Search

U ovom doktorskom radu istražen je utjecaj uvjeta pripreme na strukturna i optoelektrična svojstva tankih filmova usmjerenih nanocjevčica titanijeva dioksida i kompozita s barijevim titanatom, te optimizacija njihovih svojstva za primjenu u fotokatalizi i kao slojevi za prijenos elektrona u perovskitnim solarnim ćelijama. Kombinacijom fizikalnih i kemijskih sintetskih metoda, te optimizacijom uvjeta sinteze pripremili su se homogeni, transparentni tankoslojni uzorci nanocjevčica s optimalnom širinom i duljinom pora. U prvom koraku metodom magnetronskog rasprašenja najprije su naneseni tanki filmovi titanija na podlogu stakla prekrivenog prozirnim vodljivim oksidom. U drugom koraku elektrokemijskom anodizacijom slojeva titanija i naknadnom termalnom obradom pripremljeni su tanki filmovi vertikalno usmjerenih nanocjevčica titanijeva dioksida. U trećem koraku ispitala se priprema kompozitnih materijala nanocjevčica s barijevim titanatom hidrotermalnom sintezom, rotacijskim oblaganjem otopina barijevog hidroksida, sol-gel sintezom i magnetronskim rasprašivanjem. Uvjeti pripreme kao npr. trajanje depozicije titanijeva sloja magnetronskim rasprašenjem, sastav elektrolita i napon kod elektrokemijske anodizacije, koncentracija otopina prekursora mijenjani su u širokom rasponu i detaljno je analiziran njihov utjecaj na svojstva tankih filmova nanocjevčica titanijeva dioksida. Sol-gel sinteza i magnetronsko rasprašivanje barijevog titanata pokazale su se neprikladnima za sintezu slojeva barijevog titanata na titanijevom dioksidu budući da je za kristalizaciju tih slojeva potrebna previsoka temperaturna obrada koja bi narušila strukturna, optička i električna svojstva titanijeva dioksida i podloge. U doktorskom radu pokazano je da čiste, odnosno nemodificirane nanocjevčice imaju veliki potencijal za primjenu u fotokatalizi, pogotovo u slučaju razgradnje diklofenaka. Efikasnost fotokatalize ispitivala se praćenjem promjene koncentracije onečišćujuće tvari diklofenaka u vremenu. Modificiranjem rotacijskim oblaganjem površine nanocjevčica s barijevim hidroksidom uzrokovalo je povećanje efikasnosti fotokatalize za 28 % što je rezultiralo fotokatalitičkom razgradnjom ≈ 90 % diklofenaka unutar 60 min. Međutim pripremom kompozitnog materijala hidrotermalnom reakcijom rezultiralo je smanjenjem efikasnosti fotokatalize uslijed narušavanja optičkih i električnih svojstava nanocjevčica i smanjivanja specifične površine nanocjevčica titanijeva dioksida nastankom sloja barijevog titanata. Tanki filmovi nanocjevčica titanijeva dioksida su također uspješno primijenjeni kao sloj za prijenos elektrona u perovskitnim solarnim ćelijama sa standardnom konfiguracijom. Pri tome je najveća postignuta efikasnost konverzije perovskitnih solarnih ćelija s ugrađenim slojem nanocjevčica titanijeva dioksida iznosila 13,5 %. Za daljnje poboljšanje efikasnosti solarnih ćelija potrebno je provesti optimizaciju i ostalih slojeva perovskitne solarne ćelije, što prelazi okvire ovog doktorskog rada i predmet je budućih istraživanja. Kompozitni slojevi pripremljeni u sklopu ovog doktorskog rada su se također ispitali za primjenu u perovskitnim solarnim ćelijama kao slojevi za prijenos elektrona. Korištenje kompozitnog materijala pripremljenog hidrotermalnom reakcijom rezultiralo je smanjenjem efikasnosti i padom parametara solarnih ćelija uslijed smanjenja specifične površine pokrivanjem pora nanocjevčica, rasta električnog otpora i smanjenja transmisije rastom sloja barijevog titanata. Zaključno, tanki filmovi titanatnih nanocjevčica pripremljeni u sklopu ovog doktorskog rada imaju veliki potencijal za daljnji razvoj i primjenu, pogotovo u području primjene sunčeve energije kao npr. za fotokatalizu i solarne ćelije. Međutim, kompozitni materijali barijevog titanata i tankih filmova vertikalno usmjerenih nanocjevčica zahtijevaju daljnja detaljna istraživanja te optimizaciju svojstava i postupaka pripreme kako bi bili uspješno iskorišteni u raznim primjenama. This doctoral dissertation investigates the influences of different preparation conditions on structural and optoelectrical properties of vertically oriented titania nanotube thin films and their composites with barium titanate, and also the optimisation of the materials’ properties for uses in photocatalysis and as electron transport layers in perovskite solar cells. Transparent thin film titania nanotubes with optimal pore length and thickness were prepared by implementing optimised physical and chemical methods of synthesis. Using magnetron sputtering, titanium thin films were deposited onto conductive oxide glass substrates. The titanium thin films were converted into vertically oriented titania nanotube thin films through electrochemical anodization followed by thermal annealing. In the last step, the composite materials were prepared by hydrothermal reactions, by spin coating barium hydroxide solutions or sol-gel mixtures, and by magnetron sputtering of barium titanate targets. The preparation conditions (e.g. sputtering duration of titanium thin films, electrolyte composition, anodization voltage, barium titanate precursor concentration) have been varied in a wide range and their influence on the properties of the titania nanotube thin films has been thoroughly analysed. Sol-gel and magnetron sputtering methods used for depositing barium titanate films have been proven to be incompatible because of the necessary high temperature processing needed to prepare crystalline barium titanate which would be detrimental to the structural, optical and electrical properties of titanium dioxide and the substrate. In this doctoral dissertation it has been shown that pure, unmodified titania nanotube thin films have great potential in photocatalysis, especially in the case of diclofenac degradation. Photocatalytic degradation has been investigated by tracking the change in diclofenac concentration during photocatalysis experiments. Composite materials prepared by spin coating solutions of barium hydroxide resulted in an increase in photocatalysis rates by 28 % and with the degradation of ≈ 90 % diclofenac under 60 min. However, the composite materials prepared by hydrothermal reactions with barium hydroxide showed a decrease in photocatalytic capabilities due to negative effects on optical and electrical properties of the nanotubes and due to the decrease in the specific surface of the nanotubes with the growth of the barium titanate layer. Titania nanotube thin films were also successfully implemented as an electron transport layer in perovskite solar cells with a standard layer configuration. The highest obtained solar conversion efficiency was 13,5 % for the solar cells containing titania nanotube thin films. To further increase the efficiency of the perovskite solar cells it would require the optimization of other layers which is above the scope of this dissertation, and will be investigated in future research. However, implementing composite electron transport layers in the perovskite solar cells showed a decrease in solar energy conversion efficiencies and solar cell parameters due to the coverage of nanotube pores with barium titanate, increases in electrical resistance, and decreases in transmittances correlated with the growth of the barium titanate layer. Overall, this transparent thin film nanotube technology is a promising new material with great potential for future uses and technological improvements, especially in the field of solar energy conversion such as photocatalysis and solar cells. On the other hand, the barium titanate and vertically oriented titania nanotube composite material requires further detailed research and optimization to fine-tune its properties to be successfully implemented in different use cases.

Jedan od naˇcina prouˇcavanja optiˇckih svojstava tankih filmova je odredivanjem optiˇckih konstanti iz njihovih transmisijskih i apsorpcijskih spektara. U ovom radu su izmjerene transmitancija i apsorbancija tankih filmova titanijevog dioksida (TiO2) i cinkovog oksida (ZnO) debljina 50, 100 i 150 nm u rasponu valnih duljina od 200 do 1000 nm. Zbog koherencije valova dolazi do interferencijskog uzorka u mjerenim spektrima u slabo apsorbiraju´cem podruˇcju za oba materijala (od 400 nm do 1000 nm). Cilj ovog rada bio je modeliranjem izmjerenog transmisijskog spektra otkloniti utjecaj viˇsestrukih refleksija u tom podruˇcju. Odredio se teorijski model transmitancije za tanke filmove koji se potom prilagodio na dobivene rezultate u transparentnom podruˇcju. Zatim se ekstrapolirao na dio spektra u kojem dolazi do apsorpcije, tj. do 200 nm. Oduzimanjem mjerenog spektra i prilagodbe otklanja se utjecaj refleksije, gdje korigirani spektar sadrˇzi vjerodostojniju informaciju o podruˇcjima gdje je poluvodiˇc proziran i gdje dolazi do apsorpcije. Parametar debljine filma uzet je kao ocjena kvalitete prilagodbe, ˇcije su prave vrijednosti potvrdene snimanjem debljine filmova pretraˇznim elektronskim mikroskopom. Filmovi su narastani tehnikom depozicije atomskih slojeva, a transmitancija i apsorbancija mjerile su se UV-Vis spektrofotometrom., One way to study the optical properties of thin films is to determine the optical constants from their transmission and absorption spectra. In this work, the transmittance and absorbance of titanium dioxide (TiO2) and zinc oxide (ZnO) thin films with thickness of 50, 100 and 150 nm were measured in the wavelength range from 200 to 1000 nm. Due to the coherence of the waves, an interference pattern appears in the measured spectra in the weakly absorbing region for both materials (from 400 nm to 1000 nm). The aim of this work was to eliminate the influence of multiple reflections in this range by modeling the measured transmission spectrum. A theoretical model of the transmittance for thin films was determined, which was fitted to the results obtained in the transparent region. It was then extrapolated to the part of the spectrum where absorption occurs, i.e. up to 200 nm. Subtraction of the measured and fitted spectra removes the influence of reflection, where the corrected spectrum contains more reliable information about the spectral regions where the semiconductor is transparent and where absorption occurs. The film thickness parameter was taken as an assessment of the quality of the fit, whose true values were confirmed by imaging the film thickness with a scanning electron microscope. The films were grown using the atomic layer deposition technique, and the transmittance and absorbance were measured using a UV-Vis spectrophotometer.

U okviru ovog rada proučavat ćemo tunelirajući električni i termalni transport između spinski polariziranih elektroda medu kojima se nalazi tanki film s distribucijom kvantnih točaka. Jednoelektronska stanja u kvantnoj točki spinski su diskriminirana te se njima odvija odgovarajući spinski polarizirani transport tuneliranjem elektrona medu elektrodama pod utjecajem narinutog prednapona i/ili razlike temperatura. Problem transporta bit će formuliran u formalizmu tzv. ”master equation” iz koje će biti izvedene kinetičke jednadžbe za populaciju kvantne točke elektronom ovisno o učestalostima tuneliranja određenim zadanim parametrima sustava. In this thesis we study electronic and thermal transport between two metallic leads (one is spin-polarized) through a thin layer of quantum dots in an external magnetic field. Spin-polarized transport of electrons occurs via sequential tunnelling through spin-discriminated quantum dots with the control of bias voltage and/or temperature difference between the leads. We model the problem in the formalism of ”master equation”, from which we derive kinetic equations for the dynamic population of the quantum dot with the electron. With the stationary solution, we obtain the current in the system, from which we analyse electronic and thermal transport, depending on the bias voltage and temperatures of the leads. We find the conditions under which we have spin-polarized and thermal transport, as well as the conditions under which we have transfer of energy from the colder to the hotter lead, that is, further cooling of the colder lead.

Ablacija iskrom je atraktivna tehnika sinteze tankih, nanoporoznih filmova metala i metalnih oksida. Iskra nastala uslijed električnog pražnjenja u atmosferi inertnog plina uništava materijal elektroda s kojih se kondenzacijom formiraju nanočestice. Odabir procesnih parametara značajno utječe na karakteristike filma koje pak utječu na primjenska svojstva filma. U ovom radu je ablacijom bakrovih elektroda provedena sinteza tankih filmova bakrovih oksida koji inače imaju široku primjenu u području optike, senzora, elektronike itd. Promjenom protoka uvedenog kisika, vremena provedbe procesa i naknadnom termičkom obradom uzoraka dobiveni su filmovi različitih debljina i homogenosti; veličina i oblika čestica te hrapavosti površine čija se karakterizacija provela mikroskopom atomskih sila. Spark ablation is an attractive technique for the synthesis of thin, nanoporous metal and metal oxides films. The spark caused by an electric discharge in atmosphere of an inert gas destroys the material of electrodes from which nanoparticles are formed by condensation. Selection of process parameters significantly affects the characteristics of the film of which affect the application and features of the film. In this work, the ablation of copper electrodes conducted the synthesis of copper oxide thin films which are commonly used in field of optics, sensors, electronics, etc. By changing the flow of introduced oxygen, the process implementation time and the subsequent heat treatment of the samples, films of different thicknesses and homogeneities, with different particle sizes and shapes and surface roughness were obtained. Characterization of films is made with atomic force microscopy.

Radionice za djecu i mlade održane na Festivalu znanosti 2021. u Tehničkom muzeju Nikola Tesla u Zagrebu. Sažetak radionica: Svaki dan susrećemo se s mnoštvom različitih materijala ne razmišljajući o njihovim svojstvima, strukturi niti mogućnostima, a ipak bez njih ne bismo mogli zamisliti svoj život. Zadatak kemijskih inženjera iz područja razvoja materijala je razviti nove materijale te pronaći nove primjene za postojeće. U ovoj kratkoj radionici, tri entuzijastična mlada kemijska inženjera uvest će vas u svijet materijala i kroz zanimljive interaktivne pokuse pokazati svojstva i mogućnosti materijala koje poznajete iz svakodnevne uporabe. Prvi pokus zamješavanja praškastog gipsa s vodom te lijevanja dobivene paste u kalupe različitog oblika pokazat će ukratko reakciju očvršćavanja veziva. Upotrebom jednog ovakvog svakodnevnog materijala poznatog većini sudionika pokušat će se približiti aspekt kemijskih reakcija kojima je posljedica fizikalna promjena materijala, a prisutne su u svim mineralnim vezivima korištenim u različitim ljudskim djelatnostima. Po završetku radionice svaki sudionik će dobiti figuricu od gipsa iz kalupa kao uspomenu i podsjetnik na novostečeno znanje. U drugom pokusu, jednom od najizvođenijih pokusa u svrhu popularizacije znanosti, prikazat će se fenomen koji fascinira znanstvenike stoljećima - silikatni vrt. Kroz raznobojne i zanimljive efekte u realnom vremenu sudionici će moći povezati znanje koje su do tada već dobili iz različitih predmeta o pojavama poput osmotskog tlaka, polupropusnim membranama te topljivosti tvari. Upotrebom komercijalnih tvari kao vodenog stakla i modre galice (i ostalih raznobojnih anorganskih soli) moguće je efikasno prikazati ovaj efekt rasta razgranatih struktura atraktivnog izgleda uz pomoć osmotskog tlaka i stvaranja polupropusnih membrana. Treći pokus zabavan je i edukativan primjer reakcije polimerizacije, a obuhvaća sintezu anorganskog polimera – silikonske gume – iz svima dostupnog etanola i vodenog stakla. Cilj ovog pokusa je pokazati da polimerne strukture nisu nužno samo organske, tj. one koje svi poznajemo kao plastiku. Ovakvim pokusom će se dobiti guma u obliku loptice tj. loptice hopsice, a mijenjanjem udjela reaktanata pokazat će se nastala promjena svojstava loptica. U četvrtom pokusu sudionici će ući u svijet nanotehnologije i pripreme tankih filmova te se upoznati s efektom refleksije svjetla na tankom filmu, a sve to uz pomoć laka za nokte i crnog kolaž papira.

U ovom radu prikazana su mjerenja fotostruje za uzorke tankih filmova cinkovog oksida različitih debljina, sintetiziranih ALD metodom na temperaturi od 60 °C. Površine tankih filmova snimljene su pretražnim elektronskim mikroskopom. Fotostruje mjerene su u ovisnosti o vremenu, u vakuumu i u zraku. Za osvjetljavanje uzoraka korištena je UV lampa koja emitira svjetlost valne duljine λ = 254 nm. Relativna promjena fotostruje, za svaki uzorak, prikazana je u vakuumu i u zraku. Također, prikazana je i relativna promjena fotostruje u vakuumu i u zraku, posebno kada je UV lampa uključena te kada je UV lampa isključena. UV – Vis spektrometrom izmjerena je transmitivnost za uzorak debljine 100 nm, u području valnih duljina od 200 nm do 700 nm. Pokazano je da proporcionalno više svjetlosti prodire kroz tanje uzorke. Za prilagodbu izmjerenih vrijednosti za vremensku relaksaciju pobuđene fotostruje korištene su dvije eksponencijalne funkcije. S obzirom da su amplitude dviju eksponencijalnih funkcija usporedive, zaključeno je da postoje dva fizikalna procesa odgovorna za elektronske prijelaze, odnosno relaksaciju elektrona u osnovno stanje. Karakteristična vremena relaksacije fotostruje, određena u ovom radu, imaju vrijednosti u rasponu od desetak minuta do nekoliko sati. Ta spora relaksacija može se pripisati sporim površinskim procesima uslijed reakcije površine filma s kisikom, a ne rekombinacijiskim procesima koji su dominantni u klasičnim poluvodičima s direktnim poluvodičkim energetskim procijepom kao što je GaAs, za koja su karakteristična vremena relaksacije u području nanosekundi.

Geopolimerni materijali dobivaju na značaju u području specijalnih cemenata (veziva). Za razliku od ostalih vrsta cemenata, očvršćivanje se ne temelji na procesu hidratacije, već na procesu geopolimerizacije. Tijekom tog procesa alumosilikatni prekursori se zapravo aktiviraju s alkalnim otopinama pri čemu se mikrostruktura s karakterističnim nano i mikro domenama, slično kao u zeolitima, što omogućuje razmatranje šire primjene. Sintetski prekursori i konačno sintetski geopolimeri omogućuju bolju kontrolu priprave, što omogućuje njihovo razmatranje u području naprednih i funkcionalnih materijala gdje je reproducibilnost materijala puno značajnija. Stoga su u ovom radu korišteni alumosilikatni prekursori pripravljeni različitim varijantama sol-gel metode. Korišteni su alkoksidi (tetraetoksi silan i aluminij-tri-sec-butoksid) i kelatori (etil acetoacetat) u reakcijama na različitim temperaturama kako bi se pripravili gelovi različite kemijske homogenosti. Dobiveni gelovi su žareni pri različitim temperaturama, što je utjecalo na različite stupnjeve uklanjanja organskih ostataka kao i različita strukturna i morfološka svojstva prekursora. Termički tretirani alumosilikatni prekursori aktivirani su smjesom vodenog stakla i natrijevog hidroksida u širem rasponu koncentracija na različitim temperaturama. Pripravljeni su blokovi geopolimera. Prekursori i geopolimeri su detaljno karakterizirani rendgenskom difrakcijskom analizom (XRD), analizom infracrvenom spektroskopijom s Fourierovom transformacijom (FTIR) te diferencijalnom termalnom i termogravimetrijskom analizom (DTA-TGA). Rezultati analize omogućili su razumijevanje doprinosa kemijskog sastava i homogenosti konstituanata kao i njihovih morfoloških karakteristika na geopolimerizaciju uzoraka, a sve s ciljem optimiranja procesa priprave geopolimera u konfiguraciji tankog filma. Temperatura odvijanja reakcije aktivacije pokazala je značajan utjecaj na reproducibilnost dobivenih geopolimera. Geopolimerni filmovi slijede svojstva geopolimernih blokova što otvara mogućnost njihove napredne upotrebe.

Metoda eksfolijacije iz rastvora praćena Langmir-Blodžetovom metodom depozicije predstavlja jednostavan i ekonomski isplativ postupak dobijanja tankih filmova 2D materijala. Međutim, ograničavajući faktor primene svih filmova koje se zasnivaju na samoorganizaciji nanostruktura za potrebe optoelektronskih uređaja je velika gustina defekata koja indukuje visoke vrednosti površinske otpornosti. S obzirom da primena u optoelektronskim uređajima zahteva visoku transparenciju i nižu površinsku otpornost od površinske otpornosti filmova grafena eksfoliranog iz tečne faze i deponovanog Langmir-Blodžetovom metodom, neophodna je odgovarajuća površinska modifikacija/funkcionalizacija ovih filmova, koja će njihova električna i optička svojstva prilagoditi zahtevima elektronske industrije. U cilju smanjenja površinske otpornosti filmova grafena primenjena je fotohemijska oksidacija ozonom, funkcionalizacija azotnom kiselinom i termalno odgrevanje. Koja od metoda će biti primenjena prvenstveno zavisi od vrste podloge na koju se filmovi deponuju. Fotohemijska oksidacija je primenjena na filmove na SiO2/Si podlozi, a funkcionalizacija azotnom kiselinom na filmove nanete na polietilen teraftalat (PET), kao transparentnu podlogu od značaja za fleksibilnu elektroniku. Za termalno odgrevanje odabrana je temperature do 250oC, kako bi ova metoda mogla biti primenjena na uzorke nezavisno od podloge na koju su filmovi deponovani. Rezultati primenjenih fizičkohemijskih metoda karakterizacije, kao što su metode vibracione spektrometrije, fotoelektronske spektroskopije X-zracima, UV/VID spektrofotometrije, skenirajuće elektronske mikroskopije i mikroskopije sila Kelvinovom probom su pokazali da dolazi do površinske modifikacije ispitivanih filmova grafena pri fotohemijskoj oksidaciji ozonom i funkcionalizaciji azotnom kiselinom u vidu dopiranja p-tipa kiseoničnim grupama i azotom. Dopiranje filmova grafena dovodi do višestrukog smanjenja površinske otpornosti filmova do nekoliko kΩ/sq, bez promene njihove visoke transparencije. Takođe, pokazano je da velika gustina ivica, kao dominantni tip defekata ovih filmova ima presudnu ulogu u efektima koje primenjene metode površinske modifikacije imaju na filmove. Liquid phase exfoliation followed by Langmuir-Blodgett assembly is a simple and costeffective method for obtaining large surfaces of thin films of 2D materials. However, the limiting factor for the application of films obtained by self-organization of nanostructures in optoelectronic devices is the high density of defects that causes high sheet resistance. Since the application in optoelectronic devices requires high transmittance and lower sheet resistance then graphene films from liquid phase, deposited with Langmuir-Blodgett method have, it is necessary to apply appropriate surface modification/functionalization of these films, which will adapt their electrical and optical properties to the requirements of the electronic industry. In order to reduce the sheet resistance of the graphene thin films, photochemical ozone oxidation, nitric acid functionalization and thermal treatment were applied. Application of particular method depends primarily of the type of substrate on which the films are deposited. Photochemical oxidation was applied to films on SiO2/Si substrates, and functionalization with nitric acid on PET films as a transparent substrate important for flexible electronics. During thermal heating, the temperature is set to 250oC, so that this method can be applied to samples independently from the substrate on which the films are deposited. The results of the applied physicochemical methods of characterization, such are vibration spectrometry, X-ray photoelectron spectroscopy, UV/VIS spectrophotometry, scanning electron microscopy and Kelvin probe force microscopy showed that surface modification of these films during photochemical oxidation with ozone and functionalization with nitric acid results in p-type doping by oxygen groups and nitrogen. Doping of these films results in a multifold reduction in sheet resistance of the films to a few kΩ/sq, without changing their high transmittance. Furthermore, it has been shown that a large density of edges, as the dominant type of defect of these films, plays a decisive role in the effect that the applied surface modification has on the films.

U radu je proučavan utjecaj tankih filmova cinkovog oksida narastanih na poroznim strukturama na fotokatalitičku razgradnju metilenskog modrila kao modelnog zagađivača u otpadnim vodama. S obzirom na to da se kemijske reakcije između fotokatalizatora i vodenih otopina odvijaju upravo na njihovoj međupovršini, fotokatalizatori velikih aktivnih površina pripremani su postupcima elektrokemijske oksidacije aluminija u trajanju od 2 h, 4 h, i 6 h u 0,1 M fosfornoj kiselini (H3PO4) i jetkanja u trajanju od 1 h i 2 h u 85 %-tnoj H3PO4. Na dobivene porozne strukture različitih dubina sintetiziran je tanki film (25 nm) cinkovog oksida tehnikom depozicije atomskih slojeva (ALD). Elementna analiza i detaljna karakterizacija morfologije i poprečnog presjeka uzoraka na mikro i nano-skalama provedene su pretražnim elektronskim mikroskopom (SEM), dok su njihova fotokataliticka svojstva, u cilju određivanja optimalnog fotokatalizatora, promatrana mjerenjem optičke apsorpcije UV-Vis spektrofotometrom u periodu od 200 minuta. Rezultati fotokataliticke razgradnje ukazali su na učinkovito uklanjanje bojila metilenskog modrila pod utjecajem sintetiziranih fotokatalizatora. Pojačana fotokatalitička aktivnost primijećena je kod tankog filma cinkovog oksida sintetiziranog na uzorcima aluminija elektrokemijski oksidiranih 4 sata koji su u 200 minuta razgradili nešto više od 50 % modelnog organskog zagađivača. To možemo pripisati njihovoj pogodnoj morfologiji koja se odlikuje povećanom hidrofilnošću u odnosu na ostala 4 uzorka. Također, analizama je pokazano da uzorci jetkani jedan sat pokazuju bolja fotokatalitička svojstva nego oni jetkani dva sata, što se može objasniti degradacijom poroznosti struktura pri dužem nagrizanju uzorka kiselinom. Photocatalytic degradation of methylene blue, as a model pollutant in wastewaters, was studied using zinc oxide thin films synthesized on porous structures. Given that chemical reactions between photocatalyst and aqueous solutions take place by contact between their surface and fluid, photocatalysts of large specific surfaces were prepared by the processes of electrochemical oxidation of aluminium for 2, 4 and 6 hours in 0,1 M H3PO4 and etching during the period of 1 and 2 hours in 85 % H3PO4. On the obtained porous structures of different depths, a thin film (25 nm) of zinc oxide was synthesized using the atomic layer deposition technique (ALD). Elemental analysis and detailed characterization of morphology and cross-section on the microand nanoscale were performed by scanning electron microscope (SEM), while the photocatalytic properties of the sample were studied by measuring optical absorption by UV-Vis spectrophotometer over a 200 minute time period to determine the optimum photocatalyst. The results of photocatalytic degradation indicated the efficient removal of methylene blue dye under the influence of synthesized photocatalysts. However, remarkable results were achieved with samples of zinc oxide thin films synthesized on aluminium samples electrochemically oxidized of 4 hours. These samples dissipated slightly more than 50 % of the model organic pollutant in 200 minutes, which can be ascribed to their specific morphology with increased hydrophilicity compared to the other 4 samples. Also, analyzes showed that samples of 1 hour of etching showed better photocatalytic properties than those of two hours, which can be explained by the degradation of the porosity of the structures during prolonged etching.

Usporedno s ubrzanim industrijskim rastom javlja se potreba za pronalaženjem inovativnih načina pročišćavanja otpadnih voda od organskih polutanata. Jedna od metoda pročišćavanja temelji se na uporabi procesa fotokatalize zbog ekonomske isplativosti te netoksičnosti za okoliš. U ovom radu smo kao fotokatalizator upotrijebili cinkov oksid (ZnO) dobiven pomoću depozicije atomskih slojeva (ALD) na površini silicija. Ispitivali smo razliku u brzini fotodegradacije otopine metil oranža (MO) pod UV svjetlom (snage 600 W i 8 W) u prisutnosti tankog filma ZnO dobivenog termičkim ALD putem i plazmom potpomognutim ALD (PEALD) putem.Fotodegradaciju MO-a smo pratili pomoću UV/Vis spektrofotometra s kojim smo mjerili promjenu UV apsorbancije otopine praćenu dekolorizacijom. Pod UV lampom snage 600 W, PEALD-ov ZnO je u 65 minuta 91,5 % MO-a fotodegradirao dok je termički ALD 55,6 %. Pod UV lampom snage 8 W, PEALD-ov ZnO je u 3 sata 88 % MO-a fotodegradirao dok je termički ALD 52 %. Iz dobivenih rezultata vidimo da PEALD-ovi tanki filmovi ZnO posjeduju veću fotokatalitičku sposobnost te ukazuju na mogućnost uporabe PEALD tehnike za povećanje fotokatalitičkih svojstava tankih filmova poluvodiča.

Ovim diplomskim radom predstavljena je razlika električnih transportnih svojstava tankih filmova cinkovog oksida (ZnO) sintetiziranih tehnikom depozicije atomskih slojeva (ALD) pri temperaturama sinteze od 100 ℃ i 200 ℃. Poprečni presjeci i morfologije tankih filmova snimljeni su pretražnim elektronskim mikroskopom. Morfologije tankih filmova su uspoređene s rezultatima mjerenja električne otpornosti. Izmjerene strujno naponske karakteristike, iz kojih su izračunate specifične električne otpornosti, pokazale su da specifične električne otpornosti uvelike ovise o temperaturi korištenoj pri ALD sintezi tankih filmova. Izmjerene su vrijednosti (5,8±0,6)∙102 Ωcm za tanki film sintetiziran na 100 ℃ i (3,6±0,4)∙10−2 Ωcm za tanki film sintetiziran na 200 ℃. Tanki film sintetiziran na 200 ℃ je pokazao anomalnu ovisnost otpora kao funkcije vremena, gdje je otpor ovisio o prijašnjem toku struje kroz tanki film. Vjerojatan uzrok takvom anomalnom efektu je sama struktura tankih filmova. Naime, smjer narastanja tankih filmova ima izraženo usmjerenje okomito na površinu supstrata, te takva konfiguracija stvara veliku koncentraciju granica zrna okomito na tok struje. Također, mjerena je i ovisnost električne otpornosti uzoraka o izloženosti uzoraka svjetlosti. Izmjerena su karakteristična vremena saturacije fotostruje, te pokazana ovisnost električnog otpora tankih filmova o UV djelu spektra svjetlosti. Izmjerena karakteristična vremena pobuđenja i relaksacije elektrona odgovaraju dvama procesima od kojih je jedan sporiji, a drugi brži - razlikuju se oko 3 puta za film sintetiziran pri 100 ℃ i oko 36 puta za film sintetiziran pri 200 ℃. In this work I show differences in electric transport properties of zinc oxide (ZnO) thin films deposited by atomic layer deposition (ALD) at two different temperatures. The films were deposited at 100 ℃ and 200 ℃. Morphologies and cross sections of the films were obtained with a scanning electron microscope (SEM). The thin film morphologies were correlated with the electrical transport properties. The electrical resistivity of ZnO thin films depends strongly on the ALD growth temperature. The measured values for electrical resistivity are (5,8±0,6)∙102 Ωcm, for thin films grown at 100 ℃, and (3,6±0,4)∙10−2 Ωcm, for thin films grown at 200 ℃. The resistivities were determined from current voltage characteristics. The thin films grown at 200 ℃ showed an anomalous time dependence of the electrical resistance where the resistance was changing in time, depending on the previous current flow. A probable cause for such behavior lies in structural characteristics of the ZnO thin films - the ALD growth of thin films prefers a uniaxial direction, which creates grain boundaries perpendicular to the current flow. A dependence of the electrical resistivity on an ambient illumination is also presented. From measurements of photocurrent as a function of time, we could extract characteristic excitation and relaxation times of photo created electrons. The characteristic times correspond to two processes, one slower and other faster. The slow and the fast processes differ approximately 3 times for the thin films grown at 100 ℃ and 36 times for the thin films grown at 200 ℃.

Obnovljivi izvori energije postaju jedan od glavnih izvora energije u svijetu. Energija koju dobivamo iz Sunca je ogromna, no samo mali dio se uspješno iskorištava, ali intenzivno se radi na njenom što većem iskorištenju. Fotonaponski sustavi su sustavi s velikim potencijalom, koji su sve više u upotrebi. Visoka cijena još uvijek koči njihovu veliku ekspanziju, a zbog toga su jako ovisni o državi, odnosno poticajima koji se dobivaju za njihovu ugradnju. U radu su spomenute tri generacije fotonaponskih panela. Prva generacija je ona najpoznatija i najkorištenija, a to su fotonaponi od kristaličnog silicija. U drugu generaciju spadaju fotonaponi od tankog filma, dok treću čine one strukture koje su još na eksperimentalnoj bazi ili su u jako maloj mjeri dostupni na tržištu. Također radi što bolje efikasnosti u upotrebi se javljaju i tragači sunca, koji omogućavaju optimalan položaj panela u svako doba dana. Renewable energy sources are becoming a major source of energy in the world. The energy that we get from the sun is huge, but only a small part of it is successfully exploited, but there is intensive work going on, for a greater use of it. Photovoltaic systems are systems with great potential, which are increasingly in use. High prices are still hindering their great expansion, and are therefore very dependent on the state and incentives that are given for their installation. In the paper there are mentioned three generations of photovoltaics panels. The first generation is the one best known and most used, photovoltaics from crystalline silicon. The second generation includes thin film PV and the third generation are those structures that are still on an experimental basis or in very small extent available in the market. Also for better efficiency, there are sun-tracking systems that are enabling the optimum position of the panels at any time of the day.

U ovom je radu razvijen računalni model koji opisuje ponašanje sustava temeljenog na kvantnim točkama. Fizikalni model je u simulacijskom postupku prikazan dielektričnom matricom dimenzija NxN u kojoj se nalaze silicijske kvantne točke radijusa r. U prvom dijelu istraživanja, računalnim modelom je iz lokalne gustoće matrice, globalne i lokalne entropije sustava te mjere hrapavosti površine dobiven uvid u vjerojatnost nastanka nukleacijskog centra kvantne točke te karakteristike sustava temeljenog na kvantnim točkama. Promatrana su tri modela interakcije atoma i kvantnih točaka pomoću teorije kontinuirane perkolacije: model mekane jezgre, model tvrde jezgre i model tvrde jezgre s mekanim omotačem. Određen je i matematički model vodljivosti temeljen na teoriji kontinuirane statičke i dinamičke perkolacije. Pomoću statičkog modela kontinuirane perkolacije istražene su karakteristike sustava u kojem su već formirane silicijske kvantne točke dok je dinamičkim perkolacijskim modelom istražena vjerojatnost početka nukleacije kvantne točke te utjecaj gibanja atoma na ukupnu vodljivost sustava. Na taj način je, istraživanjem vjerojatnosti perkoliranja sustava temeljenog na kvantnim točkama, uz pomoć tri modela interakcije, dobiven detaljan uvid u mehanizme vodljivosti tankog dielektričnog filma. U drugom dijelu istraživanja u model je uključen kvantni fenomen tuneliranja nosioca naboja između kvantnih točaka. Ako se u modeliranje vodljivosti tankog filma uključi i utjecaj struje tuneliranja, ukupna vodljivost sustava je znatno promijenjena. Zbog prethodnog je u ovom radu modelirana vodljivost tankog filma uz pomoć modela kapaciteta tankog oksidnog sloja MOSFETa (engl. Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Modelirana je struja gubitaka kroz tanki oksidni sloj upravljačke elektrode MOS tranzistora i struja gubitaka kroz tanki izolacijski sloj sunčane ćelije.

Osnovni princip rada FN ćelija bazira se na fotoefektu. Ćelije su sastavljene od jednog ili više slojeva p-n spojeva poluvodiča, gdje se stvaraju parovi elektron-šupljina te se stvara elektromotorna sila. Ćelije se dijele na nekoliko podvrsta, od kojeg su najčešće one s kristaličnim silicijem. U novije vrijeme pojavile su se ćelije tankih filmova te organske ćelije. Sve rade na jednakom principu fotoefekta uz razlike korištenih materijala za izgradnju p-n spojeva. Glavna razlika nadgradbenih i ugradbenih sustava je u načinu ugradnje modula na objekt. Ostali dijelovi sustava su jednaki te su redom: izmjenjivač, regulator, baterije, ožičenje te zaštitna oprema. Kod ugradbenih sustava moduli se ugrađuju na krovove, kao prozori, ograde balkona, nadstrešnice i fasade. Moduli mogu djelomično ili u potpunosti zamijeniti konvencionalne dijelove zgrade. Ugradbeni sustavi često su sastavni dijelovi energetski pasivnih zgrada. Trenutno stanje cijena ugradbenih i nadgradbenih sustava je uglavnom izjednačeno, s trendom pada cijena u oba sustava. The working principle of PV cells is based on the photoeffects. Cells are made up of one or more layers of p-n junctions of semiconductors, where they form electron-hole pairs, and the electromotive force is induced. Cells are divided into several types, of which the most common are those of crystalline silicon. In recent times there has been a development of thin film cells and organic cells. All work on the same principle of the photoeffect with the difference being the materials used for layers of p-n junctions. The main difference of rack-mounted PV systems and BIPV systems is in the way of installing the modules into the building. Other parts of the system are identical and are respectively: inverter, controller, batteries, wiring and protection equipment. In BIPV system modules are installed on rooftops, as windows, balcony fences, canopies and facades. Modules can partially or completely replace the conventional parts of the building. BIPV systems are often integrated parts of so called net zero buildings. The current state of the costs of BIPV and rack-mounted systems are generally equal, with the trend of prices decreasing in both systems.

Obnovljivi izvori energije polako postaju jedan od glavnih izvora energije u svijetu. Energija koju dobivamo sa Sunca je enormna, te se radi na njenom što većem iskorištenju. Fotonaponski sustavi su sustavi s velikim potencijalom, koji su sve više u upotrebi. Među njima se ističe jedna struktura, a to su ugradbeni fotonaponski sustavi. Osim što proizvode energiju, odnosno pretvaraju sunčevu, oni služe kao zamjena konvencionalnim građevinskim materijalima. Pretežito se ugrađuju na nove zgrade, služe kao građevni materijal, no mogu se ugraditi i na postojeće objekte. Oni se mogu koristiti na većini dijelova objekta, kao što su krovovi te sama ovojnica zgrade. Uz to što su proizvođači energije, oni doprinose i estetici samog objekta. U radu je dan pregled fotonaponskih sustava, njihove ugradnje na komercijalne objekte, uz primjere vezane za SAD, Europu i Japan. There is a growing consensus that distributed photovoltaic(PV) systems will be among those applications to first reach widespread commercialization in the generation of power on the utility grid. Chief among these distributed applications are PV power systems for individual buildings. Interest in the building integration of photovoltaics, where the PV modules actually become an integral part of the building, often serving as the exterior weathering skin, is growing world-wide. With reduced installation costs, improved aesthetics and all the benefits of distributed generation, building-integrated PV systems are a prime candidate for early market penetration. Product development is proceeding in three general areas: Integral roof modules; roofing tiles and shingles; and integral modules for vertical facades. This paper will cover residential and commercial applications with examples of the direct integration of PV elements into residential and commercial buildings using built examples from the US, Europe and Japan. At the end there is a comparison od embedded and integrated photovoltaics.

U radu su prikazani rezultati mjerenja strujno-naponskih karakteristika i magnetootpora u izolatorskom dijelu faznog prijelaza supravodič - izolator. K tome, prikazana je i odgovarajuća teorijska pozadina temeljena na preživljavanju supravodljive u izolatorskoj fazi u obliku odvojenih i fazno nekoherentnih supravodljivih otoka.

Ukratko će se prezentirati neki od važnijih rezultata rada u zadnjih 10-tak godina na razvoju tankoslojnih solarnih ćelija na bazi silicija koji su realiziran unutar znastvenih projekata financiranih od Ministarstva znanosti i aplikativnih projekata financiranih iz različitih izvora, od privatnih do EU-FP6. Najveći dio vremena bit će posvećen nano-kristalnom siliciju, povezanosti nano-strukture i svojstava te potencijalima ovakvog materijala za upotrebu u solarnim ćelijama treće generacije. Također, bit će iznesene neke ideje o mogućnostima uključivanja hrvatskih potencijala u masovniju proizvodnju i upotrebu ovakvih solarnih ćelija.

U tankim filmovima pripravljenim magnetronskim rasprašenjem čest postoje velika unutrašnja naprezanja.

Silicijevi oksidi su vrlo koristan materijal u mikroelektronici i optoelektronici zbog mogućnosti mijenjanja električnog otpora i optičkih osobina promjenom stehiometrije. Pri tome se SiOx

Promjene strukture amorfnog silicija istraživane su raspršenjem rentgenskih zraka pod malim kutom.

Tanki filmovi (Ge:SiO2 debljine: 280 nm) priređeni su magnetronskom depozicijom na dva načina: u obliku 20 izmjenjujućih (Ge:SiO2) + (SiO2) slojeva (debljine: 7+7 nm), i u obliku jednog homogenog nanosa. Izlučivanje i morfologija Ge-nanokristala u SiO2 okružju istraživano je analizom GISAXS (Grazing Incidence Small Angle X-Ray Scattering) i GIXRD (Grazing Incidence X-Ray Diffraction) spektara, ovisno o načinu priređivanja i temperaturi dozrijevanja Ta (od sobne do 900°C). Ustanovljeno je da SiO2 sloj između (Ge:SiO2) slojeva kod višeslojnog, za razliku od homogenog filma, transformira 3D prostorno uređenje Ge-nanokristala u 2D uređenje unutar svakog (Ge:SiO2) sloja, te utječe na konačnu morfologiju Ge-nanokristala. 2D GISAXS spektri daju period višeslojne strukture filmova, te srednju veličinu i udaljenost između Ge-nanokristala, a analizom GIXRD spektara određena je temperatura TCP na kojoj počinje izlučivanje i kristalizacija germanija. Kratkodosežno korelirani kugloidni Ge-nanokristali veličine oko 7-12 nm, izlučuju se dozrijevanjem na Ta=700– 800°C bez obzira na način priređivanja filma. Također su uspoređena dva pristupa analizi 1D GISAXS spektara: tradicionalni - pomoću Guinierove aproksimacije, s modelnim - koji se temelji na prilagodbi spektra u cijelom q području.

Karbidi prijelaznih metala, među njima i volframski karbid, odlikuju se nizom osobina koji ih čine tehnološki zanimljivim - visoko talište, ekstremna tvrdoća, mali koeficijent trenja, kemijska postojanost, otpornost na oksidaciju, i dobra električna vodljivost. Stanje površine takvih materijala je kritično u nekim primjenama, te se postupci pripravljanja optimiziraju u tom smislu. Površinske karakteristike (topografija, pripovršinski sloj) niza tankih filmova volfram-ugljik slitina, pripravljenih reaktivnom magnetronskom depozicijom (argon + benzen) na podlogama od monokristalnog silicija, ispitane su metodama GISAXS, AFM i SEM. Uvjeti pripravljanja varirani su u širokom rasponu vrijednosti parametara depozicije: parcijalni tlak benzena u rasponu 1-10% sa ciljem dobivanja W-C filmova sa različitim udjelom nevezanog ugljika. Temperaturom podloge (RT, 200°C, i 400°C) i polarizacijom (-70V) utjecalo se na strukturu filmova: dominantni karbid WC1-x formira se sukcesivno u mikrokristalnoj, nanokristalnoj i amorfnoj fazi kako raste udio ugrađenog ugljika, sa finom disperzijom DLC-čestica između zrna.GISAXS analiza daje 3 nm za veličinu nanozrna. Ista metoda pokazuje da je površina filmova vrlo glatka - hrapavost od 0, 5 nm - sa vrlo kratkom korelacijskom dužinom na površini. AFM rezultati potvrđuju visoku glatkost površine, koja ipak ovisi o uvjetima pripravljanja. Iz AFM rezultata određena je i prosječna veličina zrna na površini - 10-20 nm u promjeru - što površinu daje "ljuskastu" morfologiju. Rezultati pretražne elektronske mikroskopije potvrđuju površinsku topografiju filma, ali otkrivaju i strukturu filma po dubini: postoji pripovršinski sloj debljine 10-20 nm koji se po strukturi jasno razlikuje od osnovnog sloja debljine 200 nm. Osnovni sloj sastoji se od zrna-kolumni promjera 50-100 nm, na kojima je završni/ segregirani sloj finije građe. Ovaj strukturni diskontinuitet neposredno ispod površine nesumnjivo utječe na osobine filmova i otpornost na habanje u mehaničkoj primjeni.

Promatrana su mikrovalna svojstva tankih filmova niobija orijentiranih paralelno i okomito s obzirom na DC magnetsko polje mjerenjem kompleksnog frekventnog pomaka za uzorak u rezonantnoj šupljini. Uspoređuju&cent ; ; i rezultate za tri različite debljine uzoraka do izražaja dolaze efekti smanjene dimenzionalnosti, što stvara preduvjete za različite teorijske pristupe. U okomitoj orijentaciji [1] najtanji uzorci (10 nm) pokazuju ponašanje slično visokotemperaturnim supravodičima (veliko gornje kritično polje Bc2 i frekvencija otpinjanja omega_0). Također, mjerenja ukazuju da analiza samo apsorpcijske komponente mikrovalnog odziva takvih uzoraka vodi na krive zaključke. Za potpune podatke o otpornosti tečenja virova rho_f potrebna su mjerenja obje komponente kompleksnog frekventnog pomaka. U paralelnoj orijentaciji [2] zanimljivo je promatrati najdeblji uzorak (160 nm) koji omogućuje ulazak dva reda virova. U mjerenju mikrovalnog odziva moguće je opaziti promjene konfiguracije rešetke virova. Ponašanje tog sustava daje informacije o međuinterakciji vorteksa te njihovoj interakciji s rubom uzorka. Rezultati su uspoređeni s razmatranjima ranijih autora. [1] D. Janjušević, Phys. Rev. B 74 (2006) 104501 [2] M. Grbić, Phy. C, u tisku, doi: 10.1016/j.physc.2007.03.415

Tanki filmovi slitina potpuno nemješljivog binarnog sistema Ag-W pripravljeni su u širokom rasponu sastava magnetronskom kodepozicijom srebra i volframa. Brzina depozicije na podloge (staklo, korund, safir, mono-Si) pri sobnoj temperaturi bila je oko 0, 33 nm/s, a konačna debljina filmova bila je oko 0, 5  m. Ispitan je utjecaj tlaka radnog plina, te dodatka kisika odnosno aluminija na strukturu filma. Kemijski sastava filma određen je RBS metodom, a struktura je ispitivana XRD, GISAXS i SEM tehnikama. U ispitanom rasponu sastava Ag94W6-Ag12W88 nije dobiven potpuno amorfni film. Prezasićena čvrsta otopina Al(W) sa fcc strukturom formira se pri

U proizvodnji solarnih ćelija na bazi amorfnog i nanokristaliničnog silicija vrlo često se kao prednji prozirni sloj koristi kositreni oksid nanesen na staklo, te se na njega kao podlogu nanosi aktivni dio solarne ćelije (p-i-n struktura). Osim velike vodljivosti i prozirnosti, te male reflektivnosti, za što veću efikasnost solarne ćelije potrebno je da SnO_x sloj ima i hrapavu površinu, kako bi se svjetlo što pada na ćeliju difuzno raspršilo i tako povećalo put kroz p-i-n strukturu solarne ćelije, a time i ukupnu apsorpciju. Pažljivim izborom uvjeta pri kojima se odvija rast SnO_x sloja može se postići stvaranje takvih polikristaliničnih struktura u sloju na njegovoj površini, koje doprinose difuznom raspršenju svjetla. Međutim, povećanje hrapavosti površine SnO_x sloja preko neke određene vrijednosti negativno utječe na kvalitetu solarne ćelije (smanjuju se napon i efikasnost). Budući da je debljina p sloja redovito manja nego što je hrapavost površine SnO_x sloja, može doći do pucanja p sloja. U praksi se taj negativan utjecaj može smanjiti izlaganjem SnO_x sloja Ar plazmi tijekom određenog vremena, neposredno prije nanošenja silicijskog sloja. Da bi se istražila pozadina ovog efekta, tanki filmovi kositrenog oksida su deponirani APCVD metodom (Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition) na staklenu podlogu i nakon toga izloženi radiofrekventnom izboju u argonu (10 minuta). Struktura površine SnO_x slojeva istraživana je upotrebom AFM mikroskopa (Atomic Force Microscope) u kontaktnom modu. Početna površina se sastoji od relativno oštrih koničnih struktura, a nakon izlaganja plazmi te konične strukture postaju manje oštre pa je time smanjena i hrapavost površine. Vjerojatno koničan oblik struktura na površini tijekom izlaganja plazmi uzrokuje pojačanje lokalnog polja, što je naročito naglašeno u blizini oštrih šiljaka, što rezultira jačom interakcijom plazme i površine na tim mjestima te promjenom njihovog oblika.

U radu je prikazan kratki pregled fizikalnih modela prijenosa topline i električnih grijača. Analiziran je polisilicij, kao materijal za izradu otpornog sloja grijača, te aluminij-nitridna keramika, kao izolacijski materijal za depozicijsku podlogu. Ovi materijali se koriste u mikroelektronici, ali se njihova primjena može proširiti i na ostale grane industrije. Polisilicijski grijač je grijač napravljen u tehnici tankog filma. Grijači napravljeni u tehnici tankog filma danas predstavljaju glavno istraživačko područje na području termičkih elemenata. U ovom radu predstavljen je polisilicijski grijač dobiven depozicijom u LPCVD reaktoru na aluminij-nitridnoj keramici. Polisilicij je poluvodički materijal kojemu se, dodavajući dopande, električne karakteristike mogu mjenjati u širokom opsegu. Budući da struktura deponiranog sloja uvelike ovisi o depozicijskim uvjetima, modeliranje karakteristika polisilicija je vrlo teško, te se uvode određena pojednostavljenja. Na prijenos topline unutar polisilicija uglavnom utječe mehanizam fononskog raspršenja, dok je prijenos struje posljedica djelovanja više mehanizama, kao što su driftno-difuzijski mehanizam, te tuneliranje i termionska emisija. U radu su karakteristike dobivene simulacijom ovih mehanizama u različitim uvjetima. Aluminij-nitridna keramika je relativno nov matrijal, koji ima veliki potencijal za primjenu u termičkim elementima. Ova keramika je električni izolator, vrlo velike toplinske vodljivosti i temperaturne stabilnosti. Temperaturni koeficijent širenja ove keramike je sličan polisilicijskom, pa je ukupno strukturalno naprezanje malo. Aluminij-nitridna keramika pod utjecajem kisika vremenom gubi na čvrstoći i kvaliteti. Prikazan je trodimenzionalni model grijača. Model je simuliran balansiranjem električnih i toplinskih jednadžbi, metodom konačnih elemenata. Prikazani rezultati ukazuju na vrlo dobar prijenos topline od aktivnog grijaćeg člana do grijanog objekta. Moguće je postići veliku gustoću toplinskog toka, preko 200 W/cm2. Short overview of heat transfer physics and electric heaters is given. Polysilicon is analyzed as a material for resistance layer of the heater, and aluminum-nitride ceramic as an insulator material used for deposition substrate. The primary application of this materials is microelectronics, but they also can be used in other industry. Polysilicon heater is thin film heater. Thin film heaters today present the major research field in thermal element area. This work presents polysilicon heater made by LPCVD deposition on aluminum-nitride substrate. Polysilicon is semiconducting material, with very variable electric properties, dopant dependent. Since the structure of deposited layer is very dependent on deposition conditions, polysilicon properties modeling is very difficult, and some simplifications are required. Heat transfer is mainly lead by phonon scattering, while current conduction include several mechanisms, like drift-diffusion mechanism, tunneling, and thermionic emission. The polysilicon properties presented in this work are derived by simulation of this mechanisms in different conditions. Aluminum-nitride ceramic is relatively novel material, with high potential for thermal element application. This ceramic is electric insulator, with very high thermal conductance and temperature stability. Thermal expansion coefficients of this ceramic and polysilicon are similar, and the result structural stress is small. Aluminum-nitride ceramic in oxygen ambient lose on quality by aging. Three-dimensional heater model is given. Model was simulated by heat and electric equations balancing, using finite element method. Derived results show very good heat transfer from heating source to heated object. Very high heat flow density is possible to achieve, over 200 W/cm2.

Mjeren je kompleksni frekventni pomak za filmove niobija debljine 10 nm, 40 nm, 160 nm i za monokristal debljine 0.5 mm u dvije orijentacije magnetskih polja. Mjerenja su pokazala su konzistentnost s DC mjerenjima. Mjerenja efektivne kompleksne vodljivosti duboko u miješanom stanju pokazuju linearan porast volumnog udjela virova iz čega se može odrediti intrinzično gornje kritično polje, efektivni radijus vira i duljina koherencije na određenoj temperaturi. Određivanje volumnog udjela virova moguće je čak i u slučajevima kad je frekvencija mjerenja niža od frekvencije otpinjanja zahvaljujući istodobnom mjerenju Q-faktora i frekventnog pomaka. Opažena je znatna ovisnost frekvencije otpinjanja o debljini filma što se pripisuje zapinjanju virova na površini.

U radu je prikazan kratki pregled fizikalnih modela prijenosa topline i električnih grijača. Analiziran je polisilicij, kao materijal za izradu otpornog sloja grijača, te aluminij-nitridna keramika, kao izolacijski materijal za depozicijsku podlogu. Ovi materijali se koriste u mikroelektronici, ali se njihova primjena može proširiti i na ostale grane industrije. Polisilicijski grijač je grijač napravljen u tehnici tankog filma. Grijači napravljeni u tehnici tankog filma danas predstavljaju glavno istraživačko područje na području termičkih elemenata. U ovom radu predstavljen je polisilicijski grijač dobiven depozicijom u LPCVD reaktoru na aluminij-nitridnoj keramici. Polisilicij je poluvodički materijal kojemu se, dodavajući dopande, električke karakteristike mogu mijenjati u širokom opsegu. Budući da struktura deponiranog sloja uvelike ovisi o depozicijskim uvjetima, modeliranje karakteristika polisilicija je vrlo teško, te se uvode određena pojednostavljenja. Na prijenos topline unutar polisilicija uglavnom utječe mehanizam fononskog raspršenja, dok je prijenos struje posljedica djelovanja više mehanizama, kao što su driftno-difuzijski mehanizam, te tuneliranje i termionska emisija. U radu su karakteristike dobivene simulacijom ovih mehanizama u različitim uvjetima. Aluminij-nitrid keramika je relativno nov materijal, koji ima veliki potencijal za primjenu u termičkim elementima. Ova keramika je električni izolator, vrlo velike toplinske vodljivosti i temperaturne stabilnosti. Temperaturni koeficijent širenja ove keramike je sličan polisilicijskom, pa je ukupno strukturalno naprezanje malo. Aluminij-nitridna keramika pod utjecajem kisika vremenom gubi na čvrstoći. Prikazan je trodimenzionalni model grijača. Model je simuliran balansiranjem električnih i toplinskih jednadžbi, metodom konačnih elemenata. Prikazani rezultati ukazuju na vrlo dobar prijenos topline od aktivnog grijaćeg člana do grijanog objekta. Mogu se postići velike gustoće toplinskog toka, preko 200W/cm2.

Mjerene su kritične temperature supravodljivog prijelaza (Tc) i vrijednosti kritičnih polja ( ) za filmove niobija debljine 10 nm, 40 nm, 160 nm i za monokristal debljine 0.5 mm. Za debele uzorke temperatura prijelaza je 9.3 K, dok se redukcijom dimenzionalnosti uzorka smanjuje i temperatura prijelaza ovisno o odnosu debljine uzorka, duljine koherencije i srednjeg slobodnog puta elektrona . Usporedbom rezultata mjerenja s rezultatima drugih autora pokazuje se kako se radi o uzorcima koji su kvalitetniji od dosad objavljenih u literaturi. Za razliku od kritične temperature , vrijednost kritičnog polja raste kako se smanjuje debljina uzorka. Iz izmjerenih vrijednosti temperature prijelaza i kritičnog polja, određen je niz supravodljivih parametara koji opisuju dane uzorke. Također je pomoću njih provjerena konzistentnost izmjerenih vrijednosti za polje u okomitoj i paralelnoj orijentaciji, te je prikazana usporedba s teorijskim predviđanjima koja slijede iz GL teorije za tanke filmove.

Rast tankih filmova kemijskom depozicijom iz plinske faze pod niskim tlakom (engl. Low Pressure Chemical Vapour Deposition, LPCVD), jedna je od najvažnijih metoda depozicije tankih filmova i predstavlja temelj modernih tehnologija. Razlozi široke primjene LPCVD metode u zadnja dva desetljeća leži prvenstveno u mogućnosti deponiranja različitih elemenata i spojeva na relativno niskim temperaturama, u obliku amorfnih i polikristalnih filmova, sa velikim stupnjem uređenosti i čistoće. Metodu karakterizira jednostavno rukovanje i održavanje, visoka pouzdanost operacija, velika brzina depozicije, uniformna debljina sloja i visoka reproducibilnost. Zbog svega toga ova je metoda našla široku primjenu kod depozicije tankih filmova u poluvodičkoj industriji. U Hrvatskoj LPCVD metoda je postojala samo u nekadašnjoj tvornici poluvodiča RIZ. Uz podršku bivših djelatnika tvornice kao i podrške Ministarstva znanosti i tehnologije, ova tehnologija je prenešena na Institut  ; Ruđer Bošković ; , gdje je usvojena i dalje usavršena. U okviru ovog rada biti će izložene osnovne postavke LPCVD metode, kao i koncepcija razvoja novih proizvoda – ; polisilicijskog termičkog grijača i nanosilicijskog lasera, temeljenih na tehnologiji depozicije tankih filmova.

Monokristal In2Te3 radi svojih povpljnih optičkih svojstava i visoke efikasnosti, predstavlja veoma perspektivan materijal u konverziji sunčeve energije. Tehnologije dobivanja monokristala su skupe i složene pa se, stoga iznalaze nove, jeftinije mogućnosti. U ovom radu pripremljeni su tanki In2Te3 filmovi elektrokemijskom sintezom iz otopine koja sadrži InCl3 itri-n-butil fosfin telurida.