Diffusion of Be, Co and Mn impurities in compound semiconductors and glassy carbon studied by the modified radiotracer technique

The main method of modifying properties of semiconductors is to introduce small amount of impurities inside the material. This is used to control magnetic and optical properties of materials and to realize p- and n-type semiconductors out of intrinsic material in order to manufacture fundamental components such as diodes. As diffusion can be described as random mixing of material due to thermal movement of atoms, it is essential to know the diffusion behavior of the impurities in order to manufacture working components. In modified radiotracer technique diffusion is studied using radioactive isotopes of elements as tracers. The technique is called modified as atoms are deployed inside the material by ion beam implantation. With ion implantation, a distinct distribution of impurities can be deployed inside the sample surface with good con- trol over the amount of implanted atoms. As electromagnetic radiation and other nuclear decay products emitted by radioactive materials can be easily detected, only very low amount of impurities can be used. This makes it possible to study diffusion in pure materials without essentially modifying the initial properties by doping. In this thesis a modified radiotracer technique is used to study the diffusion of beryllium in GaN, ZnO, SiGe and glassy carbon. GaN, ZnO and SiGe are of great interest to the semiconductor industry and beryllium as a small and possibly rapid dopant hasn t been studied previously using the technique. Glassy carbon has been added to demonstrate the feasibility of the technique. In addition, the diffusion of magnetic impurities, Mn and Co, has been studied in GaAs and ZnO (respectively) with spintronic applications in mind.

Studies on metal complex formation of environmentally friendly aminopolycarboxylate chelating agents

Aminopolykarboksyylaatteja, kuten etyleenidiamiinitetraetikkahappoa (EDTA), on käytetty useiden vuosikymmenien ajan erinomaisen metalli-ionien sitomiskyvyn vuoksi kelatointiaineena lukuisissa sovelluksissa sekä analytiikassa että monilla teollisisuuden aloilla. Näiden yhdisteiden biohajoamattomuus on kuitenkin herättänyt huolta viime aikoina, sillä niiden on havaittu olevan hyvin pysyviä luonnossa. Tämä työ on osa laajempaa tutkimushanketta, jossa on tavoitteena löytää korvaavia kelatointiaineita EDTA:lle. Tutkimuksen aiheena on kuuden kelatointiaineen metalli-ionien sitomiskyvyn kartoitus. EDTA:a paremmin luonnossa hajoavina nämä ovat ympäristöystävällisiä ehdokkaita korvaaviksi kelatointiaineiksi useisiin sovelluksiin. Työssä tutkittiin niiden kompleksinmuodostusta useiden metalli-ionien kanssa potentiometrisella titrauksella. Metalli-ionivalikoima vaihteli hieman kelatointiaineesta riippuen sisältäen magnesium-, kalsium-, mangaani-, rauta-, kupari-, sinkki-, kadmium-, elohopea-, lyijy- ja lantaani-ionit. Tutkittavat metallit oli valittu tähtäimessä olevien sovellusten, synteesissä ilmenneiden ongelmien tai ympäristönäkökohtien perusteella. Tulokset osoittavat näiden yhdisteiden metallinsitomiskyvyn olevan jonkin verran heikompi kuin EDTA:lla, mutta kuitenkin riittävän useisiin sovelluksiin kuten sellunvalkaisuprosessiin. Myrkyllisten raskasmetallien, kadmiumin, elohopen ja lyijyn kohdalla EDTA:a heikompi sitoutuminen on eduksikin, koska se yhdistettynä parempaan biohajoavuuteen saattaa alentaa tutkittujen yhdisteiden kykyä mobilisoida kyseisiä metalleja sedimenteistä. Useimmilla tutkituista yhdisteistä on ympäristönäkökulmasta etuna myös EDTA:a pienempi typpipitoisuus.

Experimental studies on new particle formation and ions

Atmospheric aerosol particles have significant climatic effects. Secondary new particle formation is a globally important source of these particles. Currently, the mechanisms of particle formation and the vapours participating in this process are, however, not truly understood. The recently developed Neutral cluster and Air Ion Spectrometer (NAIS) was widely used in field studies of atmospheric particle formation. The NAIS was calibrated and found to be in adequate agreement with the reference instruments. It was concluded that NAIS can be reliably used to measure ions and particles near the sizes where the atmospheric particle formation begins. The main focus of this thesis was to study new particle formation and participation of ions in this process. To attain this objective, particle and ion formation and growth rates were studied in various environments - at several field sites in Europe, in previously rarely studied sites in Antarctica and Siberia and also in an indoor environment. New particle formation was observed at all sites were studied and the observations were used as indicatives of the particle formation mechanisms. Particle size-dependent growth rates and nucleation mode hygroscopic growth factors were examined to obtain information on the particle growth. It was found that the atmospheric ions participate in the initial steps of new particle formation, although their contribution was minor in the boundary layer. The highest atmospheric particle formation rates were observed at the most polluted sites where the role of ions was the least pronounced. Furthermore, the increase of particle growth rate with size suggested that enhancement of the growth by ions was negligible. Participation of organic vapours in the particle growth was supported by laboratory and field observations. It was addressed that secondary new particle formation can also be a significant source of indoor air particles. These results, extending over a wide variety of environments, give support to previous observations and increase understanding on new particle formation on a global scale.

On formation, growth and concentrations of air ions

Aerosol particles have effect on climate, visibility, air quality and human health. However, the strength of which aerosol particles affect our everyday life is not well described or entirely understood. Therefore, investigations of different processes and phenomena including e.g. primary particle sources, initial steps of secondary particle formation and growth, significance of charged particles in particle formation, as well as redistribution mechanisms in the atmosphere are required. In this work sources, sinks and concentrations of air ions (charged molecules, cluster and particles) were investigated directly by measuring air molecule ionising components (i.e. radon activity concentrations and external radiation dose rates) and charged particle size distributions, as well as based on literature review. The obtained results gave comprehensive and valuable picture of the spatial and temporal variation of the air ion sources, sinks and concentrations to use as input parameters in local and global scale climate models. Newly developed air ion spectrometers (Airel Ltd.) offered a possibility to investigate atmospheric (charged) particle formation and growth at sub-3 nm sizes. Therefore, new visual classification schemes for charged particle formation events were developed, and a newly developed particle growth rate method was tested with over one year dataset. These data analysis methods have been widely utilised by other researchers since introducing them. This thesis resulted interesting characteristics of atmospheric particle formation and growth: e.g. particle growth may sometimes be suppressed before detection limit (~ 3 nm) of traditional aerosol instruments, particle formation may take place during daytime as well as in the evening, growth rates of sub-3 nm particles were quite constant throughout the year while growth rates of larger particles (3-20 nm in diameter) were higher during summer compared to winter. These observations were thought to be a consequence of availability of condensing vapours. The observations of this thesis offered new understanding of the particle formation in the atmosphere. However, the role of ions in particle formation, which is not well understood with current knowledge, requires further research in future.

Representation av kvinnor och män – Hur prioriterar riksdagsledamöter frågor i den finska riksdagen? En kvantitativ studie av motionerna i riksdagen 2007

Pro gradu uppsatsen diskuterar betydelsen av representation för grupper i samhället genom att diskutera kvinnors representation. Kvinnor är en grupp i samhället som länge varit underrepresenterad, men som under de senaste 100 åren fått en betydligt bättre position i den offentliga beslutfattningen. För att ge bakgrund till frågeställningen beskrivs kvinnors deltagande i den finska riksdagen. Begreppen deskriptiv, substantiell och symbolisk representation diskuteras. Undersökningar av kvinnors representation både deskriptivt och substantiellt på parlamentsnivå presenteras. Forskningsfrågan i uppsatsen består av fyra frågeställningar om hur motioner görs i riksdagen och hur kön kan identifieras i motionerna. Frågeställningarna bygger på den teoretiska diskussionen och meningen med frågeställningar är att styra analysen av motionerna. I teoriavsnittet behandlas kvinnors representation och den vetenskapliga diskussionen om sambandet mellan substantiell och deskriptiv representation. Diskussionen utgår från Hanna Pitkins olika kategorier av representation. I den teoretiska diskussionen behandlas även begreppen den kritiska massan, närvarons politik och kritiska aktörer. I stycket diskuteras även vilka frågeställningar, som är relevanta att undersöka när man diskuterar kvinnors representation i samhället. När representationen av kvinnor diskuteras är det viktigt att minnas att kvinnor inte utgör en homogen grupp och att även män kan representera kvinnor innehållsmässigt. Efter den teoretiska diskussionen presenteras metoden för undersökningen. Som metod används kvantitativa statistiska metoder för att kunna undersöka ett större material, som kan ge en bättre helhetsbild av hur kvinnor representeras i motionerna. Materialet för undersökningen är motioner som är gjorda i den finska riksdagen 2007. Resultaten i undersökningen visar att motionerna används av både opposition och regering och att det finns en möjlighet för samarbete över partigränser. Andra faktorer, som påverkade hur aktivt man gjorde motioner var bland annat riksdagsledamöternas ålder och den valregion ledamöterna var från. När man såg speciellt på motionärernas kön framkom det skillnader i kvinnors och mäns motionsbeteende. Överlag gör män mera motioner än kvinnor i den finska riksdagen. Kvinnor har än idag en större tendens att göra motioner om socialpolitik och speciellt familje- och barnpolitik än vad män har. Männen igen väljer att göra motioner, som traditionellt har setts som starkt manliga, så som trafik och allmänna utrymmen. Resultaten visade också att kvinnors intressen inte är vanligt som motivering för motioner. Man fann också att riksdagsledamöters koppling till kvinnoorganisationer hade en betydelse när det gällde sannolikheten att göra motioner som motiverades med kvinnors intressen i samhället. Uppsatsen diskuterar orsaker till resultaten och ser att det finns orsaker att fortsätta diskutera sambandet mellan deskriptiv och substantiell representation.