- / -

Στην μεταπτυχιακή εργασία ειδίκευσης περιγράφεται η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός νέων υβριδικών ανόργανων-οργανικών χαμηλοδιάστατων ημιαγωγών βασισμένων σε αλογονίδια του μολύβδου και διαφόρων χαλκογενιδίων μετάλλων για οπτικές και οπτικοηλεκτρονικές εφαρμογές. Για να γίνουν κατανοητές οι σχετικές έννοιες των χαμηλοδιάστατων ημιαγωγών αρχικά αναφερόμαστε στην κρυσταλλική δομή των στερεών, τη σχετική θεωρία των ενεργειακών ζωνών και ειδικότερα στους ημιαγωγούς. Με βάση αυτά αναπτύσσεται η θεωρία για τα χαμηλοδιάστατα ημιαγώγιμα συστήματα και ερμηνεύονται τα σχετικά κβαντικά φαινόμενα. Ειδικότερα, εξηγείται πως οι ιδιότητες που υπάρχουν στους τρισδιάστατους ημιαγωγούς αλλάζουν όταν το μέγεθος αυτών τροποποιηθεί και αποκτήσουν κάποια από τις τρεις διαστάσεις στην κλίμακα του νανομέτρου. Γίνεται αναφορά στους διάφορους τρόπους σύνθεσης νέων χαμηλοδιάστατων συστημάτων, στη μορφολογία τους καθώς και στις ιδιότητες και μεθόδους χαρακτηρισμού με έμφαση στις οπτικές και ηλεκτρονικές ιδιότητές τους. Τέλος, δίνονται πρώτα αποτελέσματα διαφόρων χαμηλοδιάστατων ημιαγώγιμων συστημάτων μαζί με τη φασματοσκοπική και ηλεκτρική ανάλυση τους. Επίσης, αναλύονται οι ιδιότητες τους σε σχέση με απλά μοντέλα και συζητείται η εφαρμογή των συγκεκριμένων σε πιθανές εφαρμογές με βάση τις οπτικές ιδιότητες τους. / In this master thesis it is described the synthesis and the characterization of hybrid inorganic - organic low dimensional semiconductors based on lead halides and various metal chalcogenides for optical and optoelectronics applications. In order to become more comprehensive, the relative notions of low dimensional semiconductors, we initially report on the theory of energy bands for crystalline solids and more specifically for semiconductors. In such a context, the theory for the low dimensional semiconductor systems is presented and is interpreted in terms of the quantum theory. More specifically, we explain that properties that exist in the three-dimensional semiconductors change when these formed in such a way that one of their dimensions are in the nanometric scale. Also, report is being given in the various methods of synthesis of new low dimensional systems, in their morphology as well as in the attributes and methods of characterization with emphasis in the optical and electronic attributes. Finally, first results of new low dimensional semiconductors systems are presented along with their optical and electric characterization. Also, their attributes are analyzed concerning simple models as well as their application is discussed in possible applications with basis their optical attributes.

Οι προσμίξεις παίζουν ένα σημαντικό ρόλο σε διάφορες φυσικές ιδιότητες όπως οι οπτικές, ηλεκτρικές, και σε φαινόμενα μεταφοράς. Η μελέτη των καταστάσεων υδρογονοειδών προσμίξεων είναι ένα από τα κύρια προβλήματα σε ημιαγώγιμα χαμηλοδιάστατα συστήματα επειδή η παρουσία τους επηρεάζει σημαντικώς την κινητικότητα των ηλεκτρονίων και τις οπτικές ιδιότητες. Έτσι, τα προηγούμενα χρόνια, πολλές θεωρητικές και πειραματικές έρευνες έχουν πραγματοποιηθεί για τη διερεύνηση των καταστάσεων πρόσμιξης σε χαμηλοδιάστατες κβαντικές δομές, όπως κβαντικά πηγάδια και κβαντικά καλώδια. Προσφάτως, οι καταστάσεις πρόσμιξης σε μηδενικής διάστασης συστήματα, όπως συσσωματώματα, μικροκρυσταλλίτες, νανοράβδους και κβαντικές τελείες έχουν προσελκύσει μεγάλο ενδιαφέρον. Ωστόσο, υπάρχουν λίγες μελέτες που διερευνούν τη συμπεριφορά προσμίξεων που βρίσκονται στην επιφάνεια νανοκρυστάλλων στα πλαίσια της προσέγγισης της ενεργού μάζας. Ο σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση της επίδρασης ενός μαγνητικού κι ενός ηλεκτρικού πεδίου αλλά και της υδροστατικής πίεσης πάνω στην ενέργεια σύνδεσης της θεμελιώδους κατάστασης μιας υδρογονοειδούς πρόσμιξης που εντοπίζεται στην επιφάνεια μιας ημιαγώγιμης κβαντικής τελείας. Οι υπολογισμοί βασίστηκαν στη μέθοδο μορφοποίησης δυναμικού, μια ακριβή αριθμητική μέθοδο που έχει αναπτυχθεί για να λύνει τη χρονο-ανεξάρτητη εξίσωση Schro ̈dinger για οποιοδήποτε αυθαίρετο δυναμικό αλληλεπίδρασης. Το κεφάλαιο 1 είναι η εισαγωγή της εργασίας, το κεφάλαιο 2 εξηγεί τις μεθόδους επίλυσης της εξίσωσης του Schro ̈dinger, ενώ το κεφάλαιο 3 περιγράφει τη θεωρία για ένα σύστημα σαν κι αυτό που χρησιμοποιήθηκε στην εργασία. Το κεφάλαιο 4 απεικονίζει τα αποτελέσματα σχετικά με την ενέργεια σύνδεσης της υδρογονοειδούς πρόσμιξης και τέλος το κεφάλαιο 5 κάνει αναφορά στα συμεράσματα που μπορούν να εξαχθούν. / Impurities play an elementary role in several physical properties like optical, electrical, and transport phenomena. The study of the hydrogenic impurity states is one of the main problems in semiconductor low dimensional systems because their presence influences greatly the electronic mobility and optical properties. Thus, in the past many years, much theoretical and experimental work is involved in investigating the impurity states in low dimensional quantum structures, such as quantum well (QW) and quantum well-wire (QWW). Recently, the impurity states in zero-dimensional (0D) systems, such as cluster, microcrystallines, nanorods, (NRs) and quantum dots (QDs) have drawn increasingly attentions. However, there are few works investigating the behavior of the impurities located at the surface of nanocrystals in the framework of effective-mass approximation. The purpose of the present work is to investigate the effect of a magnetic and electric field and hydrostatic pressure on the ground-state binding energy of a hydrogenic impurity located at the surface of a semiconductor QD. Calculations were based on the potential morphing method (PMM), an accurate numerical method which has been developed to solve the time independent Schro ̈dinger equation for any arbitrary interaction potential. Chapter 1 is the introduction of this project, chapter 2 explains the methods for solving the Schro ̈dinger equation, while chapter 3 describes the theory for a system like that used to this project. Chapter 4 shows the results on the binding energy of the hydrogenic impurity and finally chapter 5 makes reference to the conclusions that can be made.

Η κατασκευή συσκευών μικροηλεκτρονικής με οργανικούς ημιαγωγούς όπως τρανζίστορς και φωτοεκπομποί δίοδοι οργανικών (FETs, OLEDs), αναπτύσσεται ταχύτατα τα τελευταία χρόνια. Οι φυσικές και χημικές αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν στις διεπιφάνειες των οργανικών με τα ηλεκτρόδια παίζουν καθοριστικό ρόλο στη λειτουργία τέτοιων συσκευών και επομένως η μελέτη της διεπιφανειακής ηλεκτρονικής δομής είναι σημαντική για την κατανόηση της λειτουργίας αυτών των διατάξεων. Στην παρούσα εργασία η ηλεκτρονική δομή των διεπιφανειών ενός συζυγιακού ολιγομερούς (Ooct-OPV5) με ανόργανα υποστρώματα, συγκεκριμένα το οξείδιο Ινδίου-Κασσιτέρου (ITO), τον πολυκρυσταλλικό Au, την επιφάνεια Si(111) (Si με προσμίξεις τύπου –Ν και -P) και υπέρλεπτα υμένια SiO2(1-5 nm) / Si(111), μελετήθηκε με φασματοσκοπίες φωτοηλεκτρονίων από ακτίνες –Χ και υπεριώδες (XPS, UPS). Το Ooct-OPV5 χρησιμοποιείται ως πρότυπο για το poly(p-phenylenevinylene) (PPV), ένα πολυμερές που έχει ήδη χρησιμοποιηθεί σε συσκευές OLEDs. Το ITO χρησιμοποιείται ως άνοδος στα OLEDs επειδή είναι διαφανές και έχει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Ο χρυσός είναι αδρανές υπόστρωμα που χρησιμοποιείται ως ηλεκτρόδιο στα FETs. Τέλος, η μελέτη διεπιφανειών του οργανικού με το Si παρουσιάζει ενδιαφέρον, προκειμένου να ενσωματωθούν οι οργανικοί ημιαγωγοί σε μικροηλεκτρονικές συσκευές με βάση το Si. Η μελέτη έγινε σε σύστημα υπερυψηλού κενού (UHV) με τις τεχνικές XPS και UPS. Τα υποστρώματα καθαρίζονταν in-situ με ιοντοβολή με Ar+ και θέρμανση. Ακολούθως γινόταν σταδιακή απόθεση του ολιγομερούς και παρασκευάζονταν υπέρλεπτα υμένια (πάχους ~10 nm) πάνω στα καθαρά υποστρώματα. Σε κάθε στάδιο της απόθεσης λαμβάνονταν τα φάσματα XPS του οργανικού και των υποστρωμάτων. Από την ανάλυση των φασμάτων αυτών προσδιορίζονται οι διεπιφανειακές αλληλεπιδράσεις και η μεταβολή της κάμψης των ζωνών των ημιαγώγιμων υλικών. Με τη φασματοσκοπία UPS μελετάται η ζώνη σθένους της διεπιφάνειας και μετράται η διεπιφανειακή διπολική στοιβάδα. Από το συνδυασμό των πειραματικών αποτελεσμάτων μπορούν να κατασκευάζονται σχηματικά διαγράμματα των ζωνών στις διεπιφάνειες. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα καταλήγουμε στα εξής συμπεράσματα: Στις διεπιφάνειες του ολιγομερούς με το ITO, τον Au, το Si (τύπου -p) και το SiO2(1-1.8 nm)/Si(111) υπάρχει διεπιφανειακή διπολική στοιβάδα (eD) ενώ στη διεπιφάνεια Ooct-OPV5/ Si (τύπου -n) όχι. Αυτά τα διεπιφανειακά δίπολα σχετίζονται με την ύπαρξη διεπιφανειακών καταστάσεων και εξυπηρετούν τη μεταφορά φορτίου μεταξύ των υλικών που έρχονται σε επαφή στα πρώτα στάδια του σχηματισμού των διεπιφανειών. Κατά το σχηματισμό της διεπιφάνειας Ooct-OPV5/ Si (τύπου - p), το eD σχετίζεται με την αλληλεπίδραση των μορίων του ολιγομερούς με τις επιφανειακές καταστάσεις του Si. Στις διεπιφάνειες Ooct-OPV5/ με Au και Si, η μεταφορά φορτίου ολοκληρώνεται με τη μεταβολή της κάμψης των ζωνών του οργανικού υμενίου κατά ~0.20 eV. Τα φράγματα έγχυσης οπών (eΦbh) ή τα valence band offsets (ΔEV) καθορίστηκαν επίσης σε όλες τις περιπτώσεις. Στη διεπιφάνεια Ooct-OPV5 / Au το eΦbh μετρήθηκε 1.05 eV και επομένως ο Au είναι ακατάλληλο ηλεκτρόδιο για την έγχυση οπών. Το ITO αποδεικνύεται επίσης ακατάλληλο (eΦbh=1.45 eV) και η επιφάνειά του θα πρέπει να υφίσταται κατεργασία προκειμένου να χρησιμοποιείται ως άνοδος σε συσκευές OLEDs. Στην περίπτωση του Si, το valence band offset μεταξύ αυτού και του ολιγομερούς βρέθηκε ~0.4 eV. Η παραπέρα τροποποίηση της επιφάνειας του Si(111) με υπέρλεπτα υμένια SiO2 αυξάνει το ΔEV κατά ~0.2 eV. / The development of organic-based devices, like transistors and light emitting diodes (FETs, OLEDs), is progressing rapidly over the past few years. A great deal of the physics and chemistry that govern the performance of such devices occur at the interfaces between the organic components and the inorganic electrodes, making the study of the interfacial electronic properties essential. In this work, the electronic structure of the interface formed between a conjugated oligomer (Ooct-OPV5) and inorganic substrates, ιn particular indium-tin oxide (ITO), polycrystalline Au, the Si(111) surface (Si n- and p-doped), and ultrathin (1-5 nm) SiO2 films on Si(111), was studied by X-ray and Ultraviolet photoelectron spectroscopies (XPS, UPS). Ooct-OPV5 is a model for poly(p-phenylenevinylene) (PPV), a polymer that has already been used in OLEDs. ITO is the common anode used in OLEDs because of its transparency and high electrical conductivity. Gold was chosen due to its inert nature and because it is used as a source/drain in FETs. Finally, the study of organic/silicon structures is of great importance for the incorporation of organics in Si-based microelectronic systems. All XPS and UPS measurements were carried out in an ultrahigh vacuum (UHV) apparatus. All substrates were cleaned in-situ by Ar+ sputtering and annealing. High purity oligomer films of up to ~10 nm thickness were produced in-situ by stepwise deposition on the clean substrates. The evolution of the oligomer and substrate-related XPS peaks was followed during Ooct-OPV5 deposition on all substrates. Analysis of these spectra clarified the interfacial chemistry and band bending in the semiconducting materials. UPS spectroscopy is used for the determination of the valence band at the interface and the interfacial dipoles. The interfacial energy band diagrams were deduced in all cases from the combination of experimental results. Based on our experimental data we reached the following conclusions: Dipoles are formed at the interfaces of the oligomer with ITO, Au, Si (p-doped) and SiO2(1-1.8 nm)/Si(111), while the Ooct-OPV5/ Si (n-doped) interface is dipole free. These interface dipoles (eD) are related to the existence of interfacial states and serve for the charge transfer between the materials in contact at the initial stages of the interface formation. In the case of the Ooct-OPV5/ Si (p-doped) interface, eD is related to the interaction of the oligomer molecules with Si surface states. At the Ooct-OPV5/Au and Si interfaces, the charge transfer is completed with a band bending of ~0.20 eV in the oligomer film. The hole injection barriers (eΦbh) or valence band offsets (ΔEV) were also determined in all interfaces. This barrier was measured 1.05 eV at the Ooct-OPV5/ Au interface, and thus Au is inappropriate electrode for hole injection. ITO is also proved a poor hole-injecting electrode (eΦbh=1.45 eV), and thus its surface should be modified by treatments when used as an anode in OLEDs. On the other hand, the valence band offset between the Si substrate and the oligomer is measured ~0.4 eV. Modification of the Si(111) surface with ultra-thin SiO2 layers increases ΔEV by ~0.2 eV.

- / -

Η παρούσα εργασία περιλαμβάνει την μελέτη της μη γραμμικής οπτικής απόκρισης διμεταλλικών κραμάτων ευγενών μετάλλων και άλλων μεταλλικών συστημάτων νανοσωματιδίων, είτε περιβεβλημένα με πολυμερή, είτε εγκιβωτισμένα σε μικυλιακά συστήματα συμπολυμερών κατά συστάδες. Τα μέταλλα τα οποία επιλέχθηκαν για την παρασκευή των νανοσωματιδίων ήταν ο χρυσός (Au), ο άργυρος (Ag) και το παλλάδιο (Pd). Τα δύο πρώτα έχουν αποτελέσει τα τελευταία χρόνια αντικείμενο έρευνας σε μορφή κυρίως κολλοειδών διαλυμάτων ή μέσα σε άμορφες μήτρες (π.χ. υάλους) και πολυμερικές μήτρες, καθώς λόγω των εξαιρετικών μη γραμμικοτήτων τους βρίσκουν εφαρμογή σε πληθώρα εφαρμογών της φωτονικής και της οπτο-ηλεκτρονικής. Όσον αφορά τα νανοσωματίδια Pd, οι μη-γραμμικές οπτικές ιδιότητες τους έχουν μελετηθεί ελάχιστα (μόλις μερικές εργασίες στη διεθνή βιβλιογραφία), ενώ είναι η πρώτη φορά που μελετώνται εγκιβωτισμένα σε αμφι-φιλικά συμπολυμερή κατά συστάδες. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, διερευνήθηκε ο ρόλος του επιφανειακού πλασμονίου στην γραμμική και μη-γραμμική οπτική απόκριση νανοσωματιδίων Au, Ag και Pd, όταν αυτά διεγείρονται με ακτινοβολίες λέιζερ γύρω από την συχνότητα συντονισμού του πλασμονίου, καθώς αναμένεται σημαντική ενίσχυση. Στη συνέχεια αυτής της εργασίας, παρουσιάζονται οι μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες άλλων χαμηλοδιάστατων νανοδομών, όπως κβαντικών και ανθρακικών ψηφίδων. Στη περίπτωση αυτών, οι μη γραμμικοί μηχανισμοί που προκαλούν την ενίσχυση της απόκρισης τους είναι διαφορετικοί από αυτούς των μεταλλικών νανοδομών. Η δομή της εργασίας έχει ως ακολούθως: Στα δυο πρώτα κεφάλαια αναφέρονται οι βασικές έννοιες της μη γραμμικής οπτικής και φυσικές διεργασίες που σχετίζονται με αυτή, καθώς και οι πειραματικές τεχνικές Z-scan και Οπτικού Φαινομένου Kerr, που χρησιμοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισμό των μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων των νανοσυστημάτων. Τα επόμενα κεφάλαια είναι αφιερωμένα στα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν από την μελέτη των μεταλλικών, ημιαγώγιμων και ανθρακικών νανοϋλικών. Συγκεκριμένα, στο κεφάλαιο 3 γίνεται αναφορά στα πειραματικά αποτελέσματα των νανοσωματιδίων μεταλλικών κραμάτων, τα οποία παρασκευάσθηκαν στο Πανεπιστήμιο του Μόντρεαλ από την ερευνητική ομάδα του καθηγητή κ. Μ. Μeunier. Τα νανοσωματίδια χρυσού-αργύρου είχαν διαφορετικές περιεκτικότητες των δύο μετάλλων (δηλ. ΑuxAg(1-x)), ενώ ανάλογα με τη σύσταση τους παρουσίασαν μεταβλητές οπτικές ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένου και της θέση του επιφανειακού πλασμονίου. Η μελέτη των διαλυμάτων πραγματοποιήθηκε για μήκος κύματος διέγερσης στην ορατή φασματική περιοχή (δηλ. 532 nm), πολύ κοντά στο επιφανειακό πλασμόνιο του χρυσού. Η επίδραση του επιφανειακού πλασμονίου στην απόκριση των δυο μετάλλων αλλά και των διαφόρων κραμάτων που μελετήθηκαν ήταν εμφανής, προκαλώντας ενίσχυση με αύξηση της περιεκτικότητας σε χρυσό, ενώ ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσίασε η συμπεριφορά των κραμάτων υπό διέγερση ns παλμών, καθώς βρέθηκαν να έχουν θεμελιωδώς διαφορετικές ιδιότητες από αυτές του χρυσού και του αργύρου. Στο κεφάλαιο 4, παρουσιάζονται οι μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες συστημάτων πολυμερών/παλλαδίου. Μελετήθηκαν δυο ειδών συστήματα, τα υβριδικά μικυλιακά CbzEMAx-b-AEMAy/Pd και τα PVP/Pd, τα οποία παρασκευάσθηκαν στο τμήμα Μηχανολικών Μηχανολογίας και Κατασκευαστικής του Πανεπιστημίου Κύπρου υπό την επίβλεψη της Επ. καθηγήτριας κ. Κρασιά-Χριστοφόρου. Όπως αποδείχθηκε από τα αποτελέσματα της μελέτης, η απόκριση των συστημάτων δεν επηρεάζεται από το πολυμερικό περιβάλλον, ενώ καθορίζεται αποκλειστικά από το μέταλλο. Τέλος, σημαντικό ρόλο φάνηκε να παίζει το μέγεθος των σωματιδίων ή του μεταλλικού πυρήνα αντίστοιχα. Έπειτα, στο κεφάλαιο 5 μελετώνται χαμηλοδιάστατα υβριδικά συστήματα ιωδιούχου μολύβδου. Η σύνθεση των δειγμάτων πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο του Επ. καθηγητή του τμήματος Επιστήμης των Υλικών του Πανεπιστημίου της Πάτρας, κ. Κούτσελα. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε για διαλύματα μονοδιάστατων κβαντικών ψηφίδων των οκταεδρικών νανοδομών PbI6 και για αιωρήματα της διδιάστατης δομής (FpAH)2PbI4, η οποία απαρτίζεται από μονοστρωματικά φύλλα των δομικών μονάδων (PbI6)4-. Σε όλες τις πειραματικές συνθήκες, το διδιάστατο σύστημα παρουσίασε μια γιγαντιαία ενίσχυση της μη γραμμικότητας συγκριτικά με το μονοδιάστατο, φτάνοντας τις πέντε τάξεις μεγέθους. Τέλος, στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζεται η μη γραμμική οπτική απόκριση και ο οπτικός περιορισμός διαφόρων συστημάτων ανθρακικών ψηφίδων, φέροντας διαφορετικές οργανικές αλυσίδες στην επιφάνεια τους. Η σύνθεση των συστημάτων πραγματοποιήθηκε στο τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων από τον Επ. Καθηγητή κ. Μπουρλίνο. Οι διαφορές που εντοπίστηκαν μεταξύ των διαφόρων νανοϋλικών ήταν ουσιώδεις, υποδηλώνοντας τη δυνατότητα προσαρμογής και ελέγχου των μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων, με κατάλληλη τροποποίηση της επιφάνειας των σωματιδίων. / In the present thesis, the third-order nonlinear optical (NLO) properties of metallic nanoparticles, either encapsulated in polymers or in block copolymers, as well as bimetallic nanoparticles are investigated. Among the purposes of this work is to examine metallic nanostructures based on palladium (Pd), which is one of the least studied metals regarding their nonlinear optical response. In this view, single Pd nanoparticles are compared with another class of recently synthesized Pd-based nanomaterials, i.e., Pd micellar nanohybrids. In addition, gold-silver alloyed nanoparticles are examined and compared with their monometallic counterparts, exhibiting substantial differences and potential application in optoelectronic devices and photonic applications. In all cases, the main motivation of this work is to take advantage of the surface plasmon resonance (SPR), located in the ultraviolet or visible spectral area, to enhance/tailor the NLO properties of the metallic/hybrid nanostructures. As a continuation of the low dimensional metallic structures, the NLO response of some carbon-dots and quantum-dots are investigated, aiming to examine the correlation of their optical nonlinearities with their structure and the origin of the NLO enhancement. Therefore, the structure of this thesis is as follows: Initially the basic concepts of nonlinear optics, the physical processes related with it, as well as the physical mechanisms related to the nonlinear refractive index will be presented. Moreover the equations, which describe the nonlinear optical susceptibilities (linear and nonlinear) will be derived. Then, reference will be made to the optical parameters related to the third order optical nonlinearity and to the experimental techniques which were employed for the determination of the nonlinearity, as well as to the procedure followed to derive the nonlinear optical parameters from the acquired experimental data. Moreover, in the beginning of chapter 3 the theory of SPR in metals will be explicitly presented, followed by the experimental results obtained by the Au-Ag nanoalloys. More in detail, AuxAg(1-x) nanoparticles with varying metallic content and optical properties (i.e., SPR) were excited with resonant irradiation conditions (i.e., close to the SPR maximum) both of ps and ns pulse duration. The results demonstrate a straightforward dependence of the NLO response on the gold molar fraction of the alloys, this being attributed to the different band structures of the systems, thus suggesting a mean of tailoring the NLO properties of bimetallic nanostructures. Also, it is shown that under ns laser excitation the nano-alloys exhibit fundamentally different behavior than pure Au and Ag nanoparticles. The samples were produced by fs laser ablation in the University of Montreal by the research group of Prof. Michel Meunier. In chapter 4, the NLO properties of various polymer/Pd systems will be presented. Two different type of materials were investigated: the hybrid micellar CbzeMAx-bAEMAy/Pd and PVP/Pd, which were synthesized in University of Cyprus under the supervision of Prof. Theodora Krasia-Christoforou. As shown, the polymeric environment does not affect the total NLO response, however it can be effectively used to define the size, shape and SPR properties of the nanohybrids. On the contrary, the size of Pd nanoparticles or the micellar core size was found to be determinative for the NLO behavior of the systems. Then, in chapter 5, some low-dimensional hybrid lead-iodide systems are investigated. Specifically, the PbI6 octahedral quantum dots and the two-dimensional (FpAH)2PbI4 structure, consisting of monolayers of (PbI6)4- corner sharing structural units are synthesized in University of Patras, by Prof. Ioannis Koutselas. Under all excitation conditions, the quantum wells were found to exhibit gigantic NLO response in comparison with the quantum dots, reaching even 5 orders of magnitude. Finally, in the last chapter, the NLO response and optical limiting action of a series of carbon-dots, bearing various organic chains attached on their surfaces, will be presented. The carbon-based materials were prepared in the University of Ioannina, by Prof. Athanasios Bourlinos. By comparing the various studied systems, it is shown that the surface passivation is the key to control the NLO behavior of these nanostructures. In this case, of great importance is the sp2/sp3 ratio and consequently the modification of the band structure of carbon-dots, since it can significantly affect their NLO properties.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι αρχικά να μελετηθεί η επιφάνεια του οξειδίου ινδίου κασσιτέρου που έχει αποτεθεί σε υπόστρωμα ΡΕΤ και να γίνουν πάνω σε αυτήν χημικές επεξεργασίες αλλά και ιοντοβολή, ώστε να παρατηρηθούν τι επιδράσεις έχουν αυτές οι κατεργασίες στην επιφάνεια και ενδεχομένως στο έργο εξόδου. Οι κατεργασίες επιλέχθηκαν επειδή είναι γνωστή από την βιβλιογραφία η επίδρασής τους στο ΙΤΟ που όμως έχει αποτεθεί σε γυαλί, και η σύγκριση με τα δικά μας αποτελέσματα θα δώσει χρήσιμες πληροφορίες για τις διαφορές των δύο υλικών καθώς και αν οι κατεργασίες αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν και αν είναι χρήσιμες για την αύξηση του έργου εξόδου του ΙΤΟ-ΡΕΤ. Επίσης, στη συνέχεια έγιναν αποθέσεις οργανικού ημιαγώγιμου υλικού (NiPc) πάνω στο υπόστρωμα ΙΤΟ-ΡΕΤ το οποίο είχε επεξεργαστεί χημικά, με σκοπό να προσδιοριστεί η ηλεκτρονική δομή της διεπιφάνειας του οργανικού και του υποστρώματος, ώστε να μελετηθεί η επίδραση του ΙΤΟ-ΡΕΤ στην συμπεριφορά της διεπιφάνειας και να διαπιστωθεί η πιθανή εφαρμογή τους σε ηλεκτρονικές διατάξεις. / The purpose of this thesis is to study the surface of indium tin oxide deposited on PET substrate after some chemical treatments and Argon Sputtering, in to order to investigate what effects these treatments have on the surface and possibly in the work function. The treatments were chosen because it is known from the literature the influence they have on the ITO, but which it has been deposited on glass, and a comparison of our results will provide useful information about differences between the two materials, and whether these treatments can be useful for increasing the work function of ITO-PET. Also, it was deposited organic semiconductor material (NiPc) onto the ITO-PET substrate that was chemically processed in order to determine the electronic structure at the interface of organic substrate and to study the effect of ITO-PET in the behavior of interface and to determine its possible application in electronic devices.

Το ερευνητικό ενδιαφέρον για τους οργανικούς ημιαγωγούς είναι συνεχώς αυξανόμενο τα τελευταία χρόνια, καθώς η αγορά των οργανικών ηλεκτρονικών είναι από τις πιο αναπτυσσόμενες. Για την καλή απόδοση των διατάξεων αυτών σημαντικός είναι ο ρόλος των διεπιφανειών. Οι οικογένειες των n-type οργανικών ημιαγωγών naphthalene bisimides και perylene bisimides έχουν δείξει καλές αποδόσεις σε οργανικά τρανζίστορ. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν οι διεπιφάνειες νέων οργανικών ημιαγωγών από τις παραπάνω οι οικογένειες οργανικών πάνω σε ανόργανα υποστρώματα με φασματοσκοπίες φωτοηλεκτρονίων. Μελετήθηκε ο σχηματισμός λεπτών υμενίων, πάχους έως τα 10 nm, τριών naphthalene οργανικών ημιαγωγών με διαφορετικό ενεργειακό χάσμα πάνω στον χρυσό και ενός perylene πάνω σε χρυσό και SiO2. Σκοπός ήταν να προσδιοριστεί η επίδραση των διαφορετικών υποκαταστατών του κεντρικού πυρήνα των naphthalene bisimides, στα ενεργειακά χαρακτηριστικά του ημιαγωγού και τα φράγματα έγχυσης των φορέων στην διεπιφάνεια με τον χρυσό. Ο τρόπος ανάπτυξης των όλων των οργανικών ημιαγωγών προσδιορίστηκε ως πολλαπλά στρώματα. Σε μια περίπτωση εντοπίστηκε ότι αλλάζει από οριζόντιο σε κάθετο ο προσανατολισμός των μορίων. Προσδιορίστηκαν όλα τα μεγέθη που χαρακτηρίσουν ενεργειακά την διεπιφάνεια. Συγκεκριμένα, σε όλες τις διεπιφάνειες εμφανίζεται ένα διεπιφανειακό δίπολο λόγω της αναδιάταξης του ηλεκτρονιακού νέφους της επιφάνειας του χρυσού από τα μόρια του οργανικού. Επίσης, οι τιμές των φραγμάτων έγχυσης των ηλεκτρονίων που υπολογίστηκαν είναι αρκετά μικρές που δείχνουν το n-type χαρακτήρα των οργανικών. Οι τιμές του δυναμικού ιονισμού που υπολογίστηκαν ήταν όλες μεγαλύτερες του 5, που είναι προϋπόθεση για τα τρανζίστορ να είναι σταθερά στον αέρα, ενώ σε μια περίπτωση η τιμή ήταν αρκετά μικρή, που δείχνει ότι ο συγκεκριμένος οργανικός ημιαγωγός μπορεί να έχει ambipolar χαρακτηριστικά. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο χρυσός μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά ως ηλεκτρόδιο σε τρανζίστορ με n-type οργανικούς ημιαγωγούς. Τέλος, από τα αποτελέσματα τονίστηκε ότι με την υποκατάσταση χημικών ομάδων στον κεντρικό πυρήνα του naphthalene, μια εύκολη διαδικασία, είναι δυνατόν να οδηγηθεί ενεργειακά η διεπιφάνεια προς την επιθυμητή κατεύθυνση. / In the recent years the interest on organic semiconductors is increased as the market of organic electronics is one of most promising. The interfaces between the organic semiconductors with metals or other materials are crucial for the performance of the devices. The study of interfaces by surface sensitive techniques could give useful information for the physics of metal-organic contacts and therefore it is possible the tuning and the improvement of the device performance. The n-type organic semiconductors derivatives of naphthalene bisimides and perylene bisimides, have shown good performance in OFETs. In this work, the interfaces of new synthesized naphthalene bisimides and perylene bisimides molecules with inorganic substrates have been studied by photoelectron spectroscopies. Thin films up to 10 nm thickness of three naphthalene organic semiconductors of different energy gap on Au substrates have been studied. The aim was to investigate the effect of the different substituents of the naphthalene core on the energy characteristics of the organic semiconductors and on the charge injection barriers at the interface. Moreover, the interface of one perylene n-type semiconductor deposited on Au and SiO2 was studied in order to examine the influence of the substrate on the growth mode and the electronic properties. The growth mode of all the organic semiconductors was characterized as simultaneous multilayers. In one case, the orientation of the organic molecules was changed from horizontal to vertical to the surface. In all the interfaces an interface dipole is formed during the early stage of deposition which is attributed to the reorganization of the electron cloud of the Au surface by the organic molecules when they are deposited on Au. The hole and electron injection barriers were also determined. The electron injection barriers were found to be small which indicates the n-type character of these organic molecules. In addition, the results displayed that the Au can be used efficiently as electrode in devices with these organic semiconductors. The ionization potentials of the organic semiconductors were measured and found to be above 5 eV for all and therefore, they are suitable for air-stable transistors. In the case of one organic semiconductor the ionization potential was measured close to the value of five. Thus, this organic semiconductor is suitable for ambipolar transistors. The valance band characteristics near the HOMO, as detected by the UPS spectra, showed that they are affected by the different substituents on the side groups of the imide. These results have shown that changing the substituents of the organic core, which is an easy process; it is possible to tune the energy levels and the electronic characteristics of the interface.