Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

535 --- Optics --- 535 Optics

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

535 --- Optics --- 535 Optics

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

535 --- #KVIV --- Optics --- 535 Optics

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

In deze moderne tijden zijn draagbare toestellen zoals GSM's, digitale camera's, GPS, USB sticks,... niet meer weg te denken uit het dagelijks leven. Al deze toestellen vereisen geheugens die bij voorkeur zo klein mogelijk zijn, een lange opslagtijd hebben en duurzaam zijn. Veelbelovende kandidaten voor Flash geheugens zijn Si nanokristallen in een SiO2 matrix en type II kwantumpunten zoals InP/GaAs. Vooraleer deze echter in geheugens gebruikt kunnen worden, moeten hun basiseigenschappen goed gekend zijn. Daarom werd in dit werk fundamenteel onderzoek verricht op Si nanokristallen en InP/GaAs kwantumpunten. Verder werd nog onderzoek verricht op bulk GaInP, een drievoudig samengestelde halfgeleider die interessante fotoluminescentie-eigenschappen vertoont tengevolge van ordeningfenomenen. Bovendien werd een interessante analogie gevonden tussen het bulk GaInP en de InP/GaAs kwantumpunten. Het grootste deel van de experimenten betreft fotoluminescentie (FL) in hoge gepulste magneetvelden, een unieke en veelzijdige techniek die de opsluiting van excitonen in halfgeleider nanostructuren onderzoekt. Bij het aanleggen van een magneetveld wordt een verschuiving van de FL-energie waargenomen. Bij lage magneetvelden (excitonstraal veel kleiner dan de magnetische lengte), treedt ruimtelijke opsluiting van de excitonen op en verloopt de verschuiving van de FL-energie kwadratisch met het magneetveld. Bij hoge magneetvelden (excitonstraal veel groter dan de magnetische lengte) daarentegen, is er magnetische opsluiting en verloopt de verschuiving van de FL-energie lineair met het magneetveld. Het analyseren van de FL-energie in functie van het magneetveld met het excitonmodel levert de waardes voor de excitonstraal, excitonmassa en exciton-bindingsenergie op. Beheersen van de Fotoluminescentie van Si Nanokristallen Silicium is een indirecte bandkloof halfgeleider en zendt daardoor moeilijk licht uit. In 1990 echter werd zichtbare luminescentie van poreus Si vastgesteld bij kamertemperatuur. Dit bracht een intense discussie teweeg over de oorsprong van de FL. Deze discussie is nog steeds aan de gang maar is nu toegespitst op Si nanokristallen in een SiO2 matrix. De twee belangrijkste mechanismen om de FL te verklaren zijn (1) kwantumopsluiting van de excitonen in de Si nanokristallen en (2) defecten aan het grensvlak tussen het Si nanokristal en de SiO2 matrix. Het kwantumopsluitingsmodel voorspelt een blauwverschuiving van de FL-energie voor afnemende grootte van de nanokristallen en een parabolische vershuiving van de FL-energie in magneetvelden tot 50 T wordt verwacht. Voor FL afkomstig van defecten wordt echter geen verschuiving van de FL energie in magneetveld verwacht. Het is de eerste keer dat hoge magneetvelden met succes toegepast werden op het Si nanokristal probleem. Samen met elektron spin resonantie (ESR) metingen, die de aanwezige paramagnetische defecten identificeren en kwantiseren, werd een uitgebreid onderzoek uitgevoerd en werd aangetoond dat het, naast het bepalen van de oorsprong van de FL, ook mogelijk is om de oorsprong van de FL in één enkel sample te veranderen tussen defect-gerelateerde FL en FL afkomstig van kwantumopsluiting. In de oorspronkelijke toestand wordt de FL gedomineerd door FL afkomstig van sterk gelokaliseerde defect-toestanden. Na waterstof-passivatie is de FL volledig afkomstig van kwantumopsluiting. Tijdens de bestraling van het gepassiveerde sample met UV licht worden opnieuw defecten geintroduceerd, waardoor de oorsprong van de FL terug verschoven wordt naar sterk gelocaliseerde defect-toestanden. Er werd besloten dat kwantumopsluiting enkel verantwoordelijk is voor de FL in Si nanokristallen in de afwezigheid van defecten. De mogelijkheid om de oorsprong van de FL te controleren opent perspectieven voor bijvoorbeeld Flash geheugens gebaseerd op Si nanokristallen en "Si based emitters". De verwezenlijking van "Si based emitters" met een golflengte rond 650 nm zou het mogelijk maken om chips te produceren die enkel en alleen uit Si bestaan. Optische Tuning van de Excitoneigenschappen van InP/GaAs Kwantumpunten De meeste studies van kwantumpunten betreft type I kwantumpunten, waarbij zowel het elektron als het gat opgesloten zijn in de kwantumpunt. Een rijkere bron van fysische fenomenen zijn echter type II kwantumpunten waarbij slechts één van de ladingsdragers opgesloten zit in de kwantumpunt. Deze type II kwantumpunten zijn bovendien veelbelovende kandidaten voor geheugens door de relatief lange opslagtijd die kan verkregen worden. In dit werk werden zelfgeassembleerde InP/GaAs kwantumpunten bestudeerd, waarbij de elektronen opgesloten zijn in de InP kwantumpunten terwijl de gaten zich in het omringende GaAs bevinden. Om de invloed van de elektron-gat-dichtheid op de exciton-eigenschappen van de InP/GaAs kwantumpunten te bestuderen, werd de excitatievermogendichtheid gevarieerd over zes grootte-ordes. In het lage vermogen gebied zijn de kwantumpunten bezet door een exciton in de grondtoestand. Omwille van de ruimtelijke scheiding van de ladingsdragers, is de Coulombinteractie zwak, wat resulteert in een kleine bindingsenergie en een grote excitonstraal. In het hoge vermogen gebied werd een duidelijke blauwverschuiving van de FL-energie waargenomen, die vaak beschouwd wordt als kenmerkend voor type II systemen. Deze blauwverschuiving kan verklaard worden door opvulling van de hogere energietoestanden: De kwantumpunten worden meervoudig geladen. Dit heeft als gevolg dat de Coulomb interactie tussen een gat in het GaAs en de elektronen in de InP kwantumpunt sterker wordt, wat resulteert in een toename van de bindingsenergie en afname van de excitonstraal. De mogelijkheid om deze kwantumpunten meervoudig te laden, maakt hen veelbelovende kandidaten voor "single dot memories". Opsluitingseffecten in Bulk GaInP GaInP is een directe bandkloof halfgeleider die twee types van spontane lange-afstands-ordening vertoont: Compositie-modulatie (CM) en CuPt ordening. Beide ordeningfenomen zorgen voor een verkleining van de bandkloof en type II opsluiting. Voor de MBE-gegroeide samples werd CM vastgesteld en wordt de type II opsluiting verklaard door een elektron gelokaliseerd in een InP gebied en een gat in een GaP gebied. Zoals verwacht, werd CuPt ordening vastgesteld in de MOVPE gegroeide samples. Bij lage temperatuur worden de excitoneigenschappen gedomineerd door de opsluitingseffecten omwille van de CuPt ordening terwijl bij hoge temperatuur een evolutie naar bulk gedrag vastgesteld wordt. De blauwverschuiving van de FL-energie met toenemende temperatuur vertoont een interessante analogie met de type II InP/GaAs kwantumpunten en wordt toegekend aan de oplading van de meest geordende gebieden met elektronen. Type II opsluiting wordt beschouwd als elektronen gelokaliseerd in de meest geordende gebieden en gaten in de middelmatig geordende en ongeordende gebieden. Nowadays, portable devices have become an important part of every day life, think for instance at mobile phones, digital cameras, global positioning systems (GPS), USB sticks,... All these devices require memories which are preferably as small as possible, have a long retention time and a long endurance. Si nanocrystals embedded in a SiO2 matrix are promising candidates for Flash memories because they have longer retention times and a higher stability than the currently used polycrystalline based memories and can be fabricated with a minimal perturbation of the conventional Si technology. Other strong candidates for memory devices are type II quantum dots (QDs) like the InP/GaAs QDs studied here which have the advantage over type I QDs of a longer carrier retention time. Furthermore, experiments were performed on the ternary compound semiconductor GaInP, a bulk material that shows confinement properties due to spontaneous ordering effects. An interesting analogy was found between the bulk GaInP and the InP/GaAs QDs. The main part of the experiments concerns photoluminescence (PL) in high magnetic fields, which is a versatile technique to study the confinement of excitons in semiconductor nanostructures. Excitons are stable bound states of an electron and a hole formed by the Coulomb attraction, which are created during the absorption of a photon during the PL process. The exciton energy shifts in magnetic fields with a parabolic field dependence for low magnetic fields (spatial confinement) and a linear field dependence for high magnetic fields (magnetic confinement). With the exciton model, the field dependence of the PL energy can be analyzed self-consistently in one go and the exciton properties (mass, radius and binding energy) can be determined. Controlling the Photoluminescence from Si Nanocrystals Ever since the discovery of room temperature visible PL from porous Si in 1990, an intense debate on the origin of PL has raged, which is now focussed on Si nanocrystals in a SiO2 matrix. The two rival explanations are defect states at the Si nanocrystal/SiO2 interface and quantum confinement (QC) of the excitons in the Si nanocrystals. The QC model states that there is a blue shift in emission energy with decreasing size of the Si nanocrystals and a parabolic shift of the PL energy in magnetic fields up to 50 T is expected. On the contrary, no shift of the PL energy in magnetic fields is expected for a defect-related PL. It is the first time that high magnetic fields have been applied to the Si nanocrystal problem and with success! Furthermore, to have a dual approach of the problem, electron spin resonance measurements were performed to identify and quantify the present paramagnetic defects. It was shown that next to being able to determine the origin of the PL, it is also possible to switch the origin of the PL in a single sample between defects and QC. In the as-grown state, the PL is completely dominated by PL from highly-localized defect states. After passivating the sample with hydrogen, PL is purely originating from QC. Subsequent irradiation of the sample with UV reintroduces the defects, shifting the origin of PL from QC back to defects. It was concluded that quantum confinement is only responsible for the PL in Si nanocrystals in the absence of defects. The possibility to control the origin of the PL opens perspectives for Si based devices like flash memories and Si based emitters. The realization of Si-based emitters with a wavelength around ~ 650 nm would make it possible to produce chips purely consisting of Si. Optical Tuning of the Exciton Properties in InP/GaAs Quantum Dots Type-II self-assembled quantum dots (QDs), which are an anti-dot for one of the charge carriers, are an interesting source of new physics that emerges from the spatial separation and Coulomb binding of electrons and holes. Moreover, they are also strong candidates for non-volatile memories because of the relatively long storage times that can be achieved compared to type I QDs. The InP/GaAs QDs studied here, confine the electrons while the holes are free. To study the influence of the electron-hole density on the exciton properties of InP/GaAs QDs, experiments were done as a function of excitation power density. In the low power regime, the dots are singly charged. Due to the spatial separation of the electron and hole, the Coulomb interaction is weak, resulting in a small binding energy and big exciton radius. In the high power regime, the pronounced blue shift of the PL energy with excitation power density is explained by state filling of higher energy states and Coulomb charging, i.e. the dots get multiply charged with electrons. As a consequence, the Coulomb interaction between a hole in the GaAs barrier and the electrons in the InP QD becomes stronger, resulting in an increase in binding energy and a decrease in exciton radius. The possibility to charge the InP/GaAs QDs makes them promising candidates for single dot memories. The investigation and understanding of the carrier dynamics in these self-assembled QDs is an important factor for the future development of QD memories. Confinement Properties in Bulk GaInP Bulk GaInP is an interesting ternary compound semiconductor because it shows confinement properties due to the spontaneous ordering effects composition modulation and CuPt-type ordering. Both ordering effects lead to a reduction of the band gap and type II confinement. For the MBE grown samples, both temperature and magnetic field dependent measurements point to composition modulation as the ordering effect. The observed type II confinement is explained by an electron localized in the InP region and a hole in the GaP region. As expected, CuPt-type ordering is observed in the MOVPE grown samples. At low temperatures the exciton properties are dominated by confinement properties due to the CuPt ordering while at high temperatures there is an evolution to bulk behavior. The blue shift of the PL energy with increasing temperature shows an interesting analogy with the type II InP/GaAs QDs and is attributed to the charging of the most ordered regions with electrons. Type II confinement is here considered as electrons located in the most ordered regions and holes in the medium ordered and disordered regions. In deze moderne tijden zijn draagbare toestellen zoals GSM's, digitale camera's, GPS, USB sticks,... een belangrijk onderdeel van het dagelijks leven. Al deze toestellen vereisen geheugens die bij voorkeur zo klein mogelijk zijn, een lange opslagtijd hebben en duurzaam zijn. Veelbelovende kandidaten voor Flash geheugens zijn Si nanokristallen in een SiO2 matrix en type II kwantumpunten zoals InP/GaAs. Vooraleer deze echter in geheugens gebruikt kunnen worden, moeten hun basiseigenschappen goed gekend zijn. Daarom werd in dit werk fundamenteel onderzoek verricht op deze systemen. Verder werd nog onderzoek verricht op bulk GaInP, een drievoudig samengestelde halfgeleider die interessante fotoluminescentie(FL)-eigenschappen vertoont tengevolge van ordeningfenomenen. Si nanokristallen Silicium is een indirecte bandkloof halfgeleider en zendt daardoor moeilijk licht uit. In 1990 echter werd zichtbare luminescentie van poreus Si vastgesteld bij kamertemperatuur. Dit bracht een intense discussie teweeg over de oorsprong van de FL, die nog steeds aan de gang is, maar nu toegespitst is op Si nanokristallen in een SiO2 matrix. De twee belangrijkste mechanismen om de FL te verklaren zijn (1) kwantumopsluiting van de excitonen in de Si nanokristallen en (2) defecten aan het grensvlak tussen het Si nanokristal en de SiO2 matrix. FL experimenten in hoge magneetvelden, die de uitgestrektheid van de golffuncties verantwoordelijk voor de FL onderzoeken, maken het mogelijk om het onderscheid te maken tussen toestanden opgesloten binnen een paar nm binnenin een Si nanokristal en sterk gelocaliseerde defecttoestanden. Het is de eerste keer dat hoge magneetvelden met succes toegepast werden op het Si nanokristal probleem. Samen met elektron spin resonantie (ESR) metingen, die de aanwezige paramagnetische defecten identificeren en kwantiseren, werd een uitgebreid onderzoek uitgevoerd en werd aangetoond dat het mogelijk is om de oorsprong van de FL in één enkel sample te veranderen van defect-gerelateerde FL in de oorspronkelijke toestand naar FL afkomstig van kwantumopsluiting in de gepassiveerde toestand en terug naar defect-gerelateerde FL na UV bestraling van het gepassiveerde sample. De mogelijkheid om de oorsprong van de FL te controleren opent perspectieven voor bijvoorbeeld Flash geheugens gebaseerd op Si nanokristallen en "Si based emitters". De verwezenlijking van "Si based emitters" met een golflengte rond 650 nm zou het mogelijk maken om chips te produceren die enkel en alleen uit Si bestaan. InP/GaAs kwantumpunten Type II kwantumpunten, die een anti-punt vormen voor een van de ladingsdragers, vormen een interessante bron van nieuwe fysische fenomen die voortvloeien uit de ruimtelijke scheiding en Coulomb-binding van elektronen en gaten. Een voorbeeld van type II kwantumpunten zijn InP/GaAs kwantumpunten waarbij de elektronen opgesloten zijn in de InP kwantumpunten terwijl de gaten zich in het omringende GaAs bevinden. Om de invloed van de elektron-gat-dichtheid op de exciton-eigenschappen van de InP/GaAs kwantumpunten te bestuderen, werd de excitatievermogendichtheid gevarieerd over zes grootte-ordes. Er werden twee verschillende gebieden waargenomen: In het lage vermogen gebied zijn de kwantumpunten bezet door een exciton in de grondtoestand (één elektron in de kwantumpunt en één gat in het omliggende GaAs) terwijl in het hoge vermogen gebied ook kwantumpunten bezet door twee excitonen voorkomen. Dit resulteert in een blauwverschuiving van de FL-energie en een verandering in de excitoneigenschappen. De mogelijkheid om deze kwantumpunten meervoudig te laden, maakt hen veelbelovende kandidaten voor single dot memories. GaInP GaInP is een directe bandkloof halfgeleider die twee types van spontane lange-afstands-ordening vertoont: Compositie-modulatie

Academic collection --- 535 --- Optics --- Theses --- 535 Optics

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

535 --- Optics --- Physics --- Light --- Optics. --- 535 Optics