Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Aσύρματης Τηλεπικοινωνίας του τμήματος των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών, και έχει ως σκοπό τη μελέτη της επίδρασης της εν σειρά αντίστασης στις βέλτιστες τιμές των χαρακτηριστικών παραμέτρων των φωτοβολταϊκών κυττάρων τύπου CIS. Το θεωρητικό μέρος της εργασίας αποσκοπεί στην παράθεση των βασικών αρχών της φυσικής των ημιαγωγών με ιδιαίτερη έμφαση στις φωτοηλεκτρικές τους ιδιότητες και συγκεκριμένα στο λόγο ύπαρξης της εν σειρά αντίστασης ενός φωτοβολταϊκού κυττάρου. Παρουσιάζονται πρόσφατες μελέτες σχετικές με το θέμα, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν ως αναφορά για τη διεξαγωγή της πειραματικής διαδικασίας. Ακολουθώντας τη μελέτη των Priyanka, M. Lal, S.N. Singh, πήραμε μετρήσεις σε συνθήκες σκότους, και από τις I-V χαρακτηριστικές υπολογίσαμε την εσωτερική αντίσταση σειράς του κυττάρου. Στη συνέχεια πραγματοποιήσαμε μετρήσεις τάσεως και ρεύματος στα άκρα του κυττάρου, όταν αυτό φωτίζεται, για να δούμε την επίδραση της αντίστασης σειράς στα χαρακτηριστικά του μεγέθη. Αναλυτικότερα, η πειραματική διαδικασία έγινε αρχικά σε εργαστηριακό περιβάλλον, και στη συνέχεια σε πραγματικές συνθήκες, με χρήση εξωτερικών αντιστάσεων συνδεδεμένων σε σειρά με το κύτταρο CIS. Στην πρώτη περίπτωση η διέγερση του κυττάρου έγινε με λάμπα τόξου υδραργύρου, και η προσπίπτουσα στο κύτταρο ακτινοβολία διατηρείτο σταθερή κατά τη διάρκεια του πειράματος όπως επίσης και η θερμοκρασία περιβάλλοντος. Πραγματοποιήσαμε μετρήσεις για δύο διαφορετικές κλίσεις του κυττάρου ως προς το οριζόντιο επίπεδο, τις 350 και τις 900, ενώ η δέσμη ακτινοβολίας παρέμενε παράλληλη στο οριζόντιο επίπεδο και για τις δύο περιπτώσεις. Το ίδιο προσπαθούσαμε να πετύχουμε και στις πραγματικές συνθήκες, (όπου το κύτταρο ήταν εκτεθειμένο σε ηλιακή ακτινοβολία) δηλαδή για όσο ήταν δυνατόν σταθερή ακτινοβολία και θερμοκρασία περιβάλλοντος, ώστε οι μετρήσεις να επηρεάζονται μόνο από τη μεταβολή της εν σειρά αντίστασης. Στην περίπτωση αυτή πραγματοποιήσαμε μετρήσεις για τρείς διαφορετικές κλίσεις του κυττάρου ως προς τον ορίζοντα, τις 900, τις 580, και τις 00.Υπολογίσαμε τη μέση ημερήσια αλλά και τη μέση μηνιαία αποδιδόμενη ενέργεια σε kWh, τόσο για τις πειραματικές όσο και για τις θεωρητικές τιμές της ισχύος και της ηλιακής ακτινοβολίας. Η διαφορά τους είναι της τάξης του 28%, και δικαιολογείται λόγω των παραγόντων απωλειών. Στη συνέχεια, πήραμε μετρήσεις από ένα πλαίσιο των 75W με τη βοήθεια κατάλληλης συνδεσμολογίας με υπολογιστή, τον οποίο προγραμματίσαμε να παίρνει μετρήσεις ανά 10 λεπτά. Υπολογίσαμε την ημερήσια ποσότητα ενέργειας σε kWh που μας δίνει το πλαίσιο και επεκτείναμε τον υπολογισμό στη μέση μηνιαία αποδιδόμενη ενέργεια χρησιμοποιώντας αρχικά τις πειραματικές μετρήσεις και στη συνέχεια τις θεωρητικές τιμές της ισχύος του πλαισίου και της ηλιακής ακτινοβολίας. Η διαφορά που προκύπτει είναι της τάξης του 10%. Η μελέτη ολοκληρώθηκε με την επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων και την εξαγωγή χαρακτηριστικών καμπυλών του κυττάρου, μέσα από τις οποίες γίνεται δυνατή η σύγκρισή τους με τα θεωρητικά δεδομένα από τη βιβλιογραφία. / -

In this study, silicon nanocrystals (NC) were synthesized in silicon dioxide matrix by ion implantation followed by high temperature annealing. Annealing temperature and duration were varied to study their effect on the nanocrystal formation and optical properties. Implantation of silicon ions was performed with different energy and dose depending on the oxide thickness on the silicon substrate. Before device fabrication, photoluminescence (PL) measurement was performed for each sample. From PL measurement it was observed that, PL emission depends on nanocrystal size determined by the parameters of implantation and annealing process. The peak position of PL emission was found to shifts toward higher wavelength when the dose of implanted Si increased. Two PL emission bands were observed in most cases. PL emission around 800 nm originated from Si NC in oxide matrix. Other emissions can be attributed to the luminescent defects in oxide or oxide/NC interface. In order to see electroluminescence properties Light Emitting Devices (LED) were fabricated by using metal oxide semiconductor structure, current-voltage (I-V) and electroluminescence (EL) measurements were conducted. I-V results revealed that, current passing through device depends on both implanted Si dose and annealing parameters. Current increases with increasing dose as one might expect due to the increased amount of defects in the matrix. The current however decreases with increasing annealing temperature and duration, which imply that, NC in oxide behave like a well controlled trap level for charge transport. From EL measurements, few differences were observed between EL and PL results. These differences can be attributed to the different excitation and emission mechanisms in PL and EL process. Upon comparision, EL emission was found to be inefficient due to the asymmetric charge injection from substrate and top contact. Peak position of EL emission was blue shifted with respect to PL one, and approached towards PL peak position as applied voltage increased. From the results of the EL measurements, EL emission mechanisms was attributed to tunneling of electron hole pairs from top contact and substrate to NC via oxide barrier.

Research in the field of Photonics is in part, directed at the application of light-emitting materials based on silicon platforms. In this work silicon wafers are modified by carbon ion implantation to incorporate silicon carbide, a known light-emitting material. Ion beam synthesis treatments are applied with implant energy of 20 keV, and ion fluences of 3, 5 and 10 × 1016 ions/cm2 at both ambient temperature and high temperature (400 °C). The samples are annealed at 1000 °C, after implantation. The carbon ion implanted silicon is characterized using Raman and Fourier transform infrared spectroscopic techniques, grazing-incidence X-ray diffraction, transmission electron microscopy and electron energy loss spectroscopy. The materials are observed to have a multilayer structure, where the ambient temperature implanted materials have an amorphous silicon layer, and an amorphous silicon layer with carbon-rich, nanoscale inclusions. The high temperature implanted materials have the same layers, with an additional polycrystalline Si layer at the interface between the implanted layer and the target substrate and the amorphous Si layer with SiC inclusions is reduced in thickness compared to the ambient temperature samples. The carbon-rich inclusions are confirmed to be SiC, with no evidence of carbon clusters in the materials observed using Raman spectroscopy. The carbon ion-implanted material is used to fabricate Schottky diodes having a semitransparent gold contact at the implanted surface, and an aluminum contact on the opposite side. The diodes are tested using current-voltage measurements between -12 and +15 V. No reverse breakdown is observed for any of the diodes. The turn-on voltages for the ambient temperature implanted samples are 2.6±0.1 V, 2.8±0.6 V and 3.9±0.1 V for the 3, 5 and 10 × 1016 ions/cm2 samples, respectively. For the high temperature implanted samples, the turn-on voltages are 3.2±0.1 V, 2.7±0.1 V, and 2.9±0.4 V for the implanted samples with same fluences. The diode curves are modeled using the Shockley equation, and estimates are made of the ideality factor of the diodes. These are 188±16, 224.5±5.8, and 185.4±9.2 for the ambient temperature samples, and 163.6±6.3, 124.3±5.3, and 333±12 for the high temperature samples. The high ideality factor is associated with the native oxide layer on the silicon substrate and with the non-uniform, defect-rich implanted region of the carbon ion implanted silicon. Red-orange visible light emission from the diodes is observed with voltage greater than the turn-on voltage applied across the diodes. The luminescence for the ambient temperature samples is attributed to porous silicon, and amorphous silicon. The high temperature implanted samples show luminescence associated with porous silicon, nanocrystalline silicon carbide, and defects in silicon related to ion implantation. The luminescent intensity observed for the ambient temperature samples is higher than for the high temperature samples. The dominant luminescence feature in the carbon ion-implanted silicon material is porous silicon, which is described by quantum confinement of excitons in silicon.

Electrical transport in materials is typically diffusive, due to dominant momentum-relaxing scattering of carriers with the phonons or defects. In ultraclean material systems such as GaAs/AlGaAs or graphene/hBN heterostructures, momentum-relaxing can be suppressed, leading to the onset of non-diffusive transport regimes, where Ohm's law is no longer valid. Within these non-diffusive regimes, the hydrodynamic regime occurs when momentum-conserving electron-electron scattering length scale is smaller than the device length scale (usually at intermediate temperatures). On the other hand, weak electron-electron scattering (at low temperatures) results in ballistic transport, commonly understood using the familiar single-particle framework of injected carriers travelling in straight line trajectories with intermittent reflections off device boundaries. Both the ballistic and hydrodynamic regimes can exhibit a emph{negative} nonlocal resistance, and collective behaviour such as the formation of current vortices. In this work, we study nonlocal current-voltage characteristics in mesoscopic devices fabricated from a GaAs/AlGaAs heterostructure that hosts a two-dimensional electron system in a GaAs quantum well. First, we report a quadratic non-linearity in the nonlocal current-voltage characteristics that manifests in any device where a nonlocal voltage measurement is possible. Using measurements at low temperatures ($sim$ 4 K) across multiple devices and considering various contact configurations for each device, we show that the non-linearity is universal. We apply the non-linearity to rectification and frequency multiplication. We also report on a periodic peaks in the nonlocal voltage vs. magnetic field, in an enclosed mesoscopic geometry in which transverse magnetic focusing (TMF) is typically studied. These peaks occur at weak magnetic fields, are independent of the source-detector separation and are distinct from TMF. Our experimental findings are backed by an extensive set of simulations using in both the semiclassical as well as quantum-coherent transport models. / Master of Science / Current is made up of charged particles such as electrons moving through a material. Typically, current is proportional to the applied voltage and flows from higher to lower potential within the device with the potential decreasing monotonically as we move from the source contact to the drain contact irrespective of the path taken through the device. This is commonly known as Ohm's law, and is followed in most materials we come across. The motion of electrons carrying this current is akin to the motion of balls inside a pinball machine, their momentum randomized by intermittent collisions due to lattice vibrations, defects and impurities present in the material. In ultraclean two-dimensional materials at low-intermediate temperatures (where lattice vibration is weak), these collisions become sparse. Collisions of electrons with other electrons now become important. When electron-electron collisions are frequent, the electrons collectively behave like a fluid, giving rise to so called hydrodynamic transport. On the other hand, when electron-electron collisions are sparse as well, electrons move unhindered in ballistic straight line trajectories until they reflect off the device boundaries. This is known as ballistic transport. Under both these transport regimes, Ohm's law breaks down, leading to interesting physical phenomena such as the formation of current whirlpools. In this work, we study the voltage measured at a point in the device which is distinct from the point where current is injected or extracted. This is commonly known as the nonlocal voltage. We explore the relationship between the nonlocal voltage and the injected current and find it to be significantly different from predictions made by Ohm's law. We use this novel current-voltage relationship to build a rectifier and frequency multiplier - two devices commonly used in high-frequency detection, radar systems and telecommunications. We also report previously unseen periodic oscillations in the nonlocal voltage when the magnetic field perpendicular to the device is varied. Using high-resolution simulations, we show the these oscillations can not be explained by looking at individual electron paths, and arise due to contribution from all electrons that travel through the device.

No description available.

No description available.

No description available.

Depuis 40 ans, suivant le rythme dicté par la loi de Moore, la microélectronique évolue de façon continue grâce à la réduction constante des dimensions des transistors MOS. Celle-ci a entraîné pour les grilles polycristallines des transistors PMOS l'apparition de la déplétion de grille et de la pénétration du bore dans l'isolant, dégradant fortement leurs performances, lorsque le dopage par implantation ionique est utilisé. Afin de réduire ces deux effets, nous proposons une autre forme de dopage pour l'électrode de grille: un dépôt de silicium amorphe à basse température, dopé bore in-situ, à partir de BCl3 et de Si2H6. Le premier chapitre de cette thèse est consacré à une étude bibliographique portant sur l'état de l'art et les solutions technologiques proposées pour améliorer les performances des transistors MOS. A partir de cette étude, nous montrons tout l'intérêt de la solution technologique que nous proposons. Le second chapitre est dédié au développement de simulateurs capacité-tension et courant-tension. Nous montrons que la prise en compte du confinement des porteurs aux interfaces est indispensable afin d'extraire les paramètres des composants avec le maximum de précision lors de la caractérisation électrique. Enfin, dans le troisième chapitre, nous donnons les résultats des études expérimentales de la couche de polysilicium (résistivité, contraintes, rugosité&) et de capacités MOS polySi(P+) / SiO2 (3,8nm) / Si. Malgré une amélioration nécessaire de la fiabilité de la couche de SiO2, la caractérisation nous montre que la déplétion de grille est pratiquement inexistante.

A measurement system is to be presented, which is used to obtain the I-V characteristics of a solar cell and to track its temperature during irra-diation before mounting it into a complete array/module. This project presents both the design and implementation of an Electronic load for testing the solar cell under field conditions of 10000 W/m^2, which is able to provide current versus voltage and power versus voltage charac-teristics of a solar cell using a software based model developed in Lab-VIEW. An efficient water cooling method which includes a heat pipe array system is also suggested. This thesis presents the maximum power tracking of a solar cell and the corresponding voltage and current values. In addition, the design of the clamp system provides an easy means of replacing the solar cell during testing.Keywords: Solar cell, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET), I-V characteristics, cooling system, solar cell clamp system, LabVIEW, Graphical User Interface (GUI).

In dieser Arbeit wurden die Strom-Spannungs- und Kapazitäts-Spannungs-Kennlinien von Ag/n-GaAs(100) Schottky-Dioden untersucht, wobei die Kennlinien durch organische Zwischenschichten verschiedener Dicke modifiziert werden. Dazu wird der organische Halbleiter 3,4,9,10- Perylentetracarboxyldianhydrid (PTCDA) verwendet. Die PTCDA-Schichten werden mittels Organischer Molekularstrahldeposition (OMBD) hergestellt. Die Charakterisierung der Ag/PTCDA/GaAs-Dioden erfolgte sowohl in situ als auch ex situ.