<p>Thin films play an important role in science and technology today. By combining different materials, properties for specific applications can be optimised. In this thesis growth of copper, copper(I) oxide and copper(I) nitride on two different substrates, amorphous SiO₂ and single crystalline α-Al₂O₃ by the so called Atomic Layer Deposition (ALD) techniques has been studied. This technique allows precise control of the growth process at monolayer level on solid substrates. Other characteristic features of ALD are that it produces films with excellent step coverage and good uniformity even as extremely thin films on complicated shaped substrates.</p><p>Alternative deposition schemes were developed for the materials of interest. It was demonstrated that use of intermediate water pulses affected the deposition pathways considerably. By adding water, the films are thought to grow via formation of an oxide over-layer instead of through a direct reaction between the precursors as in the case without water.</p><p>For growth of copper(I) nitride from Cu(hfac)₂ and ammonia no film growth occurred without adding water to the growth process. The Cu₃N films could be transformed into conducting copper films by post annealing. In copper growth from CuCl and H₂ the water affected film growth on the alumina substrates considerably more than on the fused silica substrates. The existence of surface -OH and/or -NH_x groups was often found to play an important role, according to both theoretical calculations and experimental results.</p>

Thin films play an important role in science and technology today. By combining different materials, properties for specific applications can be optimised. In this thesis growth of copper, copper(I) oxide and copper(I) nitride on two different substrates, amorphous SiO2 and single crystalline α-Al2O3 by the so called Atomic Layer Deposition (ALD) techniques has been studied. This technique allows precise control of the growth process at monolayer level on solid substrates. Other characteristic features of ALD are that it produces films with excellent step coverage and good uniformity even as extremely thin films on complicated shaped substrates. Alternative deposition schemes were developed for the materials of interest. It was demonstrated that use of intermediate water pulses affected the deposition pathways considerably. By adding water, the films are thought to grow via formation of an oxide over-layer instead of through a direct reaction between the precursors as in the case without water. For growth of copper(I) nitride from Cu(hfac)2 and ammonia no film growth occurred without adding water to the growth process. The Cu3N films could be transformed into conducting copper films by post annealing. In copper growth from CuCl and H2 the water affected film growth on the alumina substrates considerably more than on the fused silica substrates. The existence of surface -OH and/or -NHx groups was often found to play an important role, according to both theoretical calculations and experimental results.

The thesis consists of two parts. Part 1 deals with the preparation of thin films and sub-micron powders of complex metal oxides by nebulized spray pyrolysis (NSP) and Part 2 consists of Brillouin scattering studies of solid materials exhibiting interesting phase transitions. The simple technique of NSP has been employed to prepare thin films of A12O3, PbTiO3, Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 (PZT) and PbZrO3 on single crystal substrate. The films were characterized by various techniques for their composition, structure, morphology and dielectric properties. Ferroelectric (FE) films of the configuration FE/LaNiO3/SiO2/Si (FE = PbTiO3 and PZT), wherein the LaNiO3 barrier electrode was also deposited on the SiO2/Si substrate by NSP, have been investigated. The films exhibit satisfactory ferroelectric properties. PbZrO3 films deposited on LaNiO3/SiO2/Si substrates show good features, including a reversible AFE ↔ FE transition. Sub-micron particles of TiO2, ZrO2, Pb(Zr0.5Ti0.5)O3, Al2O3, S1O2 and mullite have been prepared by NSP and characterized by various techniques. Brillouin scattering has been used, for the first time, not only to characterize the Peierls transition but also the incommensurate to commensurate transition in the one-dimensional blue bronze, K0.3M0O3. The charge density wave transition in NbSe2 has also been investigated by Brillouin scattering. The charge ordering and antiferromag-netic transitions in single crystals of the rare earth manganates, Nd0.5Ca0.5MnO3 and Pr0.63Ca 0.37MnO3, have been investigated by Brillouin scattering. It is noteworthy that the temperature variation of the Brillouin shift and intensity parallel to that of the magnetization, thereby throwing light on magnetic excitations in charge-ordered state. Brillouin scattering investigations of C60 and C70 films have yielded values of the elastic moduli.

In der vorliegenden Arbeit werden die optischen Eigenschaften von dünnen PTCDA und TiOPc Schichten untersucht. Dies wurde mit der Kombination der Methoden der Molekularstrahlepitaxie (OMBE), der differentiellen Reflexionsspektroskopie (DRS) und Photolumineszenzmessungen möglich. Dabei steht der Übergang vom Einzelmolekül zum molekularen Festkörper im Mittelpunkt. Der realisierte optische Aufbau ermöglicht es, die optischen Eigenschaften von molekularen Sub- und Multilagen während der Schichtabscheidung im Ultrahochvakuum (UHV) zu bestimmen. Eine Strukturuntersuchung kann so unmittelbar darauf im UHV durchgeführt werden, ohne Umordnungsprozesse durch einen Probe-Luft-Kontakt zu riskieren. In dieser Arbeit wurden PTCDA-Schichten auf Muskovit-Glimmer(0001) und auf Au(100) untersucht. Auf Glimmer wird sehr gut ausgeprägtes Lagenwachstum gefunden, die Moleküle bilden auf dem schwach wechselwirkenden Substrat hochgeordnete epitaktische Filme. Dies ermöglichte für PTCDA, als quasi-eindimensionaler Molekülkristall, die optische Charakterisierung von Monomeren, Stapel-Dimeren und -Oligomeren während des Filmwachstums mittels DRS und Photolumineszenzmessungen. Die DRS-Messungen zeigen, daß die bekannten Festkörpereigenschaften schon bei Schichtdicken in der Größenordnung von 3-4 Gitterkonstanten ausgeprägt sind. Bis zu diesen Dicken sind die wesentlichen Änderungen in den optischen Eigenschaften zu beobachten. Ausgehend von Monomer-typischen Spektren entwickeln sich in dieser Dickenskale bereits alle Charakteristika der Festkörperspektren, wobei der Monomer-Dimerübergang die gravierendsten spektralen Änderungen hervorruft. Diese überraschende Tatsache war von den gängigen Theorien so nicht zu erwarten und ist Beleg für eine starke Wechselwirkung zwischen den dicht gepackten Molekülen. Steigen die Dimensionen des Films weiter, gibt es nur noch marginale Änderungen, die sich hauptsächlich in spektralen Verschiebungen äußern. Diese &amp;quot;finite-size&amp;quot; Effekte sind mit gängigen Theorien der Delokalisation der molekularen Anregung verträglich. Die Größe der Verschiebungen deutet jedoch darauf hin, daß gestalt- und dickenabhängige dielektrische Effekte gegenüber Delokalisierung und Confinement von Excitonen dominieren. Die veränderte Substratwechselwirkung auf der Au(100)-Oberfläche zeigt sich sowohl in verändertem Filmwachstum als auch abweichenden optischen Eigenschaften. Es wurde beobachtet, daß sich die Einflüsse durch die Substratbindung auf der Längenskala von nur einer Gitterkonstanten auswirken. Die PTCDA-Lagen, die auf dieser hybridisierten Grenzschichtlage wachsen, haben bereits die vom ungestörten System bekannten Eigenschaften. Da auf der Goldoberfläche mit zunehmender Schichtdicke das Inselwachstum (Stranski-Krastanov-Wachstum) überwiegt, verwischen die schichtabhängigen spektralen Änderungen zusehends. Für TiOPc auf Glimmer(0001) wurde bei Raumtemperatur amorphes Wachstum beobachtet, mit weniger gravierenden spektralen Änderungen. Jedoch sind auch in diesem System große dickenabhängige Verschiebungen in den Spektren festzustellen, die wie im Fall von PTCDA-Schichten hauptsächlich dielektrischen Effekten zugerechnet werden können. In TiOPc/PTCDA-Heteroschichten auf Glimmer konnte der Energietransfer vom PTCDA zum TiOPc auf molekularer Ebene, durch Löschung der PTCDA-Lumineszenz und anschließender sensibilisierter Emission des TiOPc, nachgewiesen werden. Dabei wurde bei sehr kleinen TiOPc-Schichtdicken die Emission von TiOPc-Monomeren beobachtet. Zusätzlich wurde eine dem Anion TiOPc- zuzurechnende Emission, als Indiz einer Ladungstrennung auf molekularer Ebene festgestellt. Bei größeren TiOPc-Schichtdicken tritt Exciplexemission auf, als Beleg für die starke Molekül-Molekül-Wechselwirkung an der Grenzfläche. Bei dickeren Schichten wird mit zunehmender Aggregation der TiOPc-Moleküle, die Lumineszenzausbeute durch Öffnung einer Reihe von nichtstrahlenden Rekombinationsmöglichkeiten, wie auch bei PTCDA beobachtet, geringer.

This work deals with the structural and dielectric properties of Bariumtitanate (BTO) / Strontiumtitanate (STO) superlattices. The investigations were carried during the research for a doctoral thesis on the IFW Dresden, Institute for Metallic Materials (under supervision of Prof. Schulz). These multilayers have been prepared on single crystalline STO of (100) and (111) orientated substrates. All films where grown in an epitaxial mode. Additional superlattices and Bariumstrontiumtitanate (BSTO) thin films on silicon substrates with platinum bottom electrodes have been prepared. Thereby, (111) fibre-textured polycrystalline superlattices were produced. According to our knowledge this result was achieved for the first time (is unique in the world at the moment). According to high resolution TEM investigations of (001) oriented superlattices multilayers with atomically thin interfaces without noticeable interdiffusion have been prepared. XRD pattern of a multilayer consisting of BTO and STO monolayers that have only a thickness adequate one unit cell of BTO respective STO confirm this assumption. Multilayers on (111) oriented STO substrates show a much higher interface roughness than (001) orientated films. Regarding to the examinations in this thesis it is suggested that the roughness is correlated with the reduction of internal stresses by deformation of the stack and not with interdiffusion between the monolayers. For electrical measurements the film thickness has been varied from 30 nm to 300 nm and the periodicity in the range from 0.8 nm to 20 nm. Additionally, BSTO films of equivalent thickness and integral chemical composition were produced. Dielectical measurements were carried out in the temperature range from 20 K to 600 K and hysteresis measurements were done. It has to be pointed out, that multilayers have always lower dielectrical performances then BSTO films. In all cases the dielectric constant (DC) decreases with decreasing film thickness. Multilayers of a small periodicity show the highest DC?s, decreasing with increasing monolayer thickness in all cases. The maximum of DC shifted with decreasing film thickness to higher temperatures thus correlating with an increase of the out of plane lattice parameter. In this paper the mismatch between the stack respectivly the BSTO layers and the substrate has widely been discussed. In the case of BSTO the dielectric data can be qualitatively explained with the theory of strained films, developed mainly by Pertsev, under the assumption of a strain gradient in the thin film. Strain effects do also play an important role in ferroelectric multilayers as well as size and coupling effects between the monolayers. An adequate theory for the description of the dielectric behaviour of the ferroelectric superlattice produced during this research does yet not exist. Some thesis where pointed out, which effects have to be essentially included in to a consistent theory of ferroelectric multilayer. Some practical tips are also given, how to prepare monolayers and superlattices with very high DC and exellent hysteretic behaviour. / Es wurden (001) und (111) orientierte symmetrische BTO/STO-Multilagen auf niobdotierten STO-Einkristallen abgeschieden. Hierbei wurde sowohl die Gesamtschichtdicke, als auch deren Periodizität variiert. Zum Vergleich wurden weiterhin Ba0.5Sr0.5TiO3-Mischschichten unterschiedlicher Dicke präpariert. Aus den HRTEM und XRD Untersuchungen kann geschlossen werden, dass alle erhaltenen Schichten sowohl phasenrein als auch perfekt biaxial texturiert sind. Im Falle der (001) orientierten Multilagen konnten atomar scharfe Grenzflächen zwischen Einzellagen erhalten werden, wobei sich die Einzellagendicke bis auf eine Monolage (0.4 nm) reduzieren lässt. Aus der Schichtdickenabhängigkeit von d(001), dem mittleren out-of-plane Gitterparameter der Schicht, wird geschlossen, dass die Schichten auf den STO-Einkristallen Spannungsgradienten in den Schicht-normalen besitzen und an der Grenzfläche zum Substrat am stärksten verspannt sind. Die (111) orientierten Multilagen auf den STO-Einkristallen zeigen gegenüber den Schichten auf den (100) orientierten STO-Einkristallen eine deutlich erhöhte Interfacerauhigkeit. Vermutet wird, dass dies einerseits durch die andere kristallographische Orientierung der Wachstumsnormalen bedingt ist, weil damit jeweils keine geschlossenen SrO- bzw. BaO- und TiO3-Lagen ausgebildet werden. Andererseits zeigen die TEM-Aufnahmen eine deutliche Zunahme der Welligkeit der Einzellagen mit wachsendem Abstand vom Substrat, die rein mechanischen Effekten zugeschrieben wird. Die Verwölbung der Einzellagen könnte damit der Reduzierung der mechanischen Energie innerhalb des Systems dienen, wobei die Netzebenen dem Verlauf der Einzellagen folgen. Auf platinbeschichteten Siliziumsubstraten konnten erstmals phasenreine (111) fasertexturierte Mischschichten und BTO/STO-Multilagen abgeschieden werden. Grundlage hierfür war die Optimierung des Pt/Ti/SiO2/Si Schichtsystems hinsichtlich seiner thermischen Stabilität bis zu 800°C. Die Textur der Schichten wird von der Platingrundelektrode übernommen und deren Rauhigkeit teilweise verstärkt. Eine mechanische Verwölbung der Einzellagen konnte hier nicht beobachtet werden. Für die elektrischen Messungen wurden auf allen Schichten etwa 50 nm dicke Platinelektroden durch eine Hartmaske mittels Elektronenstrahlverdampfung im Hochvakuum bei etwa 300°C aufgebracht. Anschließend wurden die Schichten an Luft getempert, um das Sauerstoffdefizit, dass sich bei der Elektrodenabscheidung einstellt, auszugleichen. Die elektrischen Messungen zeichnen sich durch den sehr großen untersuchten Temperaturbereich aus. Temperaturabhängige Messungen im Bereich von 30-600 K finden sich für ferroelektrische Dünnschichten sehr selten in der Literatur und stellen für BTO/STO-Multilagen ein Novum dar. Auch die biasabhängige und teilweise auch temperaturabhängige Messung der Kapazität der Multilagen (C-V-Messungen) ist bisher einmalig. Durch die temperaturabhängigen Hysteresemessungen wurden Einblicke in den elektrischen Polungszustand der Schichten erhalten. Dadurch wird eine sinnvolle Interpretation der &amp;amp;#949;(T)-Kurven erst möglich. Der Vorteil der Integration des Polarisationsstromes unter Verwendung einer Dreieckspannung als Messsignal besteht in der direkten physikalischen Aussage der Strom-Spannungskurven über die Schaltspannung der Schichten.

It is an aim of this work to provide insight into the energetic influence on the ordering of molecular thin films on crystalline substrates. Here, the term substrate either refers to inorganic crystal surfaces or highly ordered layers of another organic molecular species. In order to calculate the total interface potential of extended molecular domains, a new calculation technique (GRID technique) is developed in the first part of this work. Compared to the standard approach, this method accelerates the potential calculation drastically (times 10000). The other parts of the thesis are dedicated to the comparison of experimental results (obtained by scanning tunneling microscopy and electron diffraction) to the optimal layer structure as predicted by optimization calculations. Potential calculations which are performed for the system perylenetetracarboxylicdianhydride (PTCDA) on graphite demonstrate that point-on-line coincident structures correspond to energetically favorable alignments of the molecular lattice with respect to the substrate lattice. The capability of the GRID technique to predict the optimal layer structure is demonstrated for the system peri-hexabenzocoronene (HBC) on graphite. The organic-organic heteroepitaxy system PTCDA on HBC on graphite is investigated in order to clarify to which extent the ordering mechanism there differs from that of the organic-inorganic heteroepitaxy system PTCDA on graphite. As a result of this investigation, a new type of epitaxy, i.e., substrate induced ordering is found. This new epitaxy type is governed by the inner structure of the substrate lattice unit cell. Here, the substrate surface is a layer of organic molecules itself, hence the substrate surface unit cell does indeed exhibit a complex inner structure. A generalized classification scheme for epitaxial growth incorporating this new type of epitaxy is proposed. In the last chapter, the structure of the first layers of titanylphthalocyanine (TiOPc) on Au(111) is investigated and compared to potential optimization calculations. The correspondence of experimental and theoretical results provides evidence that the GRID technique can, in principle, also be applied to molecular layers on metal surfaces. / Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Einblicke in die energetischen Einflüsse, die zur Ausbildung der Schichtstruktur organischer Moleküle auf kristallinen Substraten führen, zu geben. Diese Substrate sind entweder Oberflächen anorganische Kristalle oder selbst hochgeordnete Molekülschichten. Um das totale Grenzflächenpotential ausgedehnter Moleküldomänen berechnen zu können, wird im ersten Teil der Arbeit eine neue Berechnungsmethode (GRID Technik) vorgestellt. Im Vergleich mit herkömmlichen Berechnungsmethoden auf der Basis molekülmechanischer Kraftfelder ist diese neue Methode daher um ein Vielfaches schneller (Faktor 100000). Die folgenden Teile der Arbeit sind dem Vergleich experimenteller Ergebnisse (Rastertunnelmikroskopie und Elektronenbeugung) mit, durch Potentialoptimierungsrechnungen als energetisch günstig vorhergesagten, Schichtstrukturen gewidmet. So kann für das System Perylentetracarbonsäuredianhydrid (PTCDA) auf Graphit mittels Potentialberechnungen nachgewiesen werden, daß die experimentell gefundenen ?Point-on-line koinzidenten? Strukturen energetisch günstige Anordnungen des Molekülgitters bezüglich des Substratgitters darstellen. Die Eignung der neuen Berechnungsmethode zur Vorhersage der günstigsten Adsorbatgitterstruktur für ein gegebenes System aus Molekül und Substrat, wird anhand des Systems peri-Hexabenzocoronen (HBC) auf Graphit demonstriert. Das organisch-organische Heteroepitaxiesystem PTCDA auf HBC auf Graphit wird untersucht, um zu klären, inwieweit sich die dafür gültigen Ordnungsmechanismen von denen unterscheiden, die für das Wachstum des organisch-anorganischen Heteroepitaxiesystems PTCDA auf Graphit verantwortlich sind. Dabei gelingt es, eine bisher nicht klassifizierte Art von Epitaxie, d.h. substratinduzierter Ordnung, nachzuweisen. Dieser neue Epitaxietyp ist bedingt durch die innere Struktur einer Substrateinheitszelle - das Substrat ist ja hier selbst eine Schicht geordneter Moleküle, die natürlich eine innere Struktur aufweisen. Im folgenden wird ein verallgemeinertes Klassifizierungssystem für Epitaxietypen abgeleitet, welches den neuen Epitaxietyp beinhaltet. Im letzten Kapitel wird die Struktur von der ersten Lagen von Titanylphthalocyanin (TiOPc) auf Au(111) experimentell untersucht und mit entsprechenden Potentialoptimierungsrechnungen verglichen. Die Übereinstimmung von experimentellen und theoretischen Ergebnissen zeigt, daß die GRID Technik, zumindest prinzipiell, auch für Molekülschichten auf Metallsubstraten anwendbar ist.

This report collects selected outstanding scientific and technological results obtained within the frame of the European project "FLASiC" (Flash LAmp Supported Deposition of 3C-SiC) but also other work performed in adjacent fields. Goal of the project was the production of large-area epitaxial 3C-SiC layers grown on Si, where in an early stage of SiC deposition the SiC/Si interface is rigorously improved by energetic electromagnetic radiation from purpose-built flash lamp equipment developed at Forschungszentrum Rossendorf. Background of this work is the challenging task for areas like microelectronics, biotechnology, or biomedicine to meet the growing demands for high-quality electronic sensors to work at high temperatures and under extreme environmental conditions. First results in continuation of the project work – for example, the deposition of the topical semiconductor material zinc oxide (ZnO) on epitaxial 3C-SiC/Si layers – are reported too.

Dans ce travail de thèse a été développé et étudié un nouveau type d'objet semiconducteur magnétique : des boîtes quantiques de CdMnTe insérées dans des nanofils de ZnTe/ZnMgTe constituant une structure de type cœur-coquille. L'objectif était d'étudier la croissance par épitaxie par jets moléculaires et les propriétés fondamentales de ces hétéro-structures complexes. Dans ce but deux aspects principaux ont été abordés : i) la qualité et le contrôle des propriétés structurales, électroniques et magnétiques de ces objets, grâce à une maîtrise de leur croissance et ii) l'obtention d'informations quantitatives locales sur la composition chimique de ces nanostructures inhomogènes. Pour atteindre ces objectifs, nous avons divisé notre étude en quatre étapes. La première étape de ce travail a été concentrée sur l'étude quantitative de la formation des particules d'or servant de catalyseurs à la croissance des nanofils. La seconde étape a porté sur l'analyse des mécanismes de croissance et des paramètres gouvernant la croissance des fils de ZnTe. En particulier deux types de fils ont été observés : des fils cylindriques de structure wurtzite et des fils coniques de structures zinc-blende. Un modèle de croissance guidée par la diffusion a été utilisé pour rendre compte de certains des résultats quantitatifs présentés dans cette partie. La troisième étape a concerné l'insertion de boîtes quantiques de CdMnTe dans des nanofils de structure cœur-coquille ZnTe/ZnMgTe. Une étude préalable des paramètres pertinents influençant les propriétés magnéto-optiques de ces objets, tels que le confinement de la boîte quantique, l'incorporation du Mn et l'anisotropie de contrainte créée par la structure, a été menée. La quatrième et dernière étape de ce travail a porté sur l'interprétation quantitative de mesures d'analyse dispersive en énergie effectuées sur des nanofils de structure cœur-multicoquille. Un modèle géométrique a été proposé, permettant de retrouver la forme, les dimensions et la composition chimique des boîtes quantiques et des coquilles. Cette étude a été couplée à des mesures de caractérisation telles que la cathodo-luminescence, la micro-photo-luminescence et la spectroscopie magnéto-optique effectuées sur le même nanofil. / In this PhD work a novel type of magnetic semiconductor object has been developed: Cd(Mn)Te quantum dots embedded in ZnTe/ZnMgTe core-shell nanowires. The goal was to investigate the growth, by molecular beam epitaxy, and the fundamental properties of these complex heterostructures. For that purpose, two main issues were addressed: i) gaining control of the structural, electronic and magnetic properties of these quantum objects by mastering their growth; and ii) obtaining quantitative local knowledge on the chemical composition of those non-homogeneous nanostructures. To tackle these topics, our research was divided into four stages. The first stage was devoted to perform a quantitative study of the formation process of the Au particles that catalyze the growth of nanowires. The second stage involved the analysis of the mechanisms and parameters governing the growth of ZnTe nanowires. In particular, two different types of nanowires were found: cone-shaped nanowires with the zinc-blende crystal structure and cylinder-shaped nanowires with the hexagonal wurtzite structure. A diffusion-driven growth model is employed to fit some of the quantitative results presented in this part. The third stage focused on the insertion of pure CdTe quantum dots containing Mn ions in the core-shell nanowires. An initial study of the relevant parameters influencing the magneto-optical properties of these objects, such as the quantum dot confinement, the Mn incorporation, and the strain anisotropy, was performed. The four and last stage of this work concerned the quantitative interpretation of Energy-Dispersive X-ray spectroscopy measurements performed on single core-multishell nanowires. A geometrical model was proposed to retrieve the shape, the size and the local composition of the quantum dot insertions and of the multiple layers of the heterostructures. This study was coupled to other complementary characterization measurements on the same nanowire, such as cathodo-luminescence, micro-photo-luminescence and magneto-optical spectroscopy.

The present work has been focused on the growth of Group III-nitride epitaxial layers and nanostructures on Si (111) substrates by plasma-assisted molecular beam epitaxy. Silicon is regarded as a promising substrate for III-nitrides, since it is available in large quantity, at low cost and compatible to microelectronics device processing. However, three-dimensional island growth is unavoidable for the direct growth of GaN on Si (111) because of the extreme lattice and thermal expansion coefficient mismatch. To overcome these difficulties, by introducing β-Si3N4 buffer layer, the yellow luminescence free GaN can be grow on Si (111) substrate. The overall research work carried out in the present study comprises of five main parts. In the first part, high quality, crack free and smooth surface of GaN and InN epilayers were grown on Si(111) substrate using the substrate nitridation process. Crystalline quality and surface roughness of the GaN and InN layers are extremely sensitive to nitridation conditions such as nitridation temperature and time. Raman and PL studies indicate that the GaN film obtained by the nitridation sequences has less tensile stress and optically good. The optical band gaps of InN are obtained between ~0.73 to 0.78 eV and the blueshift of absorption edge can be induced by background electron concentration. The higher electron concentration brings in the larger blueshift, due to a possible Burstein–Moss effect. InN epilayers were also grown on GaN/Si(111) substrate by varying the growth parameters such as indium flux, substrate temperature and RF power. In the second part, InGaN/Si, GaN/Si3N4/n-Si and InN/Si3N4/n-Si heterostructures were fabricated and temperature dependent electrical transport behaviors were studied. Current density-voltage plots (J-V-T) of InGaN/Si heterostructure revealed that the ideality factor and Schottky barrier height are temperature dependent and the incorrect values of the Richardson’s constant produced, suggests an inhomogeneous barrier at the heterostructure interface. The higher value of the ideality factor compared to the ideal value and its temperature dependence suggest that the current transport is primarily dominated by thermionic field emission rather than thermionic emission. The valence band offset of GaN/β-Si3N4/Si and InGaN/Si heterojunctions were determined by X-ray photoemission spectroscopy. InN QDs on Si(111) substrate by droplet epitaxy and S-K growth method were grown in the third part. Single-crystalline structure of InN QDs (droplet epitaxy) was verified by TEM and the chemical bonding configurations of InN QDs were examined by XPS. The interdigitated electrode pattern was created and (I-V) characteristics of InN QDs were studied in a metal–semiconductor–metal configuration in the temperature range of 80–300 K. The I-V characteristics of lateral grown InN QDs were explained by using the trap model. A systematic manipulation of the morphology, optical emission and structural properties of InN/Si (111) QDs (S-K method) is demonstrated by changing the growth kinetics parameters such as flux rate and growth time. The growth kinetics of the QDs has been studied through the scaling method and observed that the distribution of dot sizes, for samples grown under varying conditions, has followed the scaling function. In the fourth part, InN nanorods (NRs) were grown on Si(111) and current transport properties of NRs/Si heterojunctions were studied. The rapid rise and decay of infrared on/off characteristics of InN NRs/Si heterojunction indicate that the device is highly sensitive to the IR light. Self-aligned GaN nanodots were grown on semi-insulating Si(111) substrate. The interdigitated electrode pattern was created on nanodots using photolithography and dark as well as UV photocurrent were studied. Surface band gaps of InN QDs were estimated from scanning tunneling spectroscopy (STS) I-V curves in the last part. It is found that band gap is strongly dependent on the size of InN QDs. The observed size-dependent STS band gap energy blueshifts as the QD’s diameter or height was reduced.

In this dissertation we study free boundary problems that model the evolution of interfaces in the presence of elasticity, such as thin film profiles and material void boundaries. These problems are characterized by the competition between the elastic bulk energy and the anisotropic surface energy. First, we consider the evolution equation with curvature regularization that models the motion of a two-dimensional thin film by evaporation-condensation on a rigid substrate. The film is strained due to the mismatch between the crystalline lattices of the two materials and anisotropy is taken into account. We present the results contained in [62] where the author establishes short time existence, uniqueness and regularity of the solution using De Giorgi’s minimizing movements to exploit the L2 -gradient flow structure of the equation. This seems to be the first analytical result for the evaporation-condensation case in the presence of elasticity. Second, we consider the relaxed energy introduced in [20] that depends on admissible pairs (E, u) of sets E and functions u defined only outside of E. For dimension three this energy appears in the study of the material voids in solids, where the pairs (E, u) are interpreted as the admissible configurations that consist of void regions E in the space and of displacements u of the atoms of the crystal. We provide the precise mathematical framework that guarantees the existence of minimal energy pairs (E, u). Then, we establish that for every minimal configuration (E, u), the function u is C 1,γ loc -regular outside an essentially closed subset of E. No hypothesis of starshapedness is assumed on the voids and all the results that are contained in [18] hold true for every dimension d ≥ 2.