Disertacija yra skirta krūvininkų dinamikos tyrimams 3C-SiC kristaluose ir heterostruktūrose naudojant šviesa indukuotų dinaminių gardelių ir diferencinio pralaidumo metodikas. Atlikti tyrimai plačiame žadinimų ir temperatūros intervale atskleidė skirtingų auginimo technologijų ir jų tam tikrų parametrų įtaką opto-elektroninėms užaugintų sluoksnių savybėms, kas įgalino atlikti medžiagos neardančią, optinę kristalų struktūrinės kokybės charakterizaciją. Remiantis gautais rezultatais mes galėjome palyginti visomis plačiausiai naudojamomis auginimo technologijomis užaugintų 3C-SiC bandinių kokybę, taigi ir įvertinti perspektyviausią 3C-SiC puslaidininkio auginimo metodą. Šiame darbe atradome naują būdą, paremtą diferencinio pralaidumo metodika,krūvininkų gaudyklių koncentracijos ir šių priemaišinių atomų prigimties nustatymui pakankamai plonuose sluoksniuose. Taip pat, tyrėme padėklo paviršiaus įtaką krūvininkų gyvavimo laikui ir judriui epitaksiniuose sluoksniuose. / This thesis is dedicated to investigation of carrier dynamics in 3C-SiC crystals and heterostructures by using light-nduced transient gratings and differential transmission techniques. The experimental studies in a wide range of excess carrier densities and temperatures revealed the influence of several particular growth conditions in different growth techniques onelectronic properties of grown layers, and hence, a possibility to characterize indirectly the structural perfection of a layer by non-destructive optical means. Based on these results, we were able to evaluate and compare quality of 3C-SiC specimens manufactured by nearly all currently available growth techniques and to distinguish the most promising growth methods for 3C-SiC semiconductor. Moreover, we found a novel way, based on DT technique, to determine the carrier trap concentration in finite thickness layers, as well as to attribute them to specific impurity species. Finally, we investigated the influence of substratesurface features on carrier lifetime and mobility of the overgrown layers.

Šis darbas yra apie elektros variklių savilaidos sistemą. Suprojektuota sistema gali būti naudojama bet kurioje įmonėje, kur reikalingos elektros variklių savilaidos sistemos. Šios sistemos užtikrina pakartotiną elektros variklių paleidimą po trumpalaikio įtampos kritimo ar dingimo. Viskas vykdoma automatiškai, pagal iš anksto užprogramuotą algoritmą. / This article is about electrical motors restart system. The system projected may be used in any company where electrical motors restart systems are necessary. These systems shall ensure repeated start-up of electrical motors after short-term voltage drop and disappearing. Everything is being implemented automatically in accordance with algorithm that was programmed in advance.

As células eletroquímicas emissoras de luz são dispositivos eletroluminescentes cuja camada ativa é uma mistura de um material eletroluminescente e um eletrólito sólido a base de sais de metais alcalinos, geralmente lítio. A presença dos íons na camada ativa modificam o mecanismo de funcionamento das células quando comparadas ao diodos emissores de luz. Nas células, a concentração de íons nas interfaces eletródicas forma uma dupla camada elétrica que auxilia a injeção de cargas na camada ativa, por sua vez e na presença dos íons, o material eletroluminescente sofre dopagem se tornando condutor, os portadores injetados irão se encontrar numa região da camada ativa recombinando-se e emitindo luz. Compreender as interações dos diversos materiais que formam a camada ativa é fundamental para otimizar o desempenho do dispositivo. Neste trabalho estudamos a interação do ADS108GE, um polímero luminescente, e um eletrólito sólido a base de poli (óxido de etileno) (PEO) e LiCF3SO3 ou LiB(C2O4)2. O LiB(C2O4)2 foi sintetizado neste trabalho para estudar a viabilidade de se substituir o LiCF3SO3 que é o sal tipicamente utilizado nas células. Foram utilizadas técnicas de Análise Dinâmico-Mecânica (DMA), Espectroscopia Vibracional no Infravermelho (FTIR), Microscopia de Força Atômica (AFM), Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Óptica de Varredura no Campo Próximo (IR-SNOM), Impedância Elétrica e Voltametria Cíclica. Os resultados de DMA em conjunto com DRX e AFM, permitiram estabelecer que o aumento da concentração de sal contribui para mudanças morfológicas que se relacionam com o aumento da fração de fase amorfa e independem do ânion, demonstrando que estes efeitos estão ligados à interação PEO-Lítio. Por outro lado, os espectros de FTIR e resultados de impedância elétrica mostram que o aumento da concentração de LiCF3SO3 gera agregação do sal diminuindo a condutividade, a mobilidade iônica e o número de portadores efetivos, enquanto para o LiB(C2O4)2 não se observa tal efeito. O IR-SNOM permitiu identificar nas misturas utilizadas como camada ativa que o ADS108GE forma estruturas globulares embebidas numa matriz de PEO. Do ponto de vista operacional, as células a base de LiB(C2O4)2 possuem uma eficiência maior do que as a base LiCF3SO3 e maior estabilidade. / Light-emitting electrochemical cells are electroluminescent devices whose active layer is a mixture of an electroluminescent material and a solid electrolyte based on alkaline salts, usually a lithium salt. The ions within thea ctive layer change the devices working mechanism when compared to light emitting diodes. In the cells, there is an ion build up at electrodic interfaces creating an electric double layer allowing charge injection in the active layer. The electroluminescent material is doped by these injected charges becoming conductive. These injected charges recombine emitting light. In order to optimize devices performance, it is fundamental to study materials interactions when mixed as an active layer. In this work, we studied the interactions between ADS108GE, a luminescent polymer, and a solid electrolyte based on polyethylene oxide and LiCF3SO3 or LiB(C2O4)2. LiB(C2O4)2 was prepared in this work to assess its feasibility as LiCF3SO3 substitution which is the typical choice. We used the following techniques in this work: Dynamical Mechanical Analysis (DMA), Infrared Vibration Spectroscopy (FTIR), Atomic Force Microscopy AFM), X-Ray Diffraction (XRD), Infrared Scanning Near-Field Optical Microscopy (IRSNOM), Electrical Impedance and Cyclic Voltammetry. From DMA, XRD and AFM results, it is possible to conclude that as we increase salt concentration, the active layer has morphological changes related to an increasing fraction of an amorphous phase. These effects are anion independent showing that PEO-Li interactions are the responsible ones. On the other hand, FITR and electrical impedance experiments show that increasing LiCF3SO3 concentration leads to salt aggregation decreasing conductivity, ionic mobility and the effective number of carriers, moreover, we do not see this effect with LiB(C2O4)2. IR-SNOM identified that ADS108GE were organized as globular structures embedded in a PEO matrix. The cells made with LiB(C2O4)2 were more efficient than those based on LiCF3SO3 and were even more stable.

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(人間・環境学) / 甲第16166号 / 人博第549号 / 新制||人||133(附属図書館) / 22||人博||549(吉田南総合図書館) / 28745 / 京都大学大学院人間・環境学研究科共生人間学専攻 / (主査)教授 森谷 敏夫, 教授 津田 謹輔, 准教授 林 達也 / 学位規則第4条第1項該当

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Numerické metody inverzní Laplaceovy transformace (NILT) se staly důležitou částí numerické sady nástrojů praktikujících a výzkumných pracovníků v mnoha vědeckých a inženýrských oborech, zejména v aplikované elektrotechnice. Techniky NILT zejména pomáhají při získávání výsledků simulací v časové oblasti v různých aplikacích. Příkladem jsou řešení obyčejných diferenciálních rovnic, které se objevují např. při analýze obvodů se soustředěnými parametry, nebo řešení parciálních diferenciálních rovnic objevujících se v systémech s rozprostřenými parametry, např. při zkoumání problematiky integrity signálů. Obecně platí, že většina dostupných 1D NILT metod je velmi specifická, tj. funguje dobře na několika typech funkcí a tudíž na omezeném počtu aplikací; Cílem této práce je podrobně se věnovat těmto numerickým metodám, vývoji univerzálních metod NILT a jejich rozšíření na multidimenzionální NILT, které mohou pokrývat širokou oblast aplikací a mohly by poskytnout praktický mechanism pro efektivnější způsob analýzy a simulace v časové oblasti. Myšlenky výzkumu jsou prezentovány v rámci diskusí nad širokou škálou případových studií a aplikací; Například metody NILT se používají při řešení přenosových vedení, včetně vícevodičových, a dokonce i při řešení slabě nelinárních obvodů při použití NILT více proměnných. Pomocí metody NILT mohou být s výhodou uvažovány parametry prvků závislé na kmitočtu a prvky necelistvých řádů v jejich příslušných modelech mohou být zahrnuty velmi přesným a jednoduchým způsobem.

The theoretical part presents a literature review about the basis of the impedance spectroscopy method, its main measurement and analysis schemes, as well as the application of the method in the study of memristive structures. In the practical part a virtual device “VI ImpSpec” based on “National Instruments” equipment on I-V method of complex impedance measurement is developed. Approbation of the virtual device on RC-circuits and its application in the study of memristive structures based on Zr/ZrO2/Au is carried out. During approbation assumed structure of equivalent circuits from RC-circuits is confirmed, as well as the presence of inductive components in them. Research methods: optical microscopy, impedance spectroscopy. / В теоретической части представлен литературный обзор основы метода импедансной спектроскопии, его основных схем измерения и анализа, а также применение метода в исследовании мемристивных структур. В практической части разработан виртуальный прибор «VI ImpSpec» на базе оборудования «National Instruments» по I-V методу измерения комплексного сопротивления. Проведена апробация виртуального прибора на RC-цепях и его применение в исследовании мемристивных структур на основе Zr/ZrO2/Au, в ходе которых подтверждается предполагаемая структура эквивалентных схем из RC-цепей, а также наличие индуктивных составляющих в них. Методы исследования: оптическая микроскопия, импедансная спектроскопия.

Ferroelectrics are considered essential components in a wide spectrum of electrical and optical applications, including but not limited to ferroelectric random access memory (FeRAM), piezoelectric transducers, and optical waveguides and modulators, owing to their remarkable ferroelectric, piezoelectric, and electro-optic properties. The research presented in this thesis provides a comprehensive investigation, including theoretical principles, fabrication technology, performance optimization, and electrical/optical applications, of two innovative ferroelectric materials, namely, Nd-doped bismuth titanate (BNdT) and bismuth ferrite (BFO). We start by describing the fabrication procedure, and then study the dependence of ferroelectric properties on various fabrication parameters. By varying the post annealing temperature and tuning the elemental constituents, ferroelectrics with optimized performance parameters are demonstrated in our work. Then, we further our study into the optical characterization, and provide a systematic investigation of BNdT optical properties for the first time. Optical parameters including the optical transmittance, refractive index, extinction coefficient, and optical band gap energy, are examined and their correlation with different fabrication variables and microstructure properties is studied both experimentally and theoretically. In the third part of this thesis, by introducing the optimized BNdT ferroelectric thin film as a seeding layer for the BFO, we report the first room temperature (RT) ferroelectric measurement of pure BFO.We further advance our study by investigating the photovoltaic nature of multiferroic BFO, and report enhanced photovoltaic performance of the BFO material in a graphene/polycrystalline BFO/Pt heterojunction structure for the first time. The unique properties of the graphene electrode lead to a short circuit current density of 61 μA/cm2 and an open circuit voltage of 0.52 V in the heterojunction. These values are much higher than the results previously reported in the literature. A theoretical model that takes into consideration the ferroelectric polarization, interface states, and energy band bending effect, is constructed to describe the ferroelectric photovoltaic effect and carrier transport behaviour for the first time. Key photovoltaic parameters, such as conversion efficiency, illumination intensity response, ON/OFF characteristics, minority carrier lifetime, and external quantum efficiency (EQE), are investigated through both theory and measurements. Finally, to improve the existing photovoltaic performance of the graphene/polycrystalline BFO/Pt heterojunction, two independent chemical and physical routines, are processed and compared. It can be seen that the photocurrent density exhibits a significant improvement from 61 μA/cm2 to 8.67 mA/cm2 (~150 fold) after HNO3 treatment, while a considerable enhancement of ~5 fold is seen with QDs filling/sensitizing. An optical application of a photosensitive detector and an electrical application of a tunable switch are also demonstrated as two interesting applications of the BFO photovoltaic effect. Research in the field of novel ferroelectrics continues to thrive, and a number of interesting theoretical and application studies are currently underway. The results achieved in this thesis may provide a useful understanding of the principles and properties of two such ferroelectrics, and can serve as assistance in future research perspectives. / Les matériaux ferroélectriques sont des composantes essentielles pour plusieurs applications en électriques et en optique comme les mémoires vives ferroélectriques (FeRAM), les transducteurs piézoélectriques et les guides d'onde et modulateurs optique, dues à leur propriétés ferroélectrique, piézoélectrique et électo-optique remarquables. La recherche présentée dans cette thèse fournie une étude compréhensive de deux nouveaux matériaux ferroélectriques, soit le bismuth de titane dopé au néodyme (BNdT) et la ferrite de bismuth (BFO). Cette étude inclue les principes théoriques, les technologies de fabrication, l'optimisation des performances et les applications électriques et optiques. Nous débutons avec la fabrication des matériaux, et nous étudions la dépendance des propriétés ferroélectriques sur différents paramètres de fabrications. En modulant différemment la température de post-hybridation et en accordant le constituant élémentaire, nous démontrons des matériaux ferroélectriques ayant des paramètres de performance optimisés, tel une large polarisation rémanente (39.6 μC/cm2), une faible fatigue de dégradation (<1.5%), une faible fuite de densité (5×10-7 A/cm2 at 5 V DC), etc. Ensuite nous approfondissons notre recherche dans la caractérisation du BNdT et fournissons une étude systématique, en première, des propriétés optique du BNd. Nous examinons les paramètres optiques tels la transmittance optique, l'index de réfraction, les coefficients d'extinction et l'énergie de gap de bande et nous étudions expérimentalement et théoriquement leur corrélation avec différents paramètres de fabrication et de microstructure. Dans la troisième partie de cette thèse, en introduisant le film mince optimisé de BNdT ferroélectrique comme couche nourrissante du matériel BFO, nous rapportons la première mesure ferroélectrique à la température pièce du matériel BFO pure. Un champ ferroélectrique induit dans la structure multicouche BFO/BNdT est adressé pour expliquer une telle amélioration du phénomène ferroélectrique.Nous faisons progresser notre étude en examinant la nature photovoltaïque de la BFO multiferroïque et signalons pour la première fois une performance améliorée photovoltaïque du matériel BFO dans une hétérojonction de graphène / BFO polycristalline / Pt. Les propriétés uniques de l'électrode de graphène mènent à un courant de court-circuit de la densité de 61μA/cm2 et un circuit ouvert du voltage de 0,52 V à l'hétérojonction. Un modèle théorique qui prend en considération la polarisation ferroélectrique, les états d'interface et l'effet de flexion de la bande d'énergie est, pour la première fois, construit pour décrire l'effet photovoltaïque ferroélectrique et le comportement de transport des porteurs. Enfin, le traitement avec HNO3 et le remplissage / la sensibilisation des points quantiques (PQ) de CdSe, comme deux routines indépendantes chimiques et physiques, sont traités et comparés pour améliorer la performance photovoltaïque existante de l'hétérojonction de graphène / BFO polycristalline / Pt. Il peut être observé que la densité du photocourant montre un accroissement significatif à partir de 61 μA/cm2 à 8,67 mA/cm2 (~ 150 fois) après le traitement avec HNO3, tandis qu'un accroissement considérable de la ~5 fois est observé avec le remplissage / la sensibilisation des points quantiques. Une application optique d'un détecteur photosensible et une application électrique d'un interrupteur accordable se également démontrent comme deux utilisations intéressantes de l'effet photovoltaïque BFO.La recherche continue à prospérer dans le domaine des nouveaux matériaux ferroélectriques de BNDT et de BFO; un certain nombre d'études théoriques et sur l'application intéressantes sont actuellement en cours. Les résultats obtenus dans cette thèse-ci peuvent fournir une compréhension utile des principes et des propriétés des deux matériaux ferroélectriques et peuvent aider à la recherche en perspective à l'avenir.

Sodium is well known to improve the performance of thin-film, polycrystalline CuInSe2-based photovoltaic devices. This has led to extensive research on the effects of this element on the polycrystalline material, with the ultimate objective of identifying the mechanism by which Na acts on the cells. However, much less research has been done on the effects of sodium on the monocrystalline form of this material. Such research could help to differentiate bulk from grain-boundary effects, as well as to identify reactions between the Na and the compound itself, or the individual elements within the compound. Therefore, in the present work, Na was added in varying quantities to quartz ampoules containing Cu, In and Se, in the atomic ratios of 1:1:2. The ampoules were evacuated and sealed before being put through a vertical-Bridgman procedure, resulting in ingots containing large, cm-size crystals. Electrical measurements on the ingot material revealed p-type conductivity for all material grown with stoichiometric proportions of the starting elements, without Na, but n-type conductivity for material grown with Na above a certain critical value. It was discovered that this critical value of Na increased when excess Se, above stoichiometry, was also included in the ampoules. Further experiments confirmed the mechanism responsible for the conductivity type change to be a reaction between the Na and Se, in a 2:1 atomic ratio, corresponding to the chemical formula Na2Se, which starved the CuInSe2 of its share of selenium, rendering it Se-deficient and therefore n-type. Other effects of Na on the material are identified, including no detection of sodium within the ternary itself. As well, some photovoltaic cells were made, the best of which achieved an efficiency of 8.8 %. / Le sodium améliore la performance des appareils photovoltaïques polycristallins à base de CuInSe2. Ce fait a déclenché beaucoup de recherches sur les effets de cet élément sur les matériaux polycristallins ayant comme objectif primaire d'identifier le mécanisme par lequel le Na agit sur les cellules. Par contre, très peu de recherches étudient les effets du Na sur la forme monocrytalline de ce matériel. De telles recherches pourraient aider à différencier les effets à l'intérieur du cristal des effets aux surfaces des cristaux, en plus d'identifier les réactions entre le sodium et la composition même, ou ses éléments individuels. Ainsi, l'expérimentation ci-présentée consiste à ajouter du Na en quantités variées à des ampoules en quartz contenant Cu, In et Se en respectant le ratio atomique de 1 :1 :2. Elles ont été évacuées et scellées avant d'être introduites selon la procédure « vertical-Bridgman ». Ce qui en résulte est un lingot contenant un large cristal mesurant quelques cm. Des analyses électriques sur le lingot ont révélé de la conductivité de type p sur tout le matériau créé avec des proportions stœchiométrique de l'élément originaire, sans Na, mais avec de la conductivité de type n sur tout matériau créé avec du Na au delà d'une certaine valeur. Il a été découvert que cette valeur critique de Na augmente lorsqu'un excédant de Se, au-delà de la stœchiométrie, est aussi incluse dans les ampoules. Des expérimentations ultérieures ont confirmé que le mécanisme responsable pour le changement de type de conductivité est une réaction entre Na et Se selon un ratio atomique de 2 :1, correspondant à la formule chimique Na2Se. Cela rend le CuInSe2 déficient en Se et donc de type n. D'autres effets du Na sur le matériau ont été identifié, incluant la non-détection de sodium dans le ternaire. En plus, certaines cellules photovoltaïques ont été créées, la meilleure ayant atteint une efficacité de 8.8%.

The study of electrons in low dimensions is a field which has yielded incredible insights in the past decades from the Fractional Quantum Hall Effect to Wigner Crystallization. In recent years, interest has grown from studying the fundamental physics of two dimensional conductors to engineering experimental new states using nanotechnology techniques. We now have the capability to create high quality one and zero dimensional devices, that is, quantum wires and quantum dots. At very low temperatures, quantum physics dominates the behavior of these devices causing new properties to emerge, due to enhanced electron-electron interactions, spin-orbit interactions and many other effects. These new properties are the result of the interaction of ensembles of quantum particles and cannot be understood by classical intuition. Not only are there exciting new physics to be discovered at low dimensions, but there are promising applications on the horizon.Electrons constrained to one dimension are predicted to enter a state known as the Luttinger liquid. While there exists strong evidence for the observation of the Luttinger liquid already, it is still an area of highly active study. Furthermore, it has been predicted that interactions between helically ordered nuclear spins in GaAs and a Luttinger liquid state could results in a nuclear spin feedback effect which would result in distinct experimental observations. Not only would this state provide clear evidence of Luttinger liquid behavior, but it has potential to support sought-after Majorana fermions which have applications in quantum information processing.This project consisted of the fabrication of GaAs/AlGaAs quantum wires samples in collaboration with Sandia National Laboratories with varying parameters such as length and well-depth. We then performed detailed electronic transport measurements at low temperature to identify promising quantum wire samples. Good samples were cooled further to 300 mK where some quantization of conductance was observed. It was determined that to reach lower electronic temperatures, filtering was required. To this end, low temperature filtered samples holders were designed, constructed and characterized. The filtered sample holders resulted in superior observations to unfiltered samples, likely reflecting a lower electron temperature. Using our best sample with filters, we then performed resistively-detected nuclear magnetic resonance experiments, probing the interaction between the electrons and the nuclear spins in quantum wires. While the predicted state was not observed, the groundwork for such an experiment is complete and its expected that a sufficiently high quality sample will display the signature behavior with current methodology. / L'étude des électrons dans de faibles dimensions est un domaine qui a donné un aperçu incroyable dans les dernières décennies du Effet Hall quantique fractionnaire de Wigner cristallisation . Au cours des dernières années, l'intérêt s'est développé à partir de l'étude de la physique fondamentale des deux conducteurs dimensions à l'ingénierie expérimentale nouveaux Etats à l'aide de techniques de la nanotechnologie . Nous avons maintenant la possibilité de créer de haute qualité et un zéro dispositifs dimensions , c'est- fils quantiques et boîtes quantiques . A des températures très basses , la physique quantique domine le comportement de ces dispositifs provoquant de nouvelles propriétés émergent , en raison des interactions entre électrons améliorées , les interactions spin-orbite et de nombreux autres effets. Ces nouvelles propriétés sont le résultat de l'interaction des ensembles de particules quantiques et ne peuvent être compris par intuition classique. Non seulement la nouvelle physique y passionnants à découvrir à basse dimensions , mais il ya des applications prometteuses à l'horizon.Les électrons contraints à une dimension sont prévus pour entrer dans un état connu comme le liquide de Luttinger . Bien qu'il existe des preuves solides pour l'observation du liquide de Luttinger déjà , il est encore un domaine d'étude très active. En outre, il a été prévu que les interactions entre les spins nucléaires hélice commandés en GaAs et un état liquide de Luttinger pourraient se traduit par un effet de rétroaction des spins nucléaires qui se traduiraient par des observations expérimentales distinctes. Non seulement cet état de fournir des preuves claires de comportement de type liquide de Luttinger , mais il a le potentiel pour soutenir convoités fermions de Majorana qui ont des applications dans le traitement de l'information quantique. Ce projet consistait en la fabrication de GaAs / AlGaAs quantum fils échantillons en collaboration avec Sandia National Laboratories avec des paramètres tels que la longueur et le bien- profondeur variable. Nous avons ensuite effectué des mesures détaillées de transport électronique à basse température pour identifier les échantillons de fils quantiques prometteurs. Bonne échantillons ont été refroidis à la suite de 300   mK   où on a observé une certaine quantification de la conductance . Il a été déterminé que, pour atteindre des températures inférieures électroniques , le filtrage est nécessaire. À cette fin , à basse température filtrées porte-échantillons ont été conçus, construits et caractérisé. Les porte-échantillons filtrés ont donné lieu à des observations supérieures aux échantillons non filtrés , ce qui reflète probablement une température d'électrons inférieure. Grâce à notre meilleur échantillon de filtres , puis nous avons effectué des expériences de résonance magnétique nucléaire résistivement - détectés , sonder l'interaction entre les électrons et les spins nucléaires dans les fils quantiques. Alors que l'état prédit n'a pas été observée , les bases d' une telle expérience est complète et sa s'attend à ce qu'un échantillon suffisamment haute qualité affichera le comportement de signature avec la méthodologie actuelle .