähendada.http://www.ester.ee/record=b4412534~S58*es

Long-range concealed object detection through active covert illumination

© 2015 SPIE. When capturing a scene for surveillance, the addition of rich 3D data can dramatically improve the accuracy of object detection or face recognition. Traditional 3D techniques, such as geometric stereo, only provide a coarse grained reconstruction of the scene and are ill-suited to fine analysis. Photometric stereo is a well established technique providing dense, high-resolution, reconstructions, using active artificial illumination of an object from multiple directions to gather surface information. It is typically used indoors, at short range

Possible surface plasmon polariton excitation under femtosecond laser irradiation of silicon

The mechanisms of ripple formation on silicon surface by femtosecond laser pulses are investigated. We demonstrate the transient evolution of the density of the excited free-carriers. As a result, the experimental conditions required for the excitation of surface plasmon polaritons are revealed. The periods of the resulting structures are then investigated as a function of laser parameters, such as the angle of incidence, laser fluence, and polarization. The obtained dependencies provide a way of better control over the properties of the periodic structures induced by femtosecond laser on the surface of a semiconductor material.Comment: 11 pages, 8 figures, accepted for publication in Journal of Applied Physic

Atomic Layer Deposition of Crystalline MoS2 Thin Films : New Molybdenum Precursor for Low-Temperature Film Growth

Molybdenum disulfide (MoS2) is a semiconducting 2D material, which has evoked wide interest due to its unique properties. However, the lack of controlled and scalable methods for the production of MoS2 films at low temperatures remains a major hindrance on its way to applications. In this work, atomic layer deposition (ALD) is used to deposit crystalline MoS2 thin films at a relatively low temperature of 300 degrees C. A new molybdenum precursor, Mo(thd)(3) (thd = 2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dionato), is synthesized, characterized, and used for film deposition with H2S as the sulfur precursor. Self-limiting growth with a low growth rate of approximate to 0.025 angstrom cycle(-1), straightforward thickness control, and large-area uniformity are demonstrated. Film crystallinity is found to be relatively good considering the low deposition temperature, but the films have significant surface roughness. Additionally, chemical composition as well as optical and wetting properties are evaluated. MoS2 films are deposited on a variety of substrates, which reveal notable differences in growth rate, surface morphology, and crystallinity. The growth of crystalline MoS2 films at comparably low temperatures by ALD contributes toward the use of MoS2 for applications with a limited thermal budget.Peer reviewe

Nanofabrication with Pulsed Lasers

An overview of pulsed laser-assisted methods for nanofabrication, which are currently developed in our Institute (LP3), is presented. The methods compass a variety of possibilities for material nanostructuring offered by laser–matter interactions and imply either the nanostructuring of the laser-illuminated surface itself, as in cases of direct laser ablation or laser plasma-assisted treatment of semiconductors to form light-absorbing and light-emitting nano-architectures, as well as periodic nanoarrays, or laser-assisted production of nanoclusters and their controlled growth in gaseous or liquid medium to form nanostructured films or colloidal nanoparticles. Nanomaterials synthesized by laser-assisted methods have a variety of unique properties, not reproducible by any other route, and are of importance for photovoltaics, optoelectronics, biological sensing, imaging and therapeutics

Closed-loop control of product properties in metal forming

Metal forming processes operate in conditions of uncertainty due to parameter variation and imperfect understanding. This uncertainty leads to a degradation of product properties from customer specifications, which can be reduced by the use of closed-loop control. A framework of analysis is presented for understanding closed-loop control in metal forming, allowing an assessment of current and future developments in actuators, sensors and models. This leads to a survey of current and emerging applications across a broad spectrum of metal forming processes, and a discussion of likely developments.Engineering and Physical Sciences Research Council (Grant ID: EP/K018108/1)This is the final version of the article. It first appeared from Elsevier via https://doi.org/10.1016/j.cirp.2016.06.00

Structuration du silicium par laser femtoseconde (application au photovoltaïque)

Il a été montré récemment (Mazur et al, Harvard University) qu'un moyen simple d'améliorer le rendement des cellules solaires photovoltaïques actuelles pouvait être obtenu en irradiant la structure du silicium avec des impulsions laser femtoseconde en présence d'un gaz sulfuré (SF6). Cette irradiation entraîne la formation de micro-structures érigées (spikes) sur la surface. Celle ci devient ainsi fortement absorbante au rayonnement solaire (black silicon). Le travail effectué durant cette thèse a porté sur plusieurs points. Dans un premier temps une étude complète a été menée sur les différents paramètres expérimentaux permettant la création de ces micro-structures à la surface du silicium. Parallèlement, des séries d'expériences ont été menées pour permettre la compréhension des mécanismes physiques entraînant leur formation. Par la suite, les surfaces de silicium micro-structurées ont été caractérisées optiquement. Les résultats obtenus permettent d'avoir une absorption de 96 % du silicium dans les spectre UV et visible. Des cellules solaires complètes ont été réalisées afin d'en caractériser électriquement les performances.It was shown recently (Mazur et al, Harvard University) a simple way to improve the performance of photovoltaic solar cells could be obtained by irradiating the surface of silicon with femtosecond laser pulses in a sulfide gas atmoshere (SF6). This irradiation causes the formation of micro-structures (spikes) on the surface becomes highly absorbent to solar radiation (black silicon). The work done during this thesis focused on several points. Initially a comprehensive study has been conducted on different experimental setting allowing the creation of these micro-structure on the surface of silicon. Parallel series of experiments were conducted to help understand the physical mechanism leading to their formation. Subsequently, the surfaces of silicon micro-structured were characterized optically. The results obtained allow to have an absorption of 96% silicon in the UV and visible. Complete solar cells were made in order to electrically characterized perform.AIX-MARSEILLE2-Bib.electronique (130559901) / SudocSudocFranceF