This thesis consists of a study of several thin film semiconductor structures of practical technological use either presently or in the near future. The first system studied is an ultra thin film single crystal gallium arsenide layer. The absorption spectra of these layers are measured and transitions at both the F- point and L-point of the Brillouin Zone are observed, the latter are not normally measurable in thicker layers. The observed shift in the F-point absorption edge is attributed to contributions from the Franz-Keldysh Effect and the Moss-Burstein Effect. The temperature dependence of the L-point energy gap is measured and compared with previous data. The next system investigated is an n-type porous silicon layer coated with p-type polyaniline. Both photoluminescence and electroluminescence spectra and the electrical characteristics have been measured for this system. The interface between the two layers is found to be a rectifying junction consistent with a potential barrier formed at the interface. In forward bias, it is possible to generate electroluminescence in the visible and near infra red regions. The final structure studied is a thin film cadmium sulphide-cadmium telluride solar cell structure. The cells are found to have a low efficiency of around 1% as grown, but a process of treatment with cadmium chloride and annealing in air improves this by a factor of approximately ten. Photoluminescence measurements on the back surface of the cadmium telluride revealed three major emission bands at 1.59 eV, 1.55 eV and 1.45 eV. By varying temperature and incident laser power, attempts at assigning the bands to specific impurity centres in the cadmium telluride is made Using a novel bevelling etch technique to prepare samples, depth dependent measurement of the photoluminescence is possible. This reveals that the major changes associated with the improvement in efficiencies occurs at the interface between the CdS and the CdTe.

No description available.

Les dispositifs médicaux miniaturisés sont de plus en plus répandus dans le monde médical, car ils offrent de nouvelles opportunités de traitement et de surveillance. La miniaturisation des systèmes permet notamment une chirurgie minimalement invasive, une portabilité améliorée et une facilité d'utilisation. Parmi les exemples on peut mentionner les micro-stimulateurs cardiaques, les micro-implants cochléaires et les micro-capteurs ex-situ de glucose. Cependant, les micro-dispositifs implantables qui utilisent des technologies d'assemblage autres que les boîtiers métalliques sont encore à découvrir. La surveillance de paramètres physiologiques à l'aide de capteurs in-situ de pression et BioMEMS pourraient bénéficier des progrès faits sur les études d'encapsulation en couche mince destinées à protéger les micro-dispositifs de silicium contre la corrosion. En effet, une barrière qui empêche la diffusion et la pénétration des substances nocives est indispensable pour protéger à la fois le patient et le micro-dispositif. Les couches minces céramiques déposées par des procédés chimiques en phase vapeur sont de bons candidats grâce à leurs faibles perméabilités aux gazes, faibles réactivités chimique et conformités de dépôt élevées. Cependant, dans des milieux biologiques représentatifs du corps humain, peu d'études ont été réalisées dans le domaine de la protection des dispositifs microélectroniques contre la corrosion.Au cours de cette thèse, dix matériaux, choisis à l'issue d'une étude bibliographique, ont été étudiés: Al2O3, BN, DLC, HfO2, SiC, SiN, SiO2, SiOC, TiO2 et ZnO. Des couches ultrafines de ces matériaux (de 5 à 100 nm) ont été déposées par voie chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) ou par couches atomiques (ALD) sur des substrats silicium recouverts de matériaux généralement présents dans des dispositifs microélectroniques tels que le silicium cristallin, le cuivre, le tungstène nitrure et le poly-imide. Des mesures de cytotoxicité ont été réalisées et des tests de vieillissement ont été effectués pendant plusieurs semaines à des températures différentes dans une solution saline phosphatée (PBS) mais aussi dans une solution à base de sérum de veau fœtale (NaCl/SVF). Les changements dans la composition chimique et l'épaisseur ont été suivies par VASE, XPS et spectroscopie de masse d'ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS). Il a été montré que les couches de SiO2 et de SiN (généralement utilisées pour la protection dans l'industrie de la microélectronique) n'étaient pas stables dans le PBS et le NaCl/SVF à 37°C, même si en revanche elles offraient une bonne barrière aux gazes. L'Al2O3 a lui montré une très bonne tenu en milieu salin et une remarquable herméticité mais en revanche, il s'est corrodé rapidement dans le NaCl/SVF. Les couches de DLC, SiOC et TiO2 ont donné les meilleurs résultats de stabilité dans le PBS et le sérum de veau. Enfin, il a aussi été montré dans cette thèse que l'empilement TiO2 sur Al2O3 offrait la meilleure efficacité comme barrière hermétique et diffusive pour la protection des microsystèmes de silicium contre la corrosion dans les milieux salins. / Miniaturized medical devices are becoming increasingly adopted by doctors and patients because they enable new treatment and monitoring capabilities, minimally invasive surgery, improved portability and ease of use. Recent examples include micro pacemakers, micro cochlear implants and ex-situ micro glucose sensors. However, implantable micro devices employing packaging technologies other than metallic enclosures are yet to be seen. Physiological monitors such as in-situ pressure sensors and BioMEMS could profit significantly from advances in thin barrier films for corrosion protection of silicon micro devices. Coating films that stop the diffusion and permeation of harmful substances are necessary to protect both the patient and the micro device. Ceramic films deposited by chemical vapor deposition techniques are good candidates for this task due to their low permeability to gases, low chemical reactivity and high conformality. However, few studies are available about the corrosion protection offered by biocompatible coatings to microelectronic devices in representative biological environments.Ten materials were selected in this thesis after a bibliographic study: Al2O3, BN, DLC, HfO2, SiC, SiN, SiO2, SiOC, TiO2 and ZnO. Ultra-thin films of these materials (5-100 nm) were deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or atomic layer deposition (ALD) on substrates commonly found in electronic micro devices: crystalline silicon, copper, tungsten nitride and polyimide. In vitro cytotoxicity tests and degradation tests were performed for several weeks at different temperatures in Phosphate Buffer Saline (PBS) and NaCl supplemented with 10% Fetal Bovine Serum (NaCl/FBS). Changes in thickness and chemical composition were monitored by VASE, XPS and time-of-flight secondary ion mass spectroscopy (TOF-SIMS). It was found that SiO2 and SiN films (generally used for protection in the microelectronics industry) are not stable in PBS and NaCl/FBS at 37°C, even though they act as good hermetic barriers. Al2O3 showed very good stability in saline solution and excellent behavior as gas barrier, but it was rapidly dissolved in NaCl/FBS.In contrast, films of DLC, SiOC and TiO2 showed very low chemical reactivity in both mediums. Finally, it was shown that multilayers of TiO2 on Al2O3 offer the best performance as hermetic and diffusion barriers for corrosion protection of silicon micro systems in saline environments.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Simulation und Modellierung organischer Feldeffekt-Transistoren (OFETs). Mittels numerischer Simulationen wurden detaillierte Untersuchungen zu mehreren Problemstellungen durchgeführt. So wurde der Einfluss einer exponentiellen Verteilung von Trapzuständen, entsprechend dem sogenannten a-Si- oder TFT-Modell, auf die Transistorkennlinien untersucht. Dieses Modell dient der Beschreibung von Dünnschicht-Transistoren mit amorphen Silizium als aktiver Schicht und wird teils auch für organische Transistoren als zutreffend angesehen. Dieser Sachverhalt wird jedoch erstmals in dieser Arbeit detailliert untersucht und simulierte Kennlinien mit gemessenen Kennlinien von OFETs verglichen. Insbesondere aufgrund der Dominanz von Hysterese-Effekten in experimentellen Kennlinien ist jedoch eine endgültige Aussage über die Gültigkeit des a-Si-Modells schwierig. Neben dem a-Si-Modell werden auch noch andere Modelle diskutiert, z.B. Hopping-Transport zwischen exponentiell verteilten lokalisierten Zuständen (Vissenberg, Matters). Diese Modelle liefern, abhängig von den zu wählenden Modellparametern, zum Teil ähnliche Abhängigkeiten. Möglicherweise müssen die zu wählenden Modellparameter selbst separat gemessen werden, um eindeutige Schlussfolgerungen über den zugrundeliegenden Transportmechanismus ziehen zu können. Unerwünschte Hysterese-Effekte treten dabei sowohl in Transistorkennlinien als auch in Kapazitäts-Spannungs- (CV-) Kennlinien organischer MOS-Kondensatoren auf. Diese Effekte sind bisher weder hinreichend experimentell charakterisiert noch von ihren Ursachen her verstanden. In der Literatur findet man Annahmen, dass die Umladung von Trapzuständen oder bewegliche Ionen ursächlich sein könnten. In einer umfangreichen Studie wurde daher der Einfluß von Trapzuständen auf quasistatische CV-Kennlinien organischer MOS-Kondensatoren untersucht und daraus resultierende Hysterese-Formen vorgestellt. Aus den Ergebnissen läßt sich schlussfolgern, dass allein die Umladung von Trapzuständen nicht Ursache für die experimentell beobachteten Hysteresen in organischen Bauelementen sein kann. Eine mögliche Erklärung für diese Hysterese-Effekte wird vorgeschlagen und diskutiert. In einem weiteren Teil der Arbeit wird im Detail die Arbeitsweise des source-gated Dünnschicht-Transistors (SGT) aufgezeigt, ein Transistortyp, welcher erst kürzlich in der Literatur eingeführt wurde. Dies geschieht am Beispiel eines Transistors auf der Basis von a-Si als aktiver Schicht, die Ergebnisse lassen sich jedoch analog auch auf organische Transistoren übertragen. Es wird geschlussfolgert, dass der SGT ein gewöhnlich betriebener Dünnschicht-Transistor ist, limitiert durch das Sourcegebiet mit großem Widerstand. Die detaillierte Untersuchung des SGT führt somit auf eine Beschreibung, die im Gegensatz zur ursprünglich verbal diskutierten Arbeitsweise steht. Ambipolare organische Feldeffekt-Transistoren sind ein weiterer Gegenstand der Arbeit. Bei der Beschreibung ambipolarer Transistoren vernachlässigen bisherige Modelle sowohl die Kontakteigenschaften als auch die Rekombination von Ladungsträgern. Beides wird hingegen in den vorgestellten numerischen Simulationen erstmalig berücksichtigt. Anhand eines Einschicht-Modellsystems wurde die grundlegende Arbeitsweise von ambipolaren (double-injection) OFETs untersucht. Es wird der entscheidende Einfluß der Kontakte sowie die Abhängigkeit gegenüber Variationen von Materialparametern geklärt. Sowohl der Kontakteinfluß als auch Rekombination sind entscheidend für die Arbeitsweise. Zusätzlich werden Möglichkeiten und Einschränkungen für die Datenanalyse mittels einfacher analytischer Ausdrücke aufgezeigt. Es zeigte sich, dass diese nicht immer zur Auswertung von Kennlinien herangezogen werden dürfen. Weiterhin werden erste Simulationsergebnisse eines ambipolaren organischen Heterostruktur-TFTs mit experimentellen Daten verglichen.