No description available.

No description available.

Цель магистерской диссертации состояла в изучении влияния режимов анодирования и условий последующей температурной обработки на структурные и люминесцентные свойства нанопористого оксида алюминия. Рассмотрены основные структурные особенности анодированного оксида алюминия (АОА) и методики получения его упорядоченных структур, его области применения и люминесцентные свойства. Успешно синтезирована серия из 20 образцов АОА в условиях варьирования электрохимических, временных и температурных режимов. Проведена аттестация полученных образцов методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. Проведена статистическая обработка полученных снимков с помощью анализатора изображений SIAMS 700. Проанализированы зависимости среднего диаметра пор от напряжения анодирования и толщины оксидного слоя от времени анодирования. Рассчитана средняя скорость роста АОА для гальвано- и потенциостатических режимов. Изучены особенности и трансформация спектров диффузного отражения, фото- и катодолюминесценции образцов АОА в зависимости от условий электрохимического окисления и последующей термообработки. На основе сравнительного анализа литературных данных проведена идентификация активных центров свечения собственной (F-, F+-центры) и примесной (комплексы C2O42- и HC2O4-, ионы Cr3+ и Mn4+) природы. Рассмотрены перспективы дальнейших исследований и возможных применений синтезируемых мембран анодированного оксида алюминия. / The aim of this Master paper is to study the effect of anodizing modes and subsequent temperature treatment on structural and luminescent properties of nanoporous anodic alumina. Structural features of anodic aluminum oxide (AAO), its ordered structures obtaining methods, fields of application and luminescent properties were discussed. A series of twenty samples varying electrochemical, time and temperature regimes was obtained. Obtained samples were characterized by scanning electron microscopy and X-ray diffraction analysis techniques. Images of structures were quantitavely analyzed using SIAMS 700 software package. It was studied how average pore diameter and oxide layer thickness depend on anodizing voltage and duration accordingly. Average AAO growth rate for galvanostatic and potentiostaic modes was calculated. Features and transformation of diffuse reflection, photo- and cathodoluminescence of AAO samples obtained under various electrochemical oxidation conditions and after subsequent temperature treatment were studied. Active emission centers of intrinsic (F-, F+-centers) and impurity (C2O42- and HC2O4- complexes, Cr3+ и Mn4+ ions) nature were identified on the basis of literature data comparative analysis. Further promising directions of studies and possible applications of synthesized AAO membranes were discussed.

Основными технологическими и трудно определяемыми примесями в h-BN выступают углерод и кислород. На производстве возникает необходимость в контроле качества с высоким пространственным разрешением как отдельных нанослоев h-BN, так и готовых гетероструктур на его основе. Целью работы является разработка способа неразрушающего контроля дефектности и примесного состава тонких слоев h-BN методами комбинационного рассеяния света и катодолюминесцентной спектрометрии. Выполнен литературный обзор особенностей материала гексагонального нитрида бора и его люминесцентных свойств. Проведены измерения исследуемых образцов при помощи рамановского спектрометра, сканирующего электронного микроскопа с катодолюминесцентной приставкой и электронно-зондового микроанализатора. Выполнен анализ полученных результатов. / The main technological and difficult-to-determine impurities in h-BN are carbon and oxygen. In production, there is a need for quality control with high spatial resolution of both individual h-BN nanolayers and heterostructures based on it. The aim of the work is to develop a method for non-destructive testing of the defects and impurity composition of h-BN thin layers by Raman scattering and cathodoluminescence spectrometry. A literature review of the features of the material of hexagonal boron nitride and its luminescent properties is performed. The samples were measured using a Raman spectrometer, a scanning electron microscope with a cathodoluminescent attachment, and an electron probe microanalyzer. The analysis of the obtained results is performed. Areas of application: diagnostics and quality control.

Les nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux, aussi dénommés boîtes quantiques colloïdales, présentent des propriétés d'absorption et de luminescence qui peuvent trouver des applications pratiques, par exemple dans l'imagerie biomédicale, dans les diodes électroluminescentes et dans le photovoltaïque. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à synthétiser des nanocristaux CdSe de différentes tailles et à améliorer leurs propriétés de luminescence par la croissance d'une coque épaisse de CdS. Nous avons caractérisé ces nanocristaux coeur-coque CdSe/CdS en microscopie confocale de fluorescence, en corrélant la photoluminescence des mêmes nanocristaux uniques en cathodoluminescence et en imagerie de microscopie électronique à transmission. Cette corrélation a permis de déterminer que l'énergie de photoluminescence de ces nanocristaux correspond à celle de cathodoluminescence. A partir d'une modélisation du chemin de l'électron dans le nanocristal, nous proposons une relation qui relie l'énergie des transitions excitoniques à sa taille, de façon linéaire. Cette relation tient compte d'un saut de phase et d'un délai qui correspondent à l'électron rebondissant à la surface. La confrontation de cette relation aux données expérimentales fait ressortir des invariants remarquables qui indiquent que cette relation est transposable à plusieurs matériaux en confinement quantique fort 1D, 2D et 3D.

Manipulating light by controlling surface plasmons on metals is being discussed as a means for bridging the size gap between micrometer-sized photonic circuits and nanometer-sized integrated electronics. Plasmonic waveguides based on metal nanoparticles are of particular interest for circumventing the diffraction limit, thereby enabling high-speed communication over short-range distances in miniaturized micro-components. However, scalable, inexpensive fine-tuning of particle assemblies remains a challenge and near-field probing is required to reveal plasmonic interactions. In this thesis, self-assembled waveguides should be produced on DNA scaffolds. DNA origami is an extremely versatile and robust self-assembly method which allows scalable production of nanostructures with a fine control of assemblies at the nanoscale. To form the plasmonic waveguides, six-helix bundle DNA origami nanotubes are used as templates for attachment of highly monodisperse and monocrystalline gold nanoparticles with an inter-particle distance of 1-2 nm. In the first part of this thesis, the effects of parameters which are involved in assembly reactions are systematically investigated. The assembly yield and binding occupancy of the gold nanoparticles are determined by an automated, high-throughput image analysis of electron micrographs of the formed complexes. As a result, unprecedented binding site occupancy and assembly yield are achieved with the optimized synthesis protocol. In addition, waveguides with different sizes of gold nanoparticles and different inter-particle distances, quantum dots attachments to the waveguides and multimerization of the waveguides are successfully realized. In the second part of this thesis, direct observation of energy transport through a self-assembled waveguide towards a fluorescent nanodiamond is demonstrated. High-resolution, near-field mapping of the waveguides are studied by electron energy loss spectroscopy and cathodoluminescence imaging spectroscopy. The experimental and simulation results reveal that energy propagation through the waveguides is enabled by coupled surface plasmon modes. These surface plasmon modes are probed at high spatial and spectral resolutions. The scalable self-assembly approach presented here will enable the construction of complex, sub diffraction plasmonic devices for applications in high-speed optical data transmission, quantum information technology, and sensing. / Die Manipulation des Lichts durch die Kontrolle von Oberflächenplasmonen auf metallischen Oberflächen und Nanopartikeln gilt als vielversprechende Methode zur Überbrückung der Größen-Lücke zwischen Mikrometer-großen photonischen und nanometer-großen elektronischen Schaltkreisen. Plasmonische Wellenleiter basierend auf metallischen Nanopartikeln sind vom besonderen Interesse, da sie die Umgehung des Beugungslimits und somit eine Hochgeschwindigkeitskommunikation über kurze Distanzen in immer kleiner werdenden Schaltkreisen ermöglichen könnten. Allerdings ist die skalierbare und kostengünstige Anordnung von Partikeln eine große Herausforderung und es werden Nahfelduntersuchungen benötigt um plasmonische Interaktionen detektieren zu können. Das Ziel dieser Arbeit ist die Selbstassemblierung von multi-partikel Wellenleitern auf DNA Gerüsten. Die Verwendung von DNA-Origami bietet eine äußerst vielseitige Plattform zur skalierbaren Herstellung von Nanostrukturen mittels Selbstassemblierung und ermöglicht eine präzise Kontrolle der Anordnungen im Nanobereich. Für den Aufbau der plasmonischen Wellenleiter werden DNA-Origami Nanoröhren, bestehend aus sechs Helices als Templat für die Anbindung von monodispersen und monokristallinen Goldnanopartikeln mit einem interpartikulären Abstand von 1-2 nm verwendet. Im ersten Abschnitt dieser Arbeit werden die beeinflussenden Faktoren dieser Assemblierungsreaktion systematisch untersucht. Die Ausbeute der assemblierten Strukturen und die Besetzung der Bindungsstellen werden durch eine automatisierte und effiziente Bildanalyse von Elektronenmikroskopieaufnahmen ausgewertet. Durch die Entwicklung eines optimierten Syntheseprotokolls werden bisher unerreichte Assemblierungsausbeuten ermöglicht. Zusätzlich erfolgen die experimentelle Realisierung von Strukturen mit verschieden großen Goldnanopartikeln und unterschiedlichen interpartikulären Abständen, sowie die Anbindung von Quantenpunkten an die Wellenleiter und eine Verknüpfung der assemblierten Strukturen. Der zweite Abschnitt dieser Dissertation befasst sich mit der Untersuchung des Energietransports in selbstassemblierten Wellenleitern über einen fluoreszierenden Nanodiamanten. Dazu erfolgen hochaufgelöste Nahfeldmessungen der Wellenleiter mittels Elektronenenergieverlustspektroskopie und Kathodolumineszenz-mikroskopie. Die experimentellen Ergebnisse und zusätzlich durchgeführte Simulationen bestätigen eine durch gekoppelte Oberflächenplasmonenmoden induzierte Weitergabe der Energie innerhalb des Wellenleiters. Diese Oberflächenplasmonenmoden werden bei hoher räumlicher und spektraler Auflösung untersucht. Das hier umgesetzte Konzept der Selbstassemblierung wird den Aufbau komplexer plasmonischer Geräte für Anwendungen im Bereich der optischen Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung, der Quanteninformations-technolgie und der Sensorik ermöglichen.

Manipulating light by controlling surface plasmons on metals is being discussed as a means for bridging the size gap between micrometer-sized photonic circuits and nanometer-sized integrated electronics. Plasmonic waveguides based on metal nanoparticles are of particular interest for circumventing the diffraction limit, thereby enabling high-speed communication over short-range distances in miniaturized micro-components. However, scalable, inexpensive fine-tuning of particle assemblies remains a challenge and near-field probing is required to reveal plasmonic interactions. In this thesis, self-assembled waveguides should be produced on DNA scaffolds. DNA origami is an extremely versatile and robust self-assembly method which allows scalable production of nanostructures with a fine control of assemblies at the nanoscale. To form the plasmonic waveguides, six-helix bundle DNA origami nanotubes are used as templates for attachment of highly monodisperse and monocrystalline gold nanoparticles with an inter-particle distance of 1-2 nm. In the first part of this thesis, the effects of parameters which are involved in assembly reactions are systematically investigated. The assembly yield and binding occupancy of the gold nanoparticles are determined by an automated, high-throughput image analysis of electron micrographs of the formed complexes. As a result, unprecedented binding site occupancy and assembly yield are achieved with the optimized synthesis protocol. In addition, waveguides with different sizes of gold nanoparticles and different inter-particle distances, quantum dots attachments to the waveguides and multimerization of the waveguides are successfully realized. In the second part of this thesis, direct observation of energy transport through a self-assembled waveguide towards a fluorescent nanodiamond is demonstrated. High-resolution, near-field mapping of the waveguides are studied by electron energy loss spectroscopy and cathodoluminescence imaging spectroscopy. The experimental and simulation results reveal that energy propagation through the waveguides is enabled by coupled surface plasmon modes. These surface plasmon modes are probed at high spatial and spectral resolutions. The scalable self-assembly approach presented here will enable the construction of complex, sub diffraction plasmonic devices for applications in high-speed optical data transmission, quantum information technology, and sensing. / Die Manipulation des Lichts durch die Kontrolle von Oberflächenplasmonen auf metallischen Oberflächen und Nanopartikeln gilt als vielversprechende Methode zur Überbrückung der Größen-Lücke zwischen Mikrometer-großen photonischen und nanometer-großen elektronischen Schaltkreisen. Plasmonische Wellenleiter basierend auf metallischen Nanopartikeln sind vom besonderen Interesse, da sie die Umgehung des Beugungslimits und somit eine Hochgeschwindigkeitskommunikation über kurze Distanzen in immer kleiner werdenden Schaltkreisen ermöglichen könnten. Allerdings ist die skalierbare und kostengünstige Anordnung von Partikeln eine große Herausforderung und es werden Nahfelduntersuchungen benötigt um plasmonische Interaktionen detektieren zu können. Das Ziel dieser Arbeit ist die Selbstassemblierung von multi-partikel Wellenleitern auf DNA Gerüsten. Die Verwendung von DNA-Origami bietet eine äußerst vielseitige Plattform zur skalierbaren Herstellung von Nanostrukturen mittels Selbstassemblierung und ermöglicht eine präzise Kontrolle der Anordnungen im Nanobereich. Für den Aufbau der plasmonischen Wellenleiter werden DNA-Origami Nanoröhren, bestehend aus sechs Helices als Templat für die Anbindung von monodispersen und monokristallinen Goldnanopartikeln mit einem interpartikulären Abstand von 1-2 nm verwendet. Im ersten Abschnitt dieser Arbeit werden die beeinflussenden Faktoren dieser Assemblierungsreaktion systematisch untersucht. Die Ausbeute der assemblierten Strukturen und die Besetzung der Bindungsstellen werden durch eine automatisierte und effiziente Bildanalyse von Elektronenmikroskopieaufnahmen ausgewertet. Durch die Entwicklung eines optimierten Syntheseprotokolls werden bisher unerreichte Assemblierungsausbeuten ermöglicht. Zusätzlich erfolgen die experimentelle Realisierung von Strukturen mit verschieden großen Goldnanopartikeln und unterschiedlichen interpartikulären Abständen, sowie die Anbindung von Quantenpunkten an die Wellenleiter und eine Verknüpfung der assemblierten Strukturen. Der zweite Abschnitt dieser Dissertation befasst sich mit der Untersuchung des Energietransports in selbstassemblierten Wellenleitern über einen fluoreszierenden Nanodiamanten. Dazu erfolgen hochaufgelöste Nahfeldmessungen der Wellenleiter mittels Elektronenenergieverlustspektroskopie und Kathodolumineszenz-mikroskopie. Die experimentellen Ergebnisse und zusätzlich durchgeführte Simulationen bestätigen eine durch gekoppelte Oberflächenplasmonenmoden induzierte Weitergabe der Energie innerhalb des Wellenleiters. Diese Oberflächenplasmonenmoden werden bei hoher räumlicher und spektraler Auflösung untersucht. Das hier umgesetzte Konzept der Selbstassemblierung wird den Aufbau komplexer plasmonischer Geräte für Anwendungen im Bereich der optischen Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung, der Quanteninformations-technolgie und der Sensorik ermöglichen.

No description available.

Despite enormous efforts and investments, the efficiency of InGaN-based green and yellow-green light emitters remains relatively low, and that limits progress in developing full color display, laser diodes, and bright light sources for general lighting. The low efficiency of light emitting devices in the green-to-yellow spectral range, also known as the “Green Gap”, is considered a global concern in the LED industry. The polar c-plane orientation of GaN, which is the mainstay in the LED industry, suffers from polarization-induced separation of electrons and hole wavefunctions (also known as the “quantum confined Stark effect”) and low indium incorporation efficiency that are the two main factors that contribute to the Green Gap phenomenon. One possible approach that holds promise for a new generation of green and yellow light emitting devices with higher efficiency is the deployment of nonpolar and semi-polar crystallographic orientations of GaN to eliminate or mitigate polarization fields. In theory, the use of other GaN planes for light emitters could also enhance the efficiency of indium incorporation compared to c-plane. In this thesis, I present a systematic exploration of the suitable GaN orientation for future lighting technologies. First, in order to lay the groundwork for further studies, it is important to discuss the analysis of processes limiting LED efficiency and some novel designs of active regions to overcome these limitations. Afterwards, the choice of nonpolar orientations as an alternative is discussed. For nonpolar orientation, the (1-100)-oriented (m-plane) structures on patterned Si (112) and freestanding m-GaN are studied. The semi-polar orientations having substantially reduced polarization field are found to be more promising for light-emitting diodes (LEDs) owing to high indium incorporation efficiency predicted by theoretical studies. Thus, the semi-polar orientations are given close attention as alternatives for future LED technology. One of the obstacles impeding the development of this technology is the lack of suitable substrates for high quality materials having semi-polar and nonpolar orientations. Even though the growth of free-standing GaN substrates (homoepitaxy) could produce material of reasonable quality, the native nonpolar and semi-polar substrates are very expensive and small in size. On the other hand, GaN growth of semi-polar and nonpolar orientations on inexpensive, large-size foreign substrates (heteroepitaxy), including silicon (Si) and sapphire (Al2O3), usually leads to high density of extended defects (dislocations and stacking faults). Therefore, it is imperative to explore approaches that allow the reduction of defect density in the semi-polar GaN layers grown on foreign substrates. In the presented work, I develop a cost-effective preparation technique of high performance light emitting structures (GaN-on-Si, and GaN-on-Sapphire technologies). Based on theoretical calculations predicting the maximum indium incorporation efficiency at θ ~ 62º (θ being the tilt angle of the orientation with respect to c-plane), I investigate (11-22) and (1-101) semi-polar orientations featured by θ = 58º and θ = 62º, respectively, as promising candidates for green emitters. The (11-22)-oriented GaN layers are grown on planar m-plane sapphire, while the semi-polar (1-101) GaN are grown on patterned Si (001). The in-situ epitaxial lateral overgrowth techniques using SiNx nanoporous interlayers are utilized to improve the crystal quality of the layers. The data indicates the improvement of photoluminescence intensity by a factor of 5, as well as the improvement carrier lifetime by up to 85% by employing the in-situ ELO technique. The electronic and optoelectronic properties of these nonpolar and semi-polar planes include excitonic recombination dynamics, optical anisotropy, exciton localization, indium incorporation efficiency, defect-related optical activities, and some challenges associated with these new technologies are discussed. A polarized emission from GaN quantum wells (with a degree of polarization close to 58%) with low non-radiative components is demonstrated for semi-polar (1-101) structure grown on patterned Si (001). We also demonstrated that indium incorporation efficiency is around 20% higher for the semi-polar (11-22) InGaN quantum wells compared to its c-plane counterpart. The spatially resolved cathodoluminescence spectroscopy demonstrates the uniform distribution of indium in the growth plane. The uniformity of indium is also supported by the relatively low exciton localization energy of Eloc = 7meV at 15 K for these semi-polar (11-22) InGaN quantum wells compared to several other literature reports on c-plane. The excitons are observed to undergo radiative recombination in the quantum wells in basal-plane stacking faults at room temperature. The wurtzite/zincblende electronic band-alignment of BSFs is proven to be of type II using the time-resolved differential transmission (TRDT) method. The knowledge of band alignment and degree of carrier localization in BSFs are extremely important for evaluating their effects on device properties. Future research for better understanding and potential developments of the semi-polar LEDs is pointed out at the end.

No description available.