Lithography is the most crucial step in the semiconductor microfabrication workflow. Continuous features size shrinking co-occurs with the reduction of the exposure wavelength: a move from 193 nm light to extreme ultra-violet (EUV) at 13.5 nm is performed. The change poses a vast number of challenges that have been overcome in the past years. Among the others, the protection of the reticle front side from defects is crucial. Shielding can be achieved by means of EUV pellicles: large area (~150 cm2), freestanding, ultra-thin (~50 nm) membranes that prevent particles from landing on the reticle surface. Defects fall on the pellicle membrane, which is out-of-focus with respect to the reticle. During operation, the pellicle has to endure mechanical movements (>100 m/s2) and withstand the EUV scanner environment. With increasing source power (resulting in temperatures >500 ºC) structural and chemical integrity must be guaranteed. With multiple semiconductor manufacturers introducing EUV in HVM, an urgent need for a mass volume production-ready pellicle solution is present.In this thesis project, new generation pellicle materials are exposed to EUV light and gas atmosphere at BESSY II synchrotron beamline. The purpose is to investigate the performances of the new membrane samples in terms of the HVM production specifications. Two sets of 10x10 mm2 samples Type (A – B) with different core thickness are tested. Samples are characterized by using the following techniques: EUV transmittance and reflectance measurements, RBS, XPS, and FTIR. After exposure, all the samples undergo degradation. The main root causes are the atmosphere environment and the temperature. On the other hand, EUV light itself plays a marginal role in the process. The material etching mechanism must be further investigated through additional pellicle tests. This is a necessary step to make towards the high-volume manufacturing standards required for mass production. / Litografi är det mest avgörande steget i arbets flödet för halvledar mikrotillverkning. Kontinuerliga funktioner storlek krympande co-sker med minskning av exponeringen våglängd: en över gången från 193 nm ljus till extrem ultraviolett (EUV) vid 13.5 nm utförs. Förändringen innebär ett stort antal utmaningar som har övervunnits under de senaste åren. Bland de andra, är skyddet av rikt medel fram sidan från defekter avgörande. Avskärmning kan åstadkommas med hjälp av EUV-pellicles: stort område (~ 150 cm2), fristående, ultratunna (~ 50 nm) membran som hindrar partiklar från att landa på rikt medlet ytan. Defekter faller på denna tunna membranet, som är out-of-fokus med avseende på rikt medlet. Under drift har denna tunna att uthärda mekaniska rörelser (> 100 m/s2) och motstå EUV skanner miljö. Med ökande käll effekt (vilket resulterar i temperaturer > 500 º C) måste strukturell och kemisk integritet garanteras. Med flera halvledar tillverkare införa EUV i HVM, ett brådskande behov av en massa volym produktions klara denna tunna lösning är närvarande.I detta arbete, exponeras nya generationens denna tunna material för EUV ljus-och gasatmosfär på BESSY II Synchrotron beamline. Syftet är att undersöka prestandan hos de nya membranproverna i form av HVM-produktionsspecifikationer. Två uppsättningar av 10x10 mm2 prover typ (A – B) med olika kärna tjocklek testas. Proverna kännetecknas av att använda följande tekniker: EUV-transmission och reflektansmätningar, RBS, XPS och FTIR. Efter exponering genomgår alla prover nedbrytning. De viktigaste bakomliggande orsakerna är atmosfären miljö och temperaturen. Å andra sidan spelar EUV-ljuset självt en marginell roll i processen. Materialetsnings mekanismen måste undersökas ytterligare genom ytterligare denna tunna-tester. Detta är ett nödvändigt steg för att göra mot de höga volymer tillverknings standarder som krävs för Mass produktion.

The work presented in this thesis deals with optical studies of semiconductor quantum dots (QDs) in the InGaAs material system. It is shown that for self-assembled InAs QDs, the interaction with the surrounding GaAs barrier and the InAs wetting layer (WL) in particular, has a very large impact on their optical properties. The ability to control the charge state of individual QDs is demonstrated and attributed to a modulation in the carrier transport dynamics in the WL. After photo-excitation of carriers (electrons and holes) in the barrier, they will migrate in the sample and with a certain probability become captured into a QD. During this migration, the carriers can be affected by exerting them to an external magnetic field or by altering the temperature. An external magnetic field applied perpendicular to the carrier transport direction will lead to a decrease in the carrier drift velocity since their trajectories are bent, and at sufficiently high field strength become circular. In turn, this decreases the probability for the carriers to reach the QD since the probability for the carriers to get trapped in WL localizing potentials increases. An elevated temperature leads to an increased escape rate out of these potentials and again increases the flow of carriers towards the QD. These effects have significantly different strengths for electrons and holes due to the large difference in their respective masses and therefore it constitutes a way to control the supply of charges to the QD. Another effect of the different capture probabilities for electrons and holes into a QD that is explored is the ability to achieve spin polarization of the neutral exciton (X0). It has been concluded frequently in the literature that X0 cannot maintain its spin without application of an external magnetic field, due to the anisotropic electron – hole exchange interaction (AEI). In our studies, we show that at certain excitation conditions, the AEI can be by-passed since an electron is captured faster than a hole into a QD. The result is that the electron will populate the QD solely for a certain time window, before the hole is captured. During this time window and at polarized excitation, which creates spin polarized carriers, the electron can polarize the QD nuclei. In this way, a nuclear magnetic field is built up with a magnitude as high as ~ 1.5 T. This field will stabilize the X0 spin in a similar manner as an external magnetic field would. The build-up time for this nuclear field was determined to be ~ 10 ms and the polarization degree achieved for X0 is ~ 60 %. In contrast to the case of X0, the AEI is naturally cancelled for the negatively charged exciton (X-) and the positively charged exciton (X+) complexes. This is due to the fact that the electron (hole) spin is paired off in case of X- (X+).  Accordingly, an even higher polarization degree (~ 73 %) is measured for the positively charged exciton. In a different study, pyramidal QD structures were employed. In contrast to fabrication of self-assembled QDs, the position of QDs can be controlled in these samples as they are grown in inverted pyramids that are etched into a substrate. After sample processing, the result is free-standing AlGaAs pyramids with InGaAs QDs inside. Due to the pyramidal shape of these structures, the light extraction is considerably enhanced which opens up possibilities to study processes un-resolvable in self-assembled QDs. This has allowed studies of Auger-like shake-up processes of holes in single QDs. Normally, after radiative recombination of X+, the QD is populated with a ground state hole. However, at recombination, a fraction of the energy can be transferred to the hole so that it afterwards occupies an excited state instead. This process is detected experimentally as a red-shifted luminescence satellite peak with an intensity on the order of ~ 1/1000 of the main X+ peak intensity. The identification of the satellite peak is based on its intensity correlation with the X+ peak, photoluminescence excitation measurements and on magnetic field measurements. / Arbetet som presenteras i denna avhandling rör studier av kvantprickars optiska egenskaper. En kvantprick är en halvledarkristall som endast är några tiotals nanometer stor. Den ligger oftast inbäddad inuti en större kristall av ett annat halvledarmaterial och pga. den begränsade storleken får en kvantprick mycket speciella egenskaper. Bland annat så kommer elektronerna i en kvantprick endast att kunna anta vissa diskreta energinivåer liknande situationen för elektronerna i en atom. Följaktligen kallas kvantprickar ofta för artificiella atomer. För halvledarmaterial gäller det generellt att det inte endast är fria elektroner i ledningsbandet, som kan leda ström utan även tomma elektrontillstånd i valens­bandet, vilka uppträder som positivt laddade partiklar, kan leda ström. Dessa kallas kort och gott för hål. I en kvantprick har hålen såsom elektronerna helt diskreta energinivåer. Precis som är fallet i en atom, så kommer elektroniska övergångar mellan olika energi­nivåer i en kvantprick att resultera i att ljus emitteras. Energin (dvs. våglängden alt. färgen) för detta ljus bestäms av hur energinivåerna i kvant­pricken ligger, för elektronerna och hålen, och genom att analysera ljuset kan man således studera kvantprickens egenskaper. Studierna i den här avhandlingen visar att växelverkan mellan en kvantprick och den omgivande kristallen, som den ligger inbäddad i, har stor inverkan på kvantprickens optiska egenskaper. T.ex. visas att man kan kontrollera antalet elektroner, som kommer att finnas i kvantpricken genom att modifiera hur elektronerna kan röra sig i omgivningen. Dessa rörelser modifieras här genom att variera temperaturen och genom att lägga på ett magnetiskt fält. Ett magnetiskt fält, vinkelrätt mot en elektrons rörelse, kommer att böja av dess bana och dess chans att nå fram till kvantpricken kan således minskas. Elektronen kan då istället fastna i andra potentialgropar i kvantprickens närhet. Genom att öka temperaturen, vilket ger elektronerna större energi, kan deras chans att nå fram till kvantpricken å andra sidan öka. En annan effekt, som studerats, är möjligheten att kontrollera spinnet hos elektronerna i en kvantprick. Även i dessa studier visar det sig att växelverkan med omgivningen spelar stor roll och kan användas till att kontrollera elektronens spin. Mekanismen som föreslås är att om elektronerna hinner före hålen till kvantpricken, så hinner de överföra sitt spin till atomkärnorna i kvantpricken. På detta sätt kan man få atomkärnornas spin polariserat, vilket resulterar i ett inbyggt magnetfält, i storleksordningen 1.5 Tesla, som i sin tur hjälper till att upprätthålla en hög grad av spinpolarisering även hos elektronerna. För att få elektronerna att hinna först, måste deras rörelser i omgivningen kontrolleras. I en ytterligare studie undersöktes den process där en elektronisk övergång i kvantpricken inte enbart resulterar i emission av ljus, utan även i att en annan partikel tar över en del av energin och blir exciterad. Dessa processer avspeglas i att en del av det ljus som emitteras har lägre energi. Detta ljus är också mycket svagt, ca 1000 ggr lägre intensitet, och möjligheten att kunna mäta detta är helt beroende på hur ljusstarka kvantprickarna är. De prover som använts i denna studie består av pyramidstrukturer, ca 7.5 mikrometer stora, med kvantprickar inuti. Denna geometri ger ca 1000 ggr bättre ljusutbyte jämfört med traditionella strukturer, vilket möjliggjort studien.

The main goal of this thesis was to simulate a solar cell with the symbolic manipulation tool Maple and discuss the strength and weaknesses of using Maple instead of the already known simulation program PC1D. This was done mainly by solving the three essential differential equations governing the current density and excess electron and hole densities in the solar cell. This could be done easily by using known simplifications especially the low injection assumption. However it was also a success without using this particular simplification but the solutions had to be achieved using a numerical method instead of direct methods. The results were confirmed by setting up the same solar cell with PC1D. The conclusion is that Maple gives the user increased freedom when setting up the solar cell, however PC1D is easier to use if this freedom is not needed. At the end of this thesis a brief introduction is also made on the possibility of using Maple with a tandem cell setup instead of single junction.

Silicon based solar cells have been used as photovoltaic devices for decades due to reasonable cost and environment- friendly nature of silicon. But the conversion efficiency of silicon solar cell is limited; for instance, the maximum conversion efficiency of a crystalline silicon solar cell available in the market developed by Kaneka Corporation is 26 % [1]. In comparison, III-V compound semiconductor multi-junction solar cells are the most efficient solar cells with efficiency of 47.1% [2]. However, due to high-cost substrate materials, III-V solar cells are not the best option for large scale production in real life. Therefore, integration of III-V compound semiconductors on silicon substrate has been studied to obtain III-V/Si multi junction solar cells with high conversion efficiency with reasonable price. To this end, we studied epitaxial growth of on GaAs deposited on Si.This thesis presents the characterization results of the above epitaxial layer and fabrication of a single junction solar cell on GaAs coated Si substrate and its performance.In the first part of the project, epitaxial layer grown by Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE) on different kinds of substrates at different growth conditions are characterized to identify the optimized growth conditions and a suitable substrate. Samples are characterized by High Resolution X-ray Diffraction (HRXRD) and photoluminescence (PL) to determine the composition of and its crystalline quality and by optical microscope to assess the surface morphology. Scanning Electron Microscope (SEM) is used to study the depth of the dry etched structures.The second part of the project deals with the fabrication process consisting of 21 steps to obtain a single junction solar cell structure on GaAs/Si. This process flow will be explained in some detail along with a brief description of several tools in cleanroom that have been used for this purpose.Finally, in the third part, devices are characterized to investigate their performance. Transmission Line Method (TLM) is used to obtain important parameters such as specific contact resistance. Current- voltage (I-V) relation of solar cell is investigated to acquire its efficiency. The lowest specific contact resistance measured in this project is for p-contact (for 4041DV- cell 8) and the highest efficiency measured is 1.64% (for 4041DV- cell 6).In conclusion, although the results obtained are far from the state-of-the art results, this work has laid the foundation for future work that can lead to a breakthrough in fabricating multi-junction tandem solar cell on silicon. / Kiselbaserade solceller har använts i årtionden på grund av dess rimliga kostnad och miljövänliga natur. Omvandlingseffektiviteten för kiselsolcell är begränsad; till exempel är den maximala omvandlingseffektiviteten för solceller av kristallin kisel utvecklad av Kaneka Corporation 26 % [1]. Som jämförelse är III-V sammansatta halvledare multi-junction solceller de mest effektiva solcellerna med en effektivitet på 47,1 % [2]. På grund av de höga substratmaterialen är III-V-solceller i realiteter inte det bästa alternativet för storskalig produktion. Därför har integration av III-V sammansatta halvledare på kiselsubstrat studerats för att erhålla III-V/Si multi junction solceller med hög omvandlingseffektivitet till rimligt pris. För detta ändamål studerade vi epitaxiell tillväxt av på GaAs avsatt på Si.Denna avhandling presenterar karaktäriseringsresultaten av ovanstående epitaxiella skikt och tillverkning av en enkel förbindelse solcell på GaAs-belagt Si-substrat och dess prestanda.I den första delen av projektet karaktäriseras epitaxiallager odlat med Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE) på olika typer av substrat vid olika tillväxtförhållanden för att identifiera de optimerade tillväxtförhållandena och ett lämpligt substrat. Prover kännetecknas av högupplöst röntgendiffraktion (HRXRD) och fotoluminescens (PL) för att bestämma sammansättningen av och dess kristallina kvalitet och med optiskt mikroskop för att bedöma morfologin. Scanning Electron Microscope (SEM) används för att studera djupet av de torretsade strukturerna.Den andra delen av projektet behandlar tillverkningsprocessen som består av 21 steg för att erhålla en enda förbindelse solcellsstruktur på GaAs/Si. Detta processflöde kommer att förklaras i detalj tillsammans med en kort beskrivning av flera verktyg i renrum som har använts för detta ändamål.Slutligen, i den tredje delen, karaktäriseras enheter för att frilägga dess prestanda. Transmission Line Method (TLM) används för att erhålla viktiga parametrar som specifikt kontaktmotstånd. Förhållandet mellan ström och spänning (I-V) hos solcellen undersöks för att uppnå optimal effektivitet. Den lägsta specifikt kontaktmotstånd som uppmätts i detta projekt är för p-kontakt (för 4041DV-cell 8) och den högsta uppmätta effektiviteten är 1,64% (för 4041DV-cell 6).Sammanfattningsvis, även om de erhållna resultaten är långt ifrån de senaste resultaten inom forskning, lägger detta arbete grunden för framtida arbete som kan leda till ett genombrott i tillverkningen av multi-junction tandemsolcell på kisel.

Characterizing  power  switches  is  an  indispensable  step  when  designing  a  converter.  This  thesisinvestigates ways to achieve static and dynamic characterization of semiconductors for high power applications such as power grid or train traction. The static characterization has been tested with a Keysight B1506A device analyzer. The problems encountered have been analyzed and corrected.Then the design of a high current switching test bench for dynamic characterization is explained. The full-bridge  configuration  allows  controlled  and  spontaneous  commutations  so  the  bench  can measure hard and soft switching. The voltage can be up to 10 kV and the current up to 3 kA during the commutation. The choice of the probes is justified. The issues of bandwidth, input impedance and common mode current are taken into account. Data are processed in order to interpolate theswitching loss in hard and soft switching. / Karaktärisering  av  halvledarbrytare  är  ett  viktigt  steg  när  man  utformar  en  omvandlare.  Dennaavhandling undersöker olika sätt att uppnå statisk och dynamisk karakterisering av halvledare för högeffekttillämpningar såsom elnät eller ellok. Statisk karaktäriseringen har utförts med en Keysight B1506A-enhetsanalysator. De problem som uppstått har analyserats och korrigerats.Utformningen    av    en    testbänk    för    dynamisk    karakterisering    förklaras.    Den    kompletta bryggkonfigurationen möjliggör kontrollerad och spontan kommutation med spänningar upp till 10 kV och  strömmar  upp till 3 kA så att  bänken kan mäta hård  och mjuk  växling.  Valet  av sonderna förklaras.   Frågorna   om   bandbredd,   ingångsimpedans   och   common-mode   ström   tas   med   iberäkningen. Data bearbetas för att interpolera kopplings förlusten i hård och mjuk växling.