Serum neopterin levels and gallium transferrin binding in Parkinson's disease

The unconjugated pterin neopterin is secreted by macrophages activated by interferon-gamma and hence, the level of neopterin in serum may be used as a marker of a cellular immune response in a patient. Serum neopterin levels were measured by high performance liquid chromatography (HPLC) in 28 Parkinson's disease (PD) patients and 28 age and sex matched controls. The level of serum neopterin was significantly elevated in PD compared with controls suggesting immune activation in these patients. The level of neopterin was negatively correlated with the level of binding of gallium to transferrin (Tf) but unrelated to the level of iron binding. Hence, in PD, it is possible that a cellular immune response may be important in the pathogenesis of the disease. One effect of the cellular immune response may be a reduction in the binding of metals other than iron to Tf and this could also be a factor in PD.

Why is it possible to detect doped regions of semiconductors in low voltage SEM:a review and update

There is an urgent need for fast, non-destructive and quantitative two-dimensional dopant profiling of modern and future ultra large-scale semiconductor devices. The low voltage scanning electron microscope (LVSEM) has emerged to satisfy this need, in part, whereby it is possible to detect different secondary electron yield values (brightness in the SEM signal) from the p-type to the n-type doped regions as well as different brightness levels from the same dopant type. The mechanism that gives rise to such a secondary electron (SE) contrast effect is not fully understood, however. A review of the different models that have been proposed to explain this SE contrast is given. We report on new experiments that support the proposal that this contrast is due to the establishment of metal-to-semiconductor surface contacts. Further experiments showing the effect of instrument parameters including the electron dose, the scan speeds and the electron beam energy on the SE contrast are also reported. Preliminary results on the dependence of the SE contrast on the existence of a surface structure featuring metal-oxide semiconductor (MOS) are also reported. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.

A Stochastic Approach for Investigation Ultrafast Phenomena in Semiconductors

2002 Mathematics Subject Classification: 65C05

Noise in gallium nitride-based quantum well structures used for nanometer devices in the frequency range 1 Hz--3 Mhz and temperature range 77K--324K

Electronic noise has been investigated in AlxGa1−x N/GaN Modulation-Doped Field Effect Transistors (MODFETs) of submicron dimensions, grown for us by MBE (Molecular Beam Epitaxy) techniques at Virginia Commonwealth University by Dr. H. Morkoç and coworkers. Some 20 devices were grown on a GaN substrate, four of which have leads bonded to source (S), drain (D), and gate (G) pads, respectively. Conduction takes place in the quasi-2D layer of the junction (xy plane) which is perpendicular to the quantum well (z-direction) of average triangular width ∼3 nm. A non-doped intrinsic buffer layer of ∼5 nm separates the Si-doped donors in the AlxGa1−xN layer from the 2D-transistor plane, which affords a very high electron mobility, thus enabling high-speed devices. Since all contacts (S, D, and G) must reach through the AlxGa1−xN layer to connect internally to the 2D plane, parallel conduction through this layer is a feature of all modulation-doped devices. While the shunting effect may account for no more than a few percent of the current IDS, it is responsible for most excess noise, over and above thermal noise of the device. ^ The excess noise has been analyzed as a sum of Lorentzian spectra and 1/f noise. The Lorentzian noise has been ascribed to trapping of the carriers in the AlxGa1−xN layer. A detailed, multitrapping generation-recombination noise theory is presented, which shows that an exponential relationship exists for the time constants obtained from the spectral components as a function of 1/kT. The trap depths have been obtained from Arrhenius plots of log (τT2) vs. 1000/T. Comparison with previous noise results for GaAs devices shows that: (a) many more trapping levels are present in these nitride-based devices; (b) the traps are deeper (farther below the conduction band) than for GaAs. Furthermore, the magnitude of the noise is strongly dependent on the level of depletion of the AlxGa1−xN donor layer, which can be altered by a negative or positive gate bias VGS. ^ Altogether, these frontier nitride-based devices are promising for bluish light optoelectronic devices and lasers; however, the noise, though well understood, indicates that the purity of the constituent layers should be greatly improved for future technological applications. ^

A tight-binding analysis of the electronic properties of III-nitride semiconductors

This thesis divides into two distinct parts, both of which are underpinned by the tight-binding model. The first part covers our implementation of the tight-binding model in conjunction with the Berry phase theory of electronic polarisation to probe the atomistic origins of spontaneous polarisation and piezoelectricity as well as attempting to accurately calculate the values and coefficients associated with these phenomena. We first develop an analytic model for the polarisation of a one-dimensional linear chain of atoms. We compare the zincblende and ideal wurtzite structures in terms of effective charges, spontaneous polarisation and piezoelectric coefficients, within a first nearest neighbour tight-binding model. We further compare these to real wurtzite structures and conclude that accurate quantitative results are beyond the scope of this model but qualitative trends can still be described. The second part of this thesis deals with implementing the tight-binding model to investigate the effect of local alloy fluctuations in bulk AlGaN alloys and InGaN quantum wells. We calculate the band gap evolution of Al1_xGaxN across the full composition range and compare it to experiment as well as fitting bowing parameters to the band gap as well as to the conduction band and valence band edges. We also investigate the wavefunction character of the valence band edge to determine the composition at which the optical polarisation switches in Al1_xGaxN alloys. Finally, we examine electron and hole localisation in InGaN quantum wells. We show how the built-in field localises the carriers along the c-axis and how local alloy fluctuations strongly localise the highest hole states in the c-plane, while the electrons remain delocalised in the c-plane. We show how this localisation affects the charge density overlap and also investigate the effect of well width fluctuations on the localisation of the electrons.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Modeling and simulation of bulk gallium nitride power semiconductor devices

Bulk gallium nitride (GaN) power semiconductor devices are gaining significant interest in recent years, creating the need for technology computer aided design (TCAD) simulation to accurately model and optimize these devices. This paper comprehensively reviews and compares different GaN physical models and model parameters in the literature, and discusses the appropriate selection of these models and parameters for TCAD simulation. 2-D drift-diffusion semi-classical simulation is carried out for 2.6 kV and 3.7 kV bulk GaN vertical PN diodes. The simulated forward current-voltage and reverse breakdown characteristics are in good agreement with the measurement data even over a wide temperature range.

Exceptional activity of gallium(III) chloride and chlorogallate(III) ionic liquids for Baeyer–Villiger oxidation

Baeyer–Villiger oxidation of cyclic ketones, using H2O2 as the oxidising agent, was systematically studied using a range of metal chlorides in different solvents, and in neat chlorogallate(III) ionic liquids. The extremely high activity of GaCl3 in promoting oxidation with H2O2, irrespective of solvent, was reported for the first time. The activity of all other metal chlorides was strongly solvent-dependent. In particular, AlCl3 was very active in a protic solvent (ethanol), and tin chlorides, SnCl4 and SnCl2, were active in aprotic solvents (toluene and dioxane). In order to eliminate the need for volatile organic solvent, a Lewis acidic chlorogallate(III) ionic liquid was used in the place of GaCl3, which afforded typically 89–94% yields of lactones in 1–120 min, at ambient conditions. Raman and 71Ga NMR spectroscopic studies suggest that the active species, in both GaCl3 and chlorogallate(III) ionic liquid systems, are chlorohydroxygallate(III) anions, [GaCl3OH]−, which are the products of partial hydrolysis of GaCl3 and chlorogallate(III) anions; therefore, the presence of water is crucial.

Comprendre et maîtriser le passage de type I à type II de puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur substrat de GaSb

Les antimoniures sont des semi-conducteurs III-V prometteurs pour le développement de dispositifs optoélectroniques puisqu'ils ont une grande mobilité d'électrons, une large gamme spectrale d'émission ou de détection et offrent la possibilité de former des hétérostructures confinées dont la recombinaison est de type I, II ou III. Bien qu'il existe plusieurs publications sur la fabrication de dispositifs utilisant un alliage d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) qui émet ou détecte à une certaine longueur d'onde, les détails, à savoir comment sont déterminés les compositions et surtout les alignements de bande, sont rarement explicites. Très peu d'études fondamentales sur l'incorporation d'indium et d'arsenic sous forme de tétramères lors de l'épitaxie par jets moléculaires existent, et les méthodes afin de déterminer l'alignement des bandes des binaires qui composent ces alliages donnent des résultats variables. Un modèle a été construit et a permis de prédire l'alignement des bandes énergétiques des alliages d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) avec celles du GaSb pour l'ensemble des compositions possibles. Ce modèle tient compte des effets thermiques, des contraintes élastiques et peut aussi inclure le confinement pour des puits quantiques. De cette manière, il est possible de prédire la transition de type de recombinaison en fonction de la composition. Il est aussi montré que l'indium ségrègue en surface lors de la croissance par épitaxie par jets moléculaires d'In(x)Ga(1-x)Sb sur GaSb, ce qui avait déjà été observé pour ce type de matériau. Il est possible d'éliminer le gradient de composition à cette interface en mouillant la surface d'indium avant la croissance de l'alliage. L'épaisseur d'indium en surface dépend de la température et peut être évaluée par un modèle simple simulant la ségrégation. Dans le cas d'un puits quantique, il y aura une seconde interface GaSb sur In(x)Ga(1-x)Sb où l'indium de surface ira s'incorporer. La croissance de quelques monocouches de GaSb à basse température immédiatement après la croissance de l'alliage permet d'incorporer rapidement ces atomes d'indium et de garder la seconde interface abrupte. Lorsque la composition d'indium ne change plus dans la couche, cette composition correspond au rapport de flux d'atomes d'indium sur celui des éléments III. L'arsenic, dont la source fournit principalement des tétramères, ne s'incorpore pas de la même manière. Les tétramères occupent deux sites en surface et doivent interagir par paire afin de créer des dimères d'arsenic. Ces derniers pourront alors être incorporés dans l'alliage. Un modèle de cinétique de surface a été élaboré afin de rendre compte de la diminution d'incorporation d'arsenic en augmentant le rapport V/III pour une composition nominale d'arsenic fixe dans l'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y). Ce résultat s'explique par le fait que les réactions de deuxième ordre dans la décomposition des tétramères d'arsenic ralentissent considérablement la réaction d'incorporation et permettent à l'antimoine d'occuper majoritairement la surface. Cette observation montre qu'il est préférable d'utiliser une source de dimères d'arsenic, plutôt que de tétramères, afin de mieux contrôler la composition d'arsenic dans la couche. Des puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur GaSb ont été fabriqués et caractérisés optiquement afin d'observer le passage de recombinaison de type I à type II. Cependant, celui-ci n'a pas pu être observé puisque les spectres étaient dominés par un niveau énergétique dans le GaSb dont la source n'a pu être identifiée. Un problème dans la source de gallium pourrait être à l'origine de ce défaut et la résolution de ce problème est essentielle à la continuité de ces travaux.

Optical and Spin Properties of Defect-Bound Excitons in Semiconductors

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Symmetry reduction due to gallium substitution in the garnet Li6.43(2)Ga0.52(3)La2.67(4)Zr2O12

Single-crystal structure refinements on lithium lanthanum zirconate (LLZO; Li7La3Zr2O12) substituted with gallium were successfully carried out in the cubic symmetry space group I [Formula: see text]3d. Gallium was found on two lithium sites as well as on the lanthanum position. Due to the structural distortion of the resulting Li6.43(2)Ga0.52(3)La2.67(4)Zr2O12 (Ga-LLZO) single crystals, a reduction of the LLZO cubic garnet symmetry from Ia[Formula: see text] d to I [Formula: see text]3d was necessary, which could hardly be analysed from X-ray powder diffraction data.