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 Electrical properties of Si nanocrystal films processed from Si-inks
Please use this identifier to cite or link to this item http://hdl.handle.net/10773/4553

title: Electrical properties of Si nanocrystal films processed from Si-inks
other titles: Propriedades eléctricas de filmes de nanocristais de Si processados a partir de tintas Si
authors: You, Wenbin
advisors: Pereira, Rui Nuno Marques
Cunha, António Ferreira da
keywords: Engenharia de materiais
Nanocristais
Silício
Filmes finos
Propriedades eléctricas
Tintas Si
Nanocristais de Si
issue date: 21-Dec-2009
publisher: Universidade de Aveiro
abstract: Filmes finos de nanocristais de sílicio (Si-NCs) depositados sobre substratos flexiveis, usando tintas de sílicio, são atractivos por causa do seu potencial na utilização em dispositivos competitivos em termos de custo e versáteis taiscomo detectors e dispositivos termoeléctricos. O estudo da preparação ecomportamento eléctrico destas redes de nanocristais é fundamental paracompreender completamente o seu potencial. Em investigação anterior, filmesde Si-NCs foram depositados por spin coating sobre substratos de polimida e asua condutividade eléctrica for medida a baixa temperatura e em vácuo. Neste trabalho, baseado no processo anteriormente desenvolvido, nós estudamos a influência dos diferentes parâmetros de preparação na morfologiae optimizámo-los tais como a concrentação da tinta de Si e a velocidade derotação durante a preparação por spin coating. Além disso, investigamos as propriedades eléctricas de filmes de Si-NCs em condições ambientais e à temperatura ambiente, que é considerada umasituação mais realista, no que respeita a aplicações futuras, do que ascondições de vácuo e baixa temperatura. Especificamente, o efeito de vários processos fundamentais, tais como tratamento de superfície (erosão HF) dosSi-NCs, dopagem electrónica e iluminação na condutividade eléctrica emcondições ambientais foi investigada. Verificamos que as curvas decondutividade versus tempo (σ-t) dos filmes de Si-NCs medidas em condiçõesambientais apresentam um decaímento rápido causado pela tensão aplicada,seguida pela saturação em valores baixos. Antes do tratamento com HF, nema exposição à luz nem a dopagem tipo-p leva a uma alteração significativa da condutividade. Depois da remoção dos óxidos nativos dos Si-NCs (tratamento do filmes com HF), um forte efeito da iluminação e da dopagem tipo-p sobre a condutividade é observado, o que indica que a condução nos filmes de Si-NCs é dominada por diferentes mecanismos dependendo de os nanocristaisestarem terminados com H ou oxidados. Além disso, da comparação entremedidas eléctricas e ópticas (realizados através de espectroscopia FT-IR), concluimos que a degradação da condutividade dos filmes de Si-NCs tratado com HF que ocorreu por exposição às condições ambientais é essencialmentedevida ao crescimento de uma camada de óxido na superfície dos Si-NCs.

Thin films of silicon nanocrystals (Si-NCs) deposited onto flexible substrates using silicon inks are attractive because of their potential applications in cost efficient and versatile devices such as detectors and thermoelectric devices. Studying the assembling and electrical behaviour of these nanocrystal net-works is fundamental to understand fully their technical potential. In previous research, Si-NC films have been deposited by spin coating process onto poly-imide substrates and the electrical conductivity of the resulting films hasbeen measured at low temperature and vacuum conditions. In this work, based on the previously developed process, we have studied theinfluence of different assembling parameters on film morphology and optimized the parameters such as the ink concentration and the spin rate for the film fab-rication. Furthermore, we have investigated the electrical properties of Si-NC films at ambient atmosphere and room temperature, which is considered to be a more practical situation with regard tofuture applications than the vacuum and low temperature conditions. Specifically, the effect of several fundamental proc-esses, such as surface treatment (HF etching) of Si-NCs, electronic doping and illumination on the electrical conductivity at ambient conditions has been inves-tigated. We find that the conductivity-time curves (σ-t) of the Si-NC films measured at ambient conditions show a fast decay caused by the applied volt-age, followed by a saturation at lower levels. Before HF etching, neitherthe light exposure nor the P-doping leads to a significant change of the conductiv-ity. After removal of the native surface oxide layer of Si-NCs (by HF etching of the films), a strong effect of illumination and P-doping on the film conductivity isin turn observed, which indicates that the conduction in Si-NC films is domi-nated by different mechanisms depending on whether the nanocrystals are H-terminated or surface oxidized. Furthermore, from a comparison between elec-trical and optical measurements (carried out with FT-IR spectroscopy), we conclude that the degradation of the conductivity of HF-etched Si-NC films that occurred by exposure to ambient conditions is mainly attributed to the growth of the oxide layer on the Si-NC surface.
description: Mestrado em Ciência e Engenharia dos Materiais
URI: http://hdl.handle.net/10773/4553
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