Semiconductor nanostructures for device applications
Authors: Άμπακερ-Ανταμ Μοχάμεντ 
Published: September 2021

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η σύνθεση ημιαγώγιμων νανοδομών και η εφαρμογή τους σε διατάξεις. Μέρος 1 Παρουσιάζεται η σύνθεση επιταξιακών εξαγωνικών δίσκων οξειδίου του Χαλκού CuO μέσω μίας υδροθερμικής διαδικασίας ανάπτυξης χαμηλής θερμοκρασίας. Η μορφολογική μελέτης καθώς και ο δομικός χαρακτηρισμός έχουν γίνει με τις μεθόδους FESEM, TEM, HRTEM και XRD αντίστοιχα. Οι οπτικές ιδιότητες μελετήθηκαν μέσω UV/VIS φασματοσκοπίας σε θερμοκρασία δωματίου, όπου υπολογίστηκαν τα έμμεσα και άμεσα χάσματα τα οποία είναι ελαφρώς μετατοπισμένα προς το μπλε σε σχέση με τις τιμές του μακροσκοπικού υλικού. Επίσης η καθαρότητα και η σύσταση των δειγμάτων μελετήθηκαν μέσω EDS και FTIR. Τέλος, έχει προταθεί ένας μηχανισμός ανάπτυξης για τον σχηματισμό των επιταξιακών εξαγωνικών δίσκων οξειδίων του χαλκού. Μέρος 2 Αναφέρεται στην παρασκευή υψηλής ευαισθησίας χημικών αισθητήρων 4-nitrophenol (4-NP) που βασίζονται στους νανοκύβους του CuO. Ο δομικός χαρακτηρισμός επιβεβαίωσε την νανοκρυσταλλική φύση και μονοκλινή δομή των δειγμάτων. Οι οπτικές ιδιότητες των νανοκύβων μελετήθηκαν με UV-Vis φασματοσκοπία σε θερμοκρασία δωματίου, και παρουσίασαν έμμεσο και άμεσο χάσμα. Οι νανοκύβοι CuO χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή χημικών αισθητήρων 4-nitrophenol (4-NP) μέσω μίας απλής I-V τεχνικής. Οι αισθητήρες αυτοί παρουσίασαν υψηλή ευαισθησία ~132.84 ± 0.02 mA.cm-2.(mol L-1)-1 και όριο ανίχευσης ~5×10-9 mol L-1 σε μικρό χρόνο απόκρισης ~10.0 s. Μέρος 3 Παρουσιάζεται υψηλής απόδοσης σύνθεση, λεπτομερής χαρακτηρισμός και η εφαρμογή στη φωτοκατάλυση νανοσωματιδίων α-Fe2O3. Το φάσμα απορρόφησης UV-Vis παρουσίασε δύο οπτικά χάσματα που αντιστοιχούν σε άμεσες και έμμεσες μεταβάσεις αντίστοιχα. Τα νανοσωματίδια α-Fe2O3 εμφανίζουν καλές φωτοκαταλυτικές ιδιότητες στη καταλυτική υποβάθμιση του methylene blue. Μέρος 4 Παρουσιάζεται η σύνθεση νανοελλειψοειδών α-Fe2O3 μέσω μίας υδροθερμικής μεθόδου χαμηλής θερμοκρασίας και η χρήση τους για την παρασκευή χημικών αισθητήρων αμμωνίας υψηλής απόδοσης, με την I-V τεχνική. Οι λεπτομερείς δομικές και οπτικές ιδιότητες επιβεβαίωσαν την ρομβοεδρική δομή και τα άμεσα και έμμεσα ενεργειακά χάσματα αντίστοιχα. Οι αισθητήρες αυτοί παρουσίασαν υψηλή ευαισθησία ~4.678 µA.cm-2.mM-1 και όριο ανίχευσης ~0.04 nM με συντελεστή συσχέτισης (R) 0.995 σε μικρούς χρόνους απόκρισης (10.0 sec). Μέρος 5 Παρουσιάζεται η ευρείας κλίμακας σύνθεση νανονιφάδων SnS2 καθώς επίσης και ο χαρακτηρισμός τους. Οι φωτοκαταλυτικές ιδιότητες των νανονιφάδων SnS2 παρουσίασαν υποβάθμιση 61% της Rhodamine B υπό ακτινοβολία ορατού φωτός. Επιπλέον οι SnS2 νανονιφάδες χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή χημικών αισθητήρων νιτροανιλίνης μέσω της I-V τεχνικής. Οι αισθητήρες παρουσίασαν υψηλή ευαισθησία ~ (505.82 ± 0.02) mA.cm-2.(mole/L)-1 και πειραματικό όριο ανίχνευσης ~15*10-6 (mole/L) σε μικρό χρόνο απόκρισης ~10.0 sec.Μέρος 6, Παρασκευάστηκε διάταξη ετεροδομής με νανοφύλλα SnS(p-type)/TiO2 νανοσωματίδια (n-type) επάνω σε γυαλί FTΟ με λεπτή επιφανειακή επίστρωση Pt δημιουργώντας μία διάταξη διόδου Pt/SnS/TiO2/FTO. Η ετεροδομή αυτή εμφάνισε βελτιωμένες ηλεκτρικές ιδιότητες με υψηλό ρεύμα 0.78 mA στο 1V, παράγοντα ιδεατότητας 31 και σχετικά υψηλό φράγμα δυναμικού 0.634 eV.Λέξεις κλειδιά: Ημιαγώγιμες νανοδομές, Οξείδιο του χαλκού, Οξείδιο του σιδήρου, Σουλφίδια του κασσιτέρου, Υδροθερμική διαδικασία, Οπτικό ενεργιακό χάσμα, Χημικοί αισθητήρες, Φωτοκαταλυτική υποβάθμιση, Δίοδος ετεροεπαφής.