L’alliage germanium-étain est un semiconducteur qui suscite une grande attention en raison de ses propriétés électriques et optiques. L’incorporation de Sn dans le germanium permet d’ajuster la largeur de bande interdite (gap) et d’améliorer la mobilité des électrons et des trous, et pour une quantité suffisante d’étain, le matériau passe d’un gap indirect à direct. Cet alliage est versatile parce qu’il peut être intégré d’une façon monolithique sur le Si, c’est ce qui en fait un matériau idéal dans les domaines de l'optoélectronique à base de silicium. Cette thèse est sur la fabrication et la caractérisation de nanofils cristallins Ge1-xSnx à haute concentration en Sn. Des nouvelles stratégies ont été employées pour fabriquer de nombreux types de nanofils GeSn. Les résultats ont été expliqués en fonction des modèles cinétiques existants. Un nouveau mécanisme de croissance y est décrit: le mécanisme solide-solide-solide – SSS. Il consiste à faire croître des nanofils de GeSn dans le plan du substrat à l’aide de catalyseurs d’étain à une température inférieure au point de fusion de Sn. Quatre modèles de transport de masse sont proposés pour le mécanisme de croissance du SSS. Diverses caractérisations (par exemple TEM et APT) ont été effectuées pour étudier les propriétés physiques, et chimiques des nanofils. / Germanium-Tin alloy is a unique class semiconductor gaining a strong attention because of its significant electrical and optical properties. Sn incorporation in Ge allows straightforward band-gap engineering enabling to enhance the electron and hole mobilities, and for a sufficient Sn amount an indirect-to-direct band-gap transition occurs. Its versatility rises due the possible monolithic integration on Si-platforms making it an ideal material in domains of optoelectronics, and high speed electronic devices. This thesis has focused on the fabrication and characterization of crystalline Ge1-xSnx nanowires with high Sn concentrations. New strategies were designed to fabricate many types of GeSn nanowires. The results have been explained as function of the existing kinetic models. A new growth mechanism was reported (i.e. Solid-Solid-Solid mechanism – SSS), it consists of growing in-plane GeSn nanowires using Sn catalysts below the melting point of Sn. Four mass transport models were proposed for the SSS growth mechanism. Various characterizations (e.g. TEM and APT) were done to investigate the physical and chemical properties of the obtained nanowires.

Μια από τις σημαντικότερες τεχνικές εγχάραξης σε μίκρο και νάνο-κλίμακα είναι αυτή της ξηρής εγχάραξης με πλάσμα. Η παρούσα εργασία είχε σαν σκοπό την κατασκευή διάταξης επεξεργασίας ψυχρού πλάσματος χαμηλής πίεσης που να λειτουργεί στο πεδίο των ραδιοσυχνοτήτων, με την προοπτική να χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία πολυμερών και άλλων υλικών που χρησιμοποιούνται στις μονώσεις υψηλών τάσεων ώστε να βελτιωθούν διάφορες ιδιότητές τους όπως η επιφανειακή υδροφοβία και η αντοχή στη ρύπανση. Ειδικότερα: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή του αναγνώστη στην επεξεργασία πλάσματος και συγκεκριμένα στην εγχάραξη και τους φυσικούς και χημικούς μηχανισμούς της. Αναλύεται η διάταξη RIE, η οποία εφαρμόζεται κατά την κατασκευή του συστήματος. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται ο σχεδιασμός και η κατασκευή της διάταξης επεξεργασίας, η οποία αποτελείτε από διακριτά μέρη όπως οι θάλαμοι, το πνευματικό σύστημα, το αντλητικό σύστημα και το σύστημα τροφοδοσίας της ισχύος. Δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή στη λεπτομερή περιγραφή του κάθε εξαρτήματος που ενσωματώθηκε και ο εξειδικευμένος ρόλος του, ενώ τα αναλυτικά κατασκευαστικά σχέδια παρατίθενται στο παράρτημα. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται βασικός χαρακτηρισμός του αντιδραστήρα. Δηλαδή, παρουσιάζονται οι ηλεκτρικές μετρήσεις οι οποίες ταυτίζονται με τη βιβλιογραφία, παρουσιάζονται οπτικές μετρήσεις από τις οποίες γίνεται ταυτοποίηση ενεργών σωματίων, τα οποία επίσης είναι σύμφωνα με τη βιβλιογραφία παρόμοιων συστημάτων και τέλος, γίνεται ενδεικτική επεξεργασία πολυμερούς και έλεγχος του αποτελέσματος, το οποίο είναι η πιστή απόδοση μοτίβου και ρυθμός εγχάραξης 30nm/min. Στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο προτείνονται μελλοντικές εργασίες και βελτιώσεις. / One of the most prominent etching techniques at micro and nano-scale is dry plasma etching. This work’s purpose was the fabrication of a cold plasma low pressure radio-frequency processing rig, with the prospect of being used for polymer and other materials processing, that are used in high voltage insulators, in order to improve their surface properties such as hydrophobicity and pollution resistance. In particular; In the first chapter the reader is being introduced in plasma processing and in particular in etching and physical and chemical mechanisms. RIE set-up, which is to be applied in our rig, is being analyzed. In the second chapter the design and fabrication of the processing rig are being described, which includes parts like the chambers, the pneumatic system, the pumping system and the power delivery system. Special care has been given for a detailed description of every added component and its specialized role, while their analytical mechanical designs are collocated in the appendix. In the third chapter a basic characterization of the reactor is being delivered. Namely, we present electrical measurements which correspond precisely to bibliography and we also present optical measurements from which identification of reactive species is derived, also in accordance to bibliography. Finally, a polymeric substrate is indicatively processed and the result is the faithful pattern transfer by an etching rate of 30nm/min. In the fourth and last chapter, suggestions for future work and improvements are made.

Στην παρούσα Ειδική Ερευνητική Εργασία ερευνώνται οι οπτικές ιδιότητες των νανοκρυσταλλικών κβαντικών τελειών CuInS2/ZnS, γνωστές ως CIS/ZnS QDs, τόσο με τη χρήση φασματοσκοπίας σταθερής κατάστασης όσο και με τη χρήση φασματοσκοπίας χρονικής ανάλυσης με την τεχνική Time Correlated Single Photon Counting. Ειδικότερα, διερευνώνται οι μηχανισμοί που εμπλέκονται στη διαδικασία της εκπομπής φωτός, η επίδραση που έχει η πολικότητα του διαλύτη και η συγκέντρωση των κβαντικών τελειών, όταν είναι διαλυμένες εντός διαλύματος, καθώς και η αλληλεπίδραση μεταξύ των κβαντικών τελειών όταν είναι εναποτιθέμενες σε υμένια, είτε με την τεχνική drop-casting είτε με spin-coating. Τόσο η αύξηση της συγκέντρωσης των κβαντικών τελειών όσο και η αύξηση της πολικότητας του διαλύτη προκάλεσε τη μετατόπιση του εξιτονικού ώμου και του μήκους κύματος μέγιστης εκπομπής προς το ερυθρό, στα φάσματα σταθερής κατάστασης. Επίσης η μετατόπιση της φωτοφωταύγειας των CIS/ZnS QDs προς το ερυθρό ήταν μεγαλύτερη στα υμένια που είχαν παρασκευασθεί με την τεχνική drop-casting από τα υμένια με το ίδιο υπόστρωμα που είχαν παρασκευασθεί με την τεχνική spin-coating. Με χρήση φασματοσκοπίας χρονικής ανάλυσης, ανιχνεύθηκε η ύπαρξη τριών μηχανισμών στα διαλύματα με χρόνους ζωής 1-3, 20-40 και 200-300 ns, ενώ στα υμένια προστέθηκε ένας επιπλέον μηχανισμός με χρόνο ζωής από μερικές εκατοντάδες ps έως 4 ns. Ο χαρακτήρας της αποδιέγερσης των QDs στα υμένια κυμαίνεται μεταξύ διεκθετικού και τετραεκθετικού ανάλογα με το δείγμα και το μήκος κύματος ανίχνευσης. Το περίεργο χαρακτηριστικό του νέου μηχανισμού που ανιχνεύθηκε στα υμένια είναι ότι γίνεται πιο γρήγορος και πιο αποδοτικός καθώς το μήκος κύματος ανίχνευσης αυξάνει. Ένας παρόμοιος μηχανισμός δεν έχει αναφερθεί σε άλλες εργασίες με CIS/ZnS QDs, ενώ έχει αναφερθεί σε παλιότερες εργασίες με PbS QDs τόσο σε διαλύματα όσο και σε στερεά υμένια. Η μετατόπιση των πυκνών υμενίων προς το ερυθρό σε σχέση με τα αραιά αποτελεί ένδειξη της ύπαρξης μεταφοράς ενέργειας μεταξύ QDs διαφορετικών μεγεθών. / In this Master Thesis, the optical properties of CuInS2/ZnS nanocrystal quantum dots are investigated. For this purpose both steady state and time resolved spectroscopy, specifically the Time Correlated Single Photon Counting technique, were used. The photoluminescence properties of CuInS2/ZnS quantum dots, commonly known as CIS/ZnS QDs, either dissolved in solutions of different concentrations and solvent polarities or deposited on films made by spin-coating or drop-casting are studied. Either in the absorption and the photoluminescence steady state spectra, a red-shift both in the excitonic transition and the wavelength of the maximum intensity was observed as the concentration of the CIS/ZnS QDs or the polarity of the solvent increased. In films, a red-shifted photoluminescence spectrum is observed for films made by drop-casting compared to those prepared by spin-coating, having the same substrate material. By using time-resolved photoluminescence spectroscopy a three-exponential decay was observed in solutions, with time constants 1-3, 20-40 and 200-300 ns, while decays in films, apart from the three mechanisms also observed in solutions, also exhibit a fast decay component with a lifetime varying from some hundreds of ps until 4 ns. The attitude of the decay in films varies from two-exponential to four-exponential and it depends on the samples and the detection wavelength. The strange characteristic of the new mechanism which was detected in films is that its lifetime becomes shorter and its pre-exponential factor increases with the detection wavelength. To the best of our knowledge, such a faster decay as the emission wavelength increases has never been reported for CIS/ZnS QDs, but it has been reported for PbS QDs either diluted in solution or deposited in polymeric matrices. The time resolved photoluminescence spectra in the drop-casted films experience a larger transient red-shift than the spin-coated ones, indicative of a possible energy transfer among adjacent QDs with different diameters.