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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第25305号 / 工博第5264号 / 京都大学大学院工学研究科分子工学専攻 / (主査)教授 水落 憲和, 教授 浜地 格, 教授 SIVANIAHEasan / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

Electrically detected magnetic resonance (EDMR) is a sensitive spectroscopic technique, which can be used to readout few to single electron spins in semiconductor and carbon nanodevices for applications in solid state quantum information processing (QIP). Since only electrically active defects contribute to the EDMR signal, this technique can be used further to investigate defects and impurities in photovoltaic devices, in which they limit the sunlight-to-energy conversion efficiency significantly. Here, I employ X-band EDMR for semiconductor defect analysis and identify the most important recombination centres in Czochralski silicon with oxide precipitates, which can be intentionally grown to confine detrimental metallic impurities to inactive regions of the wafer in order to serve as a defect-free substrate for modern silicon photovoltaic devices. Those experiments show that oxide precipitation is accompanied by the formation of silicon dangling bonds. Furthermore, I describe a very promising route towards the fabrication and readout of few to single electron spins in carbon nanotube devices, which can be characterised structurally via transmission electron microscopy in order to relate their electrical and spin properties with their structure. Finally, I employ EDMR to read out electron spin states in donor-doped silicon field-effect transistors as a prerequisite for their application in QIP. I report on a novel cryogenic probe head for EDMR experiments in resonant microwave cavities operating at 0.35 T (9.7 GHz, X-band) and 3.34 T (94 GHz, W-band). This approach overcomes the inherent limitations of conventional X-band EDMR and permits the investigation of paramagnetic states with a higher spectroscopic resolution and signal intensity. Both advantages are demonstrated and discussed. I further report on a novel mechanism giving rise to the EDMR effect in donor-doped silicon field-effect transistors, which is capable of explaining why the EDMR signal intensities of the conduction electrons are enhanced by a factor of ∼100, while the donor resonance signals increase by a factor of ∼20 from X- to W-band only. The spin-relaxation and dephasing times are extracted from a series of pulsed-EDMR measurements and confirm this model. The author gratefully acknowledges funding from Trinity College Oxford, Department of Materials, EPSRC DTA, and Konrad-Adenauer-Stiftung e.V. (Begabtenförderung).

The diploma thesis „The Comparison of Prices of a Family House in Different Parts of the Brno city in the years 2016 and 2017“ focuses on the usual price and the detected price of a selected house in 2016 and 2017 and on the factors influencing these prices. The regulation No. 441/2013 coll. is used for year 2016 and the regulation No. 441/2013 coll. is used for year 2017. Further more, the market valuation is carried out by the direct comparison method. In this diploma thesis the representative house is valuated by the same methods but is situated in two different locations. The outcome of the thesis assessment of the usual prices and detected prices and of the factors that influences these prices. The theoretical part of this thesis focuses on explanation of the basic concepts used in the valuation and on the basic valuation methods.

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The thesis deals with the scintillation secondary electron detector for environmental scanning electron microscope, its design and construction. The starting point was numerical simulation of electrostatic fields and electron trajectories in the electrode system of the detector and simulation of pressure distribution and flow of gases in different parts of the detector. On the basis of modeling and simulation, construction changes of the detector were gradually implemented. Detection efficiency of each version of the detector was determined by the method described in the work. This method enables to evaluate signal level from the captured images of the specimen, quality of images was stated from signal to noise ratio. The thesis describes the whole process of the detector improvement from initial state, when the detector operated with lower efficiency in the pressure range from 300 to 900 Pa, to final version that enables usage of the detector in the range from vacuum up to 1000 Pa of water vapors in the specimen chamber of the microscope.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Meßanordnung zum Nachweis der Elektronen-Spin-Resonanz durch Beobachtung der Lumineszenz aufgebaut. Diese Methode ist unter dem Namen Optisch Detektierte Magnetische Resonanz (ODMR) bekannt. Sie erlaubt es, die Lumineszenzeigenschaften mit der aus der Spin-Resonanz gewonnenen atomistischen Strukturinformation zu verknüpfen. Mit der ODMR-Anlage wurden Untersuchungen an zwei unterschiedlich dotierten Korund-Kristallen, Rubin (Al2O3:Cr) und Saphir (Al2O3:Ti), durchgeführt. Anhand der Literaturdaten für Rubin wurde die neu aufgebaute Anlage getestet und geeicht. Die Messungen an Saphir dienten zur Klärung der bisher kontrovers diskutierten Struktur von blau emittierenden Lumineszenzzentren. Bei einer UV-Anregung entsteht im Saphir neben der schon bekannteninfraroten Ti3+-Emission eine breite blau-grüne Emission, die aus zwei überlappenden Teilbanden besteht. Die eine hat das Maximum bei ca. 410 nm ("blaue Bande") und die andere bei 480 nm ("grüne Bande"). Die Anregung beider Lumineszenzbanden findet bei 250 nm und 270 nm bzw. 270 nm statt. Um diese blau-grüne Lumineszenz zu erklären, sind unterschiedliche Modelle vorgeschlagen worden. So wurde die Lumineszenz F+-Zentren (ein Elektron in einer Sauerstoffleerstelle) oder Ti-Zentren zugeordnet. Im Falle der Ti-Zentren wurden alternativ Kristallfeldübergänge von Ti3+-Ionen und Charge-Transfer-Übergänge von Ti4+-Ionen mit der Lumineszenz in Verbindung gebracht. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten ODMR-Messungenergaben als Ursache der blau-grünen Lumineszenz zwei einander ähnliche Triplett-Systeme T1 und T2. Diese konnten durch folgende ESR-Parameter beschrieben werden: T1: gx,y,z=2.00, 1.96, 1.94 (g-Tensor), D=0.306 cm-1 (axialer Anteil der Kristallfeldaufspaltung), E=0.034 cm-1 (orthorhombischer Anteil der Kristallfeldaufspaltung); T2: gx,y,z=1.99, 1.99, 1.99, D=0.342 cm-1, E=0.054 cm-1. Das Zentrum T1 konnte der blauen und T2 der grünen Lumineszenz-Teilbande zugeordnet werden. Da die Lumineszenz-Zentren angeregte Tripletts sind, können Dublett-Systeme wie die F+-Zentren oder Ti3+-Ionenausgeschlossen werden. Dagegen sind die Beobachtungen verträglich mit dem Ti4+-O2--Charge-Transfer-Modell (mit Ti3+-O- im angeregten Zustand). Beide Lumineszenzbanden stammen demzufolge aus der Rekombination des Elektron-Loch-Paares im Ti3+-O--Zentrum des Typs T1 oder T2, das durch den Charge-Transfer-Übergang eines Elektrons vom Sauerstoff zum Ti4+ entsteht. Elektron und Loch koppeln zu einem Triplett-System. Das Loch ist bei beiden Zentren an einem dem Titanion benachbarten Sauerstoffion lokalisiert. Dies wird daraus geschlossen, daß die z-Achse der ESR-Tensoren ungefähr parallel zur Richtung der Al-O-Bindungen im ungestörten Kristallgitter liegt. Für beide Zentren ist das Verhältnis aus axialem undorthorhombischem Kristallfeldparameter |D/E| ungefähr gleich. Dies läßt auf eine ähnliche Struktur der Umgebung schließen, was das Bild unterstützt, daß beide Zentren fast identisch aufgebaut sind. Der axiale Kristallfeldanteil (Parameter D) von T2 ist etwas größer als der von T1. Dies kann durch einen kleineren Abstand von Elektron und Loch, d. h. von Ti3+ und O- erklärt werden, da die Kopplung zwischen den Spins dann stärker sein wird. In ungestörtem Al2O3 weisen drei der sechs einem Al-Ion benachbarten Sauerstoffionen einen kleineren Abstand auf als die anderen drei Ionen. Die drei Sauerstoffionen mit gleichem Abstand bilden jeweils Dreiecke, wobei das mit dem kleineren Abstand eine größere Seitenlänge aufweist. Es besteht nun die Möglichkeit, daß die beiden Zentren T1 und T2 sich lediglich darin unterscheiden, daß das Loch einmal auf einem Ion des kleinen und einmal auf einem des großen Dreiecks eingefangen ist. Wegen der Größe von D wäre T1 dann dem kleinen und T2 dem großen Dreieck zuzuordnen. Auch die beobachteten Hauptachsenrichtungen der ESR-Tensoren sind mit dieser Zuordnung verträglich. Im angeregten Zustand befindet sich das Elektron auf dem Titanion imgleichen Zustand wie das in dem Grundzustand des Ti3+-Ions. Der große Unterschied zwischen den in der ESR des Grundzustands gemessenen g-Werten (gparallel=1.067, gperp<0.1, Kask et al., 1964) und dem hier gewonnenen fast isotropen g-Faktor (g=2) kann durch die sogenannte Auslöschung des Bahndrehimpulses erklärt werden, die bei niedrigsymmetrischem System wie Ti3+-O- auftritt.

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