abstract: Silicon (Si) solar cells are the dominant technology used in the Photovoltaics industry. Field-effect passivation by means of electrostatic charges stored in an overlying insulator on a silicon solar cell has been proven to be a significantly efficient way to reduce effective surface recombination velocity and increase minority carrier lifetime. Silicon nitride (SiNx) films have been extensively used as passivation layers. The capability to store charges makes SiNx a promising material for excellent feild effect passivation. In this work, symmetrical Si/SiO2/SiNx stacks are developed to study the effect of charges in SiNx films. SiO2 films work as barrier layers. Corona charging technique showed the ability to inject charges into the SiNx films in a short time. Minority carrier lifetimes of the Czochralski (CZ) Si wafers increased significantly after either positive or negative charging. A fast and contactless method to characterize the charged overlying insulators on Si wafer through lifetime measurements is proposed and studied in this work, to overcome the drawbacks of capacitance-voltage (CV) measurements such as time consuming, induction of contanmination and hysteresis effect, etc. Analytical simulations showed behaviors of inverse lifetime (Auger corrected) vs. minority carrier density curves depend on insulator charge densities (Nf). From the curve behavior, the Si surface condition and region of Nf can be estimated. When the silicon surface is at high strong inversion or high accumulation, insulator charge density (Nf) or surface recombination velocity parameters (Sn0 and Sp0) can be determined from the slope of inverse lifetime curves, if the other variable is known. If Sn0 and Sp0 are unknown, Nf values of different samples can be compared as long as all have similar Sn0 and Sp0 values. Using the saturation current density (J0) and intercept fit extracted from the lifetime measurement, the bulk lifetime can be calculated. Therefore, this method is feasible and promising for charged insulator characterization. / Dissertation/Thesis / M.S. Electrical Engineering 2014

Le carbure de silicium est un matériau semi-conducteur à grande bande d’énergie interdite possédant des propriétés exceptionnelles en termes de tenue en température, de résistance aux radiations, de stabilité chimique. En particulier il pourrait permettre la réalisation de détecteurs ultra-violet fonctionnant en environnement extrême (fortes températures et niveaux de radiations élevés) tels les environnements spatiaux. Le polytype 3C, avec un gap intermédiaire pourrait également être utilisé dans le domaine photovoltaïque. Le présent travail propose d’étudier le carbure de silicium à la fois sous l’aspect composant et sous l’aspect matériau. Une étude de la réponse spectrale de photodiodes UV (de type pn et Schottky) en fonction de la température et de l’irradiation est présentée. Un nouveau type de cellules solaires à hétérojonctions 3C-SiC/Si est étudié. Enfin, un système de mesure de la durée de vie des porteurs minoritaires dans le SiC-4H est réalisé et les résultats commentés. / Silicon carbide is a large bandgap semiconductor presenting outstanding properties in terms of temperature, radiations and chemical hardness. In particular it could allow the fabrication of ultra-violet detectors, able to work in harsh environments such as for space aplications. The 3C polytype , with it’s intermediate bandgap, could also be used in the photovoltaic field. The present work aims to study both the material and the application aspects of silicon carbide. A study of the spectral response of both pn and Schottky photodiodes with respect to the temperature and irradiation is presented. A new type of 3C-SiC/Si heterojunction solar cell is studied. Finally, a minority carrier lifetime measurement system is realised ant the results presented.

Atomic parity violation measurements provide a way to probe physics beyond the Standard Model. They can provide constraints on conjectures of a massive Z′ bosonor a light boson, or searches of dark energy. Using the two-pathway coherent control technique, our group plans to make a new measurement of the weak interaction induced parity non-conservation (PNC) transition moment (<i>E_PNC</i>) on the cesium 6S→7S transition. We will coherently interfere a 2-photon transition with the Stark and PNC transitions to amplify and extract the PNC amplitude. Previously, our lab has measured the magnetic dipole transition moment on the same 6S→7S transition to about 0.4% uncertainty using this technique. In this dissertation, I discuss improvements made to the system, and review what future upgrades are needed for a new<i> E</i>_{<i>PNC </i>}measurement. Key systematics are also described. For an accurate determination of <i>E_PNC</i>, properties of cesium such as the scalar (<i>α</i>) and vector (<i>β</i>) transition polarizabilities are needed. I present improved determinations of keyelectric dipole matrix elements, and calculate new high precision determinations of <i>α</i> and <i>β</i>. Finally, using <i>β</i> and the previously measured value of <i>E_PNC/β</i>, I calculate new values for the weak charge of the cesium nucleus Q_w.<br>

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Ce travail s'inscrit dans le cadre d'études de structures nucléaires réalisées en utilisant des réactions de fission induites par neutrons froids. Il décrit successivement les résultats d'une étude sur des noyaux ayant un nombre de neutrons N=50-60, sur le développement d'un marqueur d'événements de fission et enfin sur la production de l'isomère Pt-195m. Chacun des différents sous-thèmes trouve son origine dans la campagne EXILL qui s'est déroulée en 2012-2013 et durant laquelle un spectromètre de grande efficacité pour la détection des rayonnements γ (EXOGAM) a été utilisé auprès du réacteur à haut flux de neutrons de l'Institut Laue-Langevin (ILL). Dans la première partie de cette thèse, les noyaux d'intérêt ont été produits par fission induites par des neutrons sur les cibles fissiles U-235 et Pu-241. Des méthodes de spectroscopie γ ont été appliquées pour l'identification des fragments de fission, l'attribution des transitions γ à un noyau et l'analyse des durées de vie moyenne des états excités. L'analyse des durées de vie moyenne des états excités dans la plage de quelques picosecondes à quelques nanosecondes a été réalisée en utilisant deux méthodes complémentaires. Dans les deux cas, il s'agit de réaliser un spectre en temps construit à partir de la coincidence entre une transition qui alimente le niveau mesuré et une transition qui le désexcite. Les durées de vie moyenne pour les noyaux Kr-92, Kr-93 et Zr-101 sont présentées. Dans la seconde partie, les premiers résultats du développement d'un nouveau détecteur pour la discrimination des fragments de fission sont présentés. Ce marqueur d'événements de fission est destiné à être utilisé sur le spectromètre FIssion Prompt Product γ-ray Spectrometer (FIPPS) de l'ILL. Dans le cadre de cette étude, deux conceptions de détecteurs différentes, basées sur un scintillateur en plastique solide et un scintillateur liquide organique, ont été testées. Dans la troisième partie, la possibilité de la population spécifique de l'isomère de spin dans Pt-195 est examinée au regard particulièrement de son utilisation en tant que radio-isotope en médecine nucléaire. Une telle activation spécifique pourrait être réalisée grâce à l'existence d'états excités dont la structure permettrait une population ciblée dans le cas de l'utilisation de réactions de photo-excitation. La recherche de tels états a été initiée lors d'une expérience de capture de neutrons à EXILL dans laquelle des états potentiels ont été identifiés. L'activation de l'isomère par ces états a ensuite été testée avec des réactions photonucléaires à l'aide du faisceau haute intensité disponible auprès de l'installation γ HIGS de TUNL (Triangle Universities Nuclear Laboratory, Duke, USA). / Within the scope of atomic nuclear structure studies with neutron-induced reactions, this work presents the results of a fission fragment study in the N=50-60 region, the development of a fission event tagger, and the production of the isomer Pt-195m. Each of the different sub-topics has its origin in the 2012/13 EXILL campaign, where nuclear structure studies were carried out with neutron-induced reactions, and explored with a γ-efficient detector array. In the first part of this thesis, the neutron-rich region around neutron number N=50-60 was investigated with neutron-induced fission reactions on the fissile targets U-235 and Pu-241. Gamma spectroscopy methods were applied for the identification of the respective fission fragments, the assignment of γ transitions, and the analysis of lifetimes of excited states. The slope fit method as well as the recently developed generalized centroid difference method were used for the analysis of lifetimes in the low picoseconds to sub-nanoseconds range. Lifetimes for the nuclei Kr-92, Kr-93 and Zr-101 are presented. In the second part, first results of the development of a new detector for the discrimination of fission fragments are presented. This fission event tagger is intended to be used at the FIssion Product Prompt γ-ray Spectrometer (FIPPS) at the Institut Laue-Langevin. Within the scope of this study, two different detector designs, based on a solid plastic scintillator and an organic liquid scintillator, respectively, were tested. In the third part the possibility of the specific population of the spin-isomer in Pt-195 is discussed with special regard to its use as radioisotope in nuclear medicine. Such a specific activation could be realized via certain “doorway states” in photo-excitation reactions. The search for these doorway states was initiated within a neutron capture experiment at EXILL where potential states were found. The activation of the isomer via these states was tested afterwards with photonuclear reactions using the high intense γ-beam HIGS of the TUNL facility.