Το αντικείμενο της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής είναι η αλληλεπίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με νανοδομημένους ημιαγωγούς. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε μια διάταξη καταγραφής φασμάτων φωτοφωταύγειας, συναρτήσει της θερμοκρασίας. Τα δείγματα που εξετάστηκαν περιέχουν νανοκρυστάλλους του πυριτίου. Ερευνήθηκαν δυο διαφορετικές προσεγγίσεις για την παρασκευή τέτοιων δειγμάτων. Η πρώτη αφορά την θερμική αποσύνθεση του SiO σε θερμοκρασίες άνω των 850 ºC και οδηγεί στην παρασκευή δειγμάτων με νανοκρυστάλλους πυριτίου σε μια μήτρα από οξείδιο του πυριτίου. Η δεύτερη είναι ο σχηματισμός πορώδους πυριτίου μέσω ανοδικής ηλεκτροδιάβρωσης, τόσο σε συνθήκες ανοδικής πόλωσης, όσο και σε συνθήκες ανοιχτού κυκλώματος. Τα δείγματα που προήλθαν από θερμική αποσύνθεση του SiO επιδεικνύουν έντονη φωτοφωταύγεια, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, στο εγγύς υπέρυθρο και σε ενέργειες μεγαλύτερες του ενεργειακού χάσματος του πυριτίου (1.12 eV), ως αποτέλεσμα της εξιτονικής επανασύνδεσης υπό συνθήκες κβαντικού εντοπισμού. Τα φάσματα φωτοφωταύγειας και ο δομικός χαρακτηρισμός, έδωσαν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με την αλληλεπίδραση και προέλευση της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας, της δομής και κινητικής του SiO που υπόκειται σε θερμική αποσύνθεση. Με την παρασκευή πορώδους πυριτίου, αναπτύχθηκε μια νέα μεθοδολογία για την ανάπτυξη μικροδομών πορώδους πυριτίου σε συνθήκες ανοιχτού κυκλώματος, με απολύτως ελεγχόμενη γεωμετρία και ιδιότητες φωτοφωταύγειας. Η μεθοδολογία αυτή είναι ενδιαφέρουσα για την ανάπτυξη μιας πληθώρας μικρο-ηλεκτρομηχανικών συστημάτων βασισμένα στο πορώδες πυρίτιο, όπως οπτοηλεκτρονικές διατάξεις και αισθητήρες. / The objective of this Thesis is the study of the interaction of electromagnetic radiation with nanostructured semiconductors. For this purpose we have designed and constructed a photoluminescence setup for the recording of spectra at various temperatures. The samples that have been investigated contain nanocrystals of silicon. We investigated two different approaches for the synthesis of such samples. The first one involves the thermal decomposition of SiO at temperatures above 850 ºC and results in silicon nanocrystals embedded in silicon oxide matrix. The second is the formation of porous silicon using the anodic dissolution of silicon under external anodic bias, as well as under open circuit potential conditions. Samples prepared by thermal decomposition of SiO exhibit strong photoluminescence, at room temperature, in the near infrared and at energies higher than the band gap of bulk silicon (1.12 eV), as a result of excitonic recombination under quantum confinement conditions. The recorded spectra and the structural characterization, gave us valuable information about the interaction, the origin of the emitted radiation, the structure and the kinetics of SiO undergoing thermal decomposition. The investigations concerning the formation of porous silicon, resulted in the development of a novel technique for the formation of porous silicon microstructures under open circuit potential conditions. The microstructure geometry and photoluminescence characteristics can be tuned. This technique is interesting for the fabrication of a variety of micro-electromechanical systems, based on porous silicon, such as optoelectronic devices and sensors.

Η περιοχή μελέτης καλύπτει ένα μέρος των ανθρακικών αποθέσεων της Κεντρικής και Εξωτερικής Ιόνιας ζώνης οι οποίες αποτέθηκαν από το Τριαδικό έως το Ηώκαινο. Γεωγραφικά οριοθετείται, κατά τον άξονα Ανατολή – Δύση, από τον εθνικό δρόμο Άρτας – Ιωαννίνων και το Ιόνιο Πέλαγος, και κατά Βορά – Νότο από νοητούς, παράλληλους προς τον Ισημερινό άξονες που διέρχονται από την Άρτα και την Ηγουμενίτσα. Η περιοχή βρίσκεται ανάμεσα στις συντεταγμένες 20ο 12΄ και 21ο 00΄ Ανατολικά, και 39ο 00΄ με 39ο 30΄ Βόρεια και καλύπτεται από τα ακόλουθα γεωλογικά φύλλα του Ι.Γ.Μ.Ε, κλίμακας 1:50.000: Άρτα, Καναλάκι, Πάργα, Θεσπρωτικό και Παραμυθιά. Από την μικροφασική ανάλυση και την ανάλυση φασικών ζωνών που προηγήθηκε σε συνδυασμό με την βιοχρονολόγηση εξάγεται το συμπέρασμα ότι κατά το Α.Τριαδικό αποτέθηκαν μικριτικοί και κατά θέσεις λιθοκλαστικοί ασβεστόλιθοι σε περιβάλλον υφαλοκρηπίδας περιορισμένης κυκλοφορίας. Από το Α.Τριαδικό και μέχρι το τέλος του Λιασίου αποτίθενται σε όμοιες περιβαλλοντικές συνθήκες grapestones, rudstones, floatstones και grainstones. Από το Λιάσιο και μέχρι το Σαντώνιο αποτίθενται mudstone – wackestone και σπανιότερα packstone σε περιβάλλον πρόσθιας κατωφέρειας έως και υφαλοκρηπίδας ανοιχτής θάλασσας. Από το Καμπάνιο έως το Πριαμπόνιο, όπου τοποθετείται και το τέλος της ανθρακικής ιζηματογένεσης στην Ιόνιο ζώνη, αποτίθενται εναλλαγές από mudstone – wackestone και floatstone – packstone σε περιβάλλον πρόσθιας κατωφέρειας και βαθύτερο όριο υφαλοκρηπίδας. Στρωματογραφικά οι αποθέσεις της περιοχής μελέτης αποτελούνται από τέσσερις συνολικά ακολουθίες 3ης τάξης, δύο χαμηλής στάθμης (LST), μία υψηλής στάθμης (HST) και μια επικλυσιγενής (TST). Ο συνολικός όγκος των μελετηθέντων ιζημάτων ανέρχεται σε 3064,796 χλμ3, καταλαμβάνοντας χρονικό διάστημα από το Ανώτερο Τριαδικό έως το Παλαιογενές, από τα όποια 1398,050 χλμ3 αποτελούνται από τους ασβεστόλιθους του Ιουρασσικού οι οποίοι λόγω της απουσίας το Ammonitico Rosso δεν διαχωρίζονται. Επιπλέον 796,777 χλμ3 αποτελούνται από τους ασβεστόλιθους της Βίγλας οι οποίοι μαζί με τις πελαγικές αποθέσεις του Μέσου – Άνω – Ιουρασσικού απαρτίζουν την πελαγική ακολουθία 2ης τάξης. Τέλος 449,921 χλμ3 και 420,048 χλμ3 ανήκουν στους ασβεστόλιθους το Α.Κρητιδικού και του Παλαιογενούς οι οποίοι απαρτίζουν την δεύτερη ακολουθία 3ης τάξης. Οι αποθέσεις του Τριαδικού λόγω του άγνωστου υποβάθρου τους και τις ευδιάλυτης φύσης τους δεν συμπεριλήφθηκαν στους υπολογισμούς όγκου. Από την μελέτη με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης προέκυψε ότι διεργασίες όπως μικριτίωση, ανακρυστάλωση, προσαύξηση και νεομορφισμός του υλικού τσιμεντοποίησης είναι καθολικές για όλα τα δείγματα. Σε κάποια δείγματα παρατηρήθηκαν πυριτικά συσσωματώματα τα οποία συνδέονται με την δράση θειοβακτηριδίων. Επίσης στο σύνολο των δειγμάτων παρατηρήθηκε ασήμαντο από άποψη υδραυλικών χαρακτηριστικών μεσοκρυσταλλικό και μεσοκοκκώδες πορώδες. Το πιο σημαντικό πορώδες παρατηρήθηκε σε δείγματα wackestone του Παλαιογενούς το οποίο συνίσταται από πορώδες διαλυσιγενών καναλιών, βιοδιάτρησης και ενδοκοκκώδες παρουσιάζοντας αυξημένο ενδιαφέρον από άποψη υδροχωριτικότητας και διαπερατότητας. Από την μελέτη των αργιλικών ορυκτών προκύπτει ότι τα ιζήματα το Μέσου Ιουρασσικού βρέθηκαν σε στάδιο Μέσης διαγένεσης και σε θερμοκρασίες που δεν υπερέβησαν τους 100 0C. Τα μεταγενέστερα ιζήματα βρεθήκαν όπως αναμένονταν σε ζώνες ασθενέστερης διαγένεσης με αποκορύφωμα τα ιζήματα του Παλαιογενούς που βρέθηκαν μόνο στο στάδιο της πρώιμης διαγένεσης ή ρηχής ταφής. Οι συνθήκες διαγένεσης κρίνονται ανεπαρκής για την ωρίμανση και γένεση υδρογονανθράκων. Από τη ανάλυση σταθερών ισοτόπων και οργανικού άνθρακα εξάγεται το συμπέρασμα ότι κανένα από τα δείγματα που μελετήθηκαν δεν συνδέεται με κανένα τρόπο με μητρικό πέτρωμα υδρογονανθράκων. Επίσης από ανάλυση μάζας πετρώματος δεν μπορούν να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα ως προς την θερμοκρασία που επικρατούσε στο περιβάλλον απόθεσης, λόγω των διαγενετικών αλλαγών. Όλα τα δείγματα που εξετάστηκαν έχουν δ τιμές μέσα στο εύρος των κανονικών πελαγικών αποθέσεων. Η υπό αμφισβήτηση παραδοχή ότι από τα παλαιότερα σε νεότερα πετρώματα το περιεχόμενο σταθερών ισοτόπων γίνεται ελαφρύτερο, δεν επιβεβαιώθηκε και επιπρόσθετα από τα αποτελέσματα τεκμηριώνεται η μη ορθότητα της παραδοχής. Το ποσοστό οργανικού άνθρακα καθορίζεται από τις οξειδωτικές ή αναγωγικές συνθήκες που επικρατούσαν και από τη δράση θειοβακτηριδίων και παραμένει εξαιρετικά χαμηλο στο σύνολο των δειγμάτων (<0,05 %). Η Ιόνιος ζώνη αναπτύχθηκε πάνω από ένα παθητικό περιθώριο με υπόβαθρο παλαιοζωικά μεταμορφωμένα πετρώματα τα οποία δεν έχουν επιφανειακές εμφανίσεις. Αρχικά και μετά από ηπειρωτική διάρρηξη αποτέθηκαν εβαποριτικά και ανθρακικά ιζήματα σε περιβάλλον περιορισμένης υφαλοκρηπίδας με εκτεταμένες και διάσπαρτες υπεράλμυρες λίμνες (sabkhas). Μετά από μία σύντομη περίοδο επιφανειακής έκθεσης η στάθμη της θάλασσας αυξήθηκε και αποτέθηκαν κανονικής αλμυρότητας ασβεστόλιθοι υφαλοκρηπίδας σε όλη τη διάρκεια του Λιασίου (Κ.Ιουρασσικό, κυρίως οι λεγόμενοι ασβεστόλιθοι ‘‘Παντοκράτορα’’). Στη συνέχεια και μέχρι το Σαντώνιο (Α.Κρητιδικό) αποτίθενται πελαγικοί ασβεστόλιθοι σε περιβάλλον υφαλοκρηπίδας ανοιχτής κυκλοφορίας με γεωμετρία ράμπας ίσης κλίσης (homoclinal ramp). Το περιβάλλον παραμένει ίδιο, με κάποιες μικρές τροποποιήσεις, όπως μεταβολή της κλίσης σε συνάρτηση με τη απόσταση από την ακτή και μικρή μείωση της στάθμης της θάλασσας, μέχρι το τέλος του Ηωκαίνου (Παλαιογενές) οπότε γίνεται μετάβαση σε κλαστική ιζηματογένεση. Από όλα τα δείγματα που μελετήθηκαν αυτά που δείχνουν να έχουν εκτεθεί σε θερμοκρασίες πάνω από 90-100 0C είναι ηλικίας Ιουρασσικού ή παλαιότερα. Στη περιοχή μελέτης όλα τα δείγματα που μελετήθηκαν έχουν περιεκτικότητα σε οργανικό υλικό μέχρι 0,05 % το οποίο είναι πολύ χαμηλότερο από το ελάχιστο απαιτούμενο 0,7 % για να είναι πιθανή ή γένεση υδρογονανθράκων. Επιπλέον οι τιμές δ του σταθερού ισοτόπου 13C απέχουν πολύ από τις τιμές -18 ‰ έως -27 ‰ οι οποίες χαρακτηρίζουν τα μητρικά πετρώματα υδρογονανθράκων. Για τους παραπάνω λόγους πιθανά μητρικά πετρώματα φαίνεται να είναι οι Τοάρσιας ηλικίας, λεγόμενοι “Κατώτεροι σχιστόλιθοι με Poseidonia”, και οι πλούσιες σε οργανικό υλικό παρενστρώσεις που βρίσκονται μέσα στα Τριαδικής ηλικίας ιζήματα. Σημαντικό είναι ότι καμία από τις παραπάνω αποθέσεις δεν έχουν επιφανειακή εμφάνιση στην περιοχή μελέτης. Ταμιευτήρια πετρώματα μπορεί να είναι είτε οι ημιπελαγικές αποθέσεις του Α.Κρητιδικού και του Παλαιογενούς είτε οι μεταηωκαινικές κλαστικές αποθέσεις. Ολοκληρώνοντας το ρόλο καλυμμάτων μπορούν να παίξουν τόσο οι πελαγικές αποθέσεις από το Μ.Ιουρασσικό έως το Κ.Κρητιδικό όσο και οι μεταηωκαινικές κλαστικές αποθέσεις. / PhD Thesis title is “The sedimentological evolution of the Ionian basin during Triassic to Eocene and the possible existence of hydrocarbon plays in the central part of the basin”. The main target of the study is to reveal, in every detail, the sedimentation pattern during the above mentioned time interval. The study area is located in western Greece (Fig. 1). The sediments of the Ionian basin were studied in fifty outcrops and a number of 300 samples were collected (Fig 2). Thin sections were prepared for all the samples and they were studied under polar microscopy. The samples were classified using Dunham’s (1965) classification chart. Afterwards, SMF and FZ, after Flugel (1972) and Wilson (1975), were determined. In addition, stable isotope analysis; clay mineral analysis, organic carbon analysis and micropaleontological study were contacted. The Triassic rocks crop out sparsely and only in signs due to their stratigraphic position, the oldest rocks, and their soluble nature. The outcrops are consisted of chaotic masses with no preferred orientation and no primary structures, like bedding (Getsos et al., 2004). Often they have suffered extensive dissolution and collapsing giving rise to the formation “Solution Collapse Breccias” (Pomoni-Papaioannou, 1980; Pomoni-Papaioannou, 1985; Karakitsios & Pomoni-Papaioannou 1998). Extensive outcrops characterize lower Jurassic sediments with great thickness, completely absence of bedding or other similar primary structure and abundant fragments and fragmentation effects. Karstification, calichification and pedogenesis are common. The sediments were studied in the following six different outcrops: T45, T5, T6, T30, T33, and T38. Samples were studied under polar microscope and their sedimentological and diagenetical pattern were revealed. The studied Early to Late Cretaceous Vigla’s formation appear as extensive outcrops of thin to medium bedded limestones with an average thickness of 200-400 m. Samples were collected from fifteen outcrops around the study area and they were studied under polar microscope. The results of the sedimentological analysis were further combined with the results of low resolution stable isotope analysis, organic carbon and clay mineral analysis. The Paleogene limestones appear as extensive outcrops consisted of intercalations of thin bedded pelagic limestones and medium to thick bedded coarse bioclastic – lithoclastic limestones. Their thickness varies between 180 and 440 m. Triassic. The studied sediments are contributed to four 3rd order sequences, two low stand systems tracts (LST), one of high stand systems tract (HST) and one transressive systems tract (TST). The total volume of studied sediments amounts in 3000 km3, occupying the Late Triassic – Paleogene time interval. The first LST has a duration of 45 million years and average thickness more than 3000 metres. It is consisted of the Triassic rocks and the Early Jurassic shallow shelf limestones, the so called “Pantokrator Limestones”. The HST is constituted of the Late Jurassic to Late Cretaceous (Santonian) pelagic limestones with an average thickness of 600 metres. The duration of the sequence is almost 80 million years. Between the above mentioned sequences the TST were deposited. The deposition took part during the Middle Jurassic and duration was almost 20 million years with a maximum thickness of no more than 200 metres. Finally the last LST sequence is constituted by the Late Cretaceous (Campanian) to Paleogene (Eocene) limestones with an average thickness of 400 m. and 45 million years duration. The study of samples under SEM has revealed a common diagenetic pattern. It is consisted of early diagenetic micritization and early diagenetic neomorphism and recrystallization. In a small number of samples pyrite was studied. Usually pyrite is the product of sulphate reduction bacteria. The microporosity is mainly intecrystall and it has no importance for reservation and fluid circulation. The most important porosity was observed in samples consisted of wackestones and packstones Paleogene in age and it was consisted of solution channels, borings and intraparticle. Clay mineral analysis have revealed the Middle Jurassic sediments suffered the Middle diagenesis stage and their temperatures did not exceed 100 0C. The newer sediments reached up to the Middle stage as well with only exception the Paleogene sediments which suffered only Early diagenesis or “Shallow burial stage”. The diagenetical conditions are insufficient for the maturation and genesis of hydrocarbons. Oxygen and carbon stable isotopes analysis and organic carbon analysis has revealed that the studied sediments do not constitute oil source rocks or reservoirs. The obtained δ values of the studied sediments are within the -+ 4 ‰ which is the characteristic of the normal pelagic limestones. The organic carbon analysis was contacted with the wet oxidation method. The organic carbon content of the whole sediments is very low and do not exceeds the 0.05% value. The Ionian basin was developed on a Mesozoic passive margin. The basement is studied only in signs in nearby areas (Albania) and it is consisted of metamorphosed Palaeozoic rocks. The first sediments deposited were carbonates and sulfates. The depositional environment was restricted circulation shelf and tidal flats and evaporates on sabkhas – Salinas. During the transgressive phase the environment was deep shelf margin and it was part of a homoclinal ramp system (middle ramp). The homoclinal ramp was covered until the initialization of the deposition of the last LST phase when the environment was transformed into a distally steepened ramp or rimmed shelf. Afterwards the carbonate sedimentation came to an end and the clastic sedimentation was established in a foreland basin. The studied sediments with depositional age after the Middle Jurassic have been exposed in temperature much less than 100 0C and as a consequence they are immature. The older sediments have suffered diagenetical temperature almost 100 0C or more and as consequence they are mature. The organic carbon content, as have already been mentioned, is maximum 0.05 %. This value is much lower than minimum hydrocarbon source rock organic carbon content (0.7%). Furthermore the δ values of the carbon stable isotope are much heavier than the values -18 to -27 ‰ which are the typical values of the source rocks. Taking into account the above facts the possible source rocks of the studied area could be the Toarcian age “Lower Posidonia Shales” and the rich in organic matter clayey intercalation of Triassic age. These possible source rocks do not crop out anywhere in the study are. Potential reservoirs can be the hemipelagic LST sequence of Late Cretaceous – Paleogene age or the clastic post Eocene sediments. Potential seal rocks are the pelagic HST sequence of Middle Jurassic – Late Cretaceous limestone and the fine-grained post Eocene clastic sediments.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάστηκε στη μελέτη συστημάτων ακουστικής εκπομπής για απευθείας αναπαραγωγή ψηφιακού ήχου. Η ερευνητική διαδικασία βασίστηκε στον προσδιορισμό και βελτίωση των δυνατοτήτων δύο διαφορετικών υλοποιήσεων ακουστικής μετατροπής: i. Ένα υβριδικό πρωτότυπο θερμοακουστικό στοιχείο και ii. Μια συστοιχία 32 ηλεκτροδυναμικών μεγαφώνων σχεδιασμένη, ώστε να αναπαράγει ψηφιακά ηχητικά σήματα. Η θερμοακουστική μετατροπή προσφέρει μια εναλλακτική τεχνική για υλοποιήσεις ακουστικών στοιχείων. Είναι βασισμένη στο μετασχηματισμό των διακυμάνσεων της θερμικής ενέργειας σε ακουστικό κύμα που προκαλούνται από τη ροή του ηλεκτρικού σήματος ήχου σε μια συσκευή στερεάς κατάστασης που λειτουργεί χωρίς τη χρήση οποιουδήποτε κινούμενου τμήματος ή μηχανισμού. Η υλοποίηση αυτής της τεχνικής ηχητικής αναπαραγωγής, μελετάται με τη χρήση ενός πρωτότυπου μετατροπέα ο οποίος αναπτύχθηκε πάνω σε πλακέτα κρυσταλλικού πυριτίου (silicon wafer). H απόδοση της συσκευής αυτής βελτιώνεται ιδίως όσον αφορά στις μη γραμμικές παραμορφώσεις που προσθέτει ο φυσικός μηχανισμός κατά την αναπαραγωγή των ακουστών συχνοτήτων. Για τις ανάγκες της ερευνητικής μελέτης κατασκευάσθηκε εξειδικευμένο στάδιο οδήγησης, ενώ επίσης αναπτύχθηκαν εργαλεία που προσομοιώνουν την απόδοση αυτών των συσκευών. Οι ψηφιακές συστοιχίες μεγαφώνων (DLAs) σήμερα βασίζονται σε μικρούς μετατροπείς κινούμενου πηνίου για την ανακατασκευή ακουστικών σημάτων από ροές ψηφιακού ήχου. Τα σημαντικά ζητήματα απόδοσης για τα συστήματα αυτά αναλύονται από την παρούσα διατριβή, με στόχο να ερμηνευθεί η απόκριση συχνότητας και οι ρυθμοί των διακριτών (on/off) μεταβάσεων των μεγαφώνων, εξαιτίας των ψηφιακών σημάτων. Λεπτομερείς προσομοιώσεις που επιτρέπουν την πραγματοποίηση συγκρίσεων για μια πανομοιότυπη συστοιχία 32 μετατροπέων η οποία τροφοδοτείται από αναλογικά σήματα, σε παρόμοια τοποθέτηση και ενεργοποίηση των στοιχείων. Οι μελέτες αυτές παράγουν πρωτότυπα αποτελέσματα για τις απαιτήσεις σε ηλεκτρική ενέργεια και την ευαισθησία της συστοιχίας, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι αυτά τα δύο συστήματα επιτυγχάνουν συγκρίσιμες επιδόσεις. / The present Phd Thesis is focused on the study of acoustic transduction systems for direct digital audio signal emission. The research process was based on the evaluation and optimization of the behavior of two different implementations: i. A novel hybrid thermoacoustic device and ii. A loudspeaker array consisting of 32 moving coil speakers designed for digital audio reproduction. Thermoacoustic transduction offers an alternative technique for transducer implementations, based on the transformation of thermal energy fluctuations into sound after the direct application of the electrical audio signal on a solid state device which operates without the use of any moving/mechanical components. Here, an implementation of this sound generation technique is studied based on a prototype developed on silicon wafer and its performance is optimised, especially with respect to non-linear distortions within the audio band. For the purposes of the research study a specialised driving circuit was constructed and also the appropriate tools were developed to simulate the performance of these devices. Digital loudspeaker arrays currently are based on small moving-coil speakers to reconstruct acoustic signals out of binary audio streams. An overview of significant performance issues for such systems is given here to explain frequency response and speaker discrete transition rates due to the digital data. Detailed simulations provided comparisons for a 32-speaker DLA with similar arrangements of speakers driven by analogue signals. These tests produce novel results for electrical power requirements and array sensitivity, concluding that these two systems achieve comparable performance.