Electronic devices, for logical and memory applications, are constructed based on bistable electronic units that can store binary information. Molecular electronics proposes the use of single molecules—with two distinctive states of conductance—as bistable units that can be used to create more complex electronic devices. The conductance of a molecule is strongly influenced by the contacts used to address it. The purpose of this work is to determine the electrical characteristics of several candidate molecular junctions, which are composed of a molecule and contacts. Specifically, we are interested in determining whether binary information, “0” or “1,” can be encoded in the low- and high-conductance states of the molecular junctions. First, we calculate quantum-mechanically the electronic structure of the molecular junction. Second, the continuous electronic states of the contacts, originated from their infinite nature, are obtained by solving the Schrödinger equation with periodic boundary conditions. Last, the electron transport through the molecular junctions is calculated based on a chemical interpretation of the Landauer formalism for coherent transport, which involves the information obtained from the molecule and the contacts. Metal-molecule-metal and metal-molecule-semiconductor junctions are considered. The molecule used is an olygo(phenylene ethynylene) composed of three benzene rings and a nitro group in the middle ring; this molecule is referred hereafter as the nitroOPE molecule. Gold, silicon, and metallic carbon nanotubes are used as contacts to the molecule. Results from the calculations show that the molecular junctions have distinctive states of conductance for different conformational and charge states. High conductance is found in the conformation in which all the benzene rings of the nitroOPE are coplanar. If the middle benzene ring is made perpendicular to the others, low conductance is found. Also, the negatively charged junctions (anion, dianion) show low conductance. Whenever a semiconducting contact is used, a flat region of zero current is found at low bias voltages. The results indicate that the use of Si contacts is possible; however, because of the flat region, the operating point of the devices needs to be moved to higher voltages.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第23901号 / 工博第4988号 / 新制||工||1779(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻 / (主査)教授 田中 功, 教授 杉村 博之, 准教授 野瀬 嘉太郎 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

Kadmium telurid je velmi důležitý materiál jak základního, tak i aplikovaného výzkumu. Je to dáno zejména jeho výhodnými elektronickými, optickými a strukturními vlastnostmi, které ho předurčují pro náročné technické aplikace. Dnes se hlavně používá pro jeho vysoké rozlišení k detekci a X-záření. Hlavní výhodou detektorů na bázi CdTe je, že nepotřebují chlazení a mohou spolehlivě fungovat i při pokojové teplotě. To způsobuje efektivnější interakce fotonů než je tomu u Si nebo jiných polovodičových materiálů. Obsahem této práce byla analýza a interpretace výsledků získaných studiem šumových a transportních charakteristik CdTe vzorků. Měření ukázaly že odpor homogenní části CdTe krystalů mírně klesá při připojení elektrického pole na vzorku. Při změně teploty navíc dochází k odlišné reakci u CdTe typu p a n. Právě těmto efektům je v práci věnována pozornost. Pomocí šumové spektroskopie bylo zjištěno, že při nízkých frekvencích je u vzorků dominantní šum typu 1/f, zatímco při vyšších frekvencích je sledován generačně-rekombinační šum a tepelný šum. Všechny měřené vzorky vykazovaly mnohem vyšší hodnotu šumu na nízkých frekvencích než udává Hoogeova rovnice. Byly nalezeny a popsány zdroje nadbytečného šumu.

The main object of this work is noise spectroscopy of CdTe radiation detectors (-rays and X–rays) and CdTe samples. The study of stochastic phenomenon and tracing redundant low-frequency noise in semiconductor materials require long-term measurements in time domain and evaluate suitable power spectral densities (PSD) with logarithmic divided frequency axes. We have used the means of time-frequency analysis derived from the discrete wavelet transform (DWT) and we have designed the effective algorithm for PSD estimation, which is comparable with an original analog method. CdTe single crystal with Au contacts we can imagine as a series connection of two Schottky diodes with a resistor between them. The bulk resistance at constant temperature and other constant parameters changes due to the carrier concentration changing only. The p-type CdTe sample shows metal behavior with every temperature changes. Semiconductor properties of the sample begin to dominate just after some period of time. This behavior is caused by the hole mobility changing. The voltage noise spectral density of 1/f noise depends on the quantity of free carriers in the sample. All the studied samples have very high value of low frequency noise, much higher than it should have been according to Hooge’s formula. The excess value of low frequency noise is caused by the low carrier concentration within the depleted region.

Poptávka ze strany vesmírného výzkumu, zdravotnictví a bezpečnostního průmyslu způsobila v posledních letech zvýšený zájem o vývoj materiálů pro detekci a zobrazování vysokoenergetického záření. CdTe a jeho slitina CdZnTe. jsou polovodiče umožnují detekci záření o energiích v rozsahu 10 keV až 500 keV. Šířka zakázaného pásma u CdTe / CdZnTe je 1.46 -1.6 eV, což umožňuje produkci krystalů o vysoké rezistivitě (10^10-10^11 cm), která je dostačující pro použití CdTe / CdZnTe při pokojové teplotě. V mé práci byly zkoumány detektory CdTe/CdZnTe v různých stádiích jejich poruchovosti. Byly použity velmi kvalitní spektroskopické detektory, materiál s nižší rezistivitou a výraznou polarizací, detektory s asymetrií elektrických parametrů kontaktů a teplotně degenerované vzorky. Z výsledků analýzy nízkofrekvenčního šumu je patrný obecný závěr, že zvýšená koncentrace defektů způsobí změnu povahy původně monotónního spektra typu 1/f na spektrum s výrazným vlivem generačně-rekombinačních procesů. Další výrazná vlastnost degenerovaných detektorů a detektorů nižší kvality je nárůst spektrální hustoty šumu typu 1/f se vzrůstajícím napájecím napětí se směrnicí výrazně vyšší než 2. Strukturální a chemické analýzy poukázaly, že teplotní generace detektorů způsobuje difuzi kovu použitého při kontaktování a stopových prvků hlouběji do objemu krystalu. Část mé práce je věnována modifikaci povrchu svazkem argonových iontů a jejímu vlivu na chemické složení a morfologii povrchu.