Table 2. The element content of manganese crust

The terrains in the South China Sea were apart of the Southeast China continent, and their rift-departing process dominated the formation and evolution of the South China Sea. The survey results of topography and paleoenvironment of the northern South China Sea during SO-49 cruise demonstrate that the terrains rift-departed from the South China continent before early Eocene.

Element concentrations of bulk sediment from the Southern Cape Basin

High-resolution records of Ca and Sr were obtained from shipboard XRF analyses of bulk sediments in five gravity cores from the southern Cape Basin, South Atlantic Ocean. Sr/Ca ratios display regular glacial/interglacial variations of 14-40% and reveal a close correlation with the SPECMAP record, minimum Sr/Ca ratios appearing during glacial (delta18 O) maxima, distinct increases during periods of deglaciation, and highest ratios in interstadials. Shifts in carbonate-producing phytoplankton and/or zooplankton assemblages over glacial/interglacial cycles are suggested to be the main cause for the observed variations in Sr/Ca patterns. Quick assessment of the relationship between Sr/Ca ratios and the SPECMAP record made it possible to easily transfer an age model to the newly collected cores already during the cruise.

Dynamically mechanical and nano-impact (fatigue) analysis of touch screen thin films deposited on polyethylene terephthalate substrate

Nano-scale touch screen thin film have not been thoroughly investigated in terms of dynamic impact analysis under various strain rates. This research is focused on two different thin films, Zinc Oxide (ZnO) film and Indium Tin Oxide (ITO) film, deposited on Polyethylene Terephthalate (PET) substrate for the standard touch screen panels. Dynamic Mechanical Analysis (DMA) was performed on the ZnO film coated PET substrates. Nano-impact (fatigue) testing was performed on ITO film coated PET substrates. Other analysis includes hardness and the elastic modulus measurements, atomic force microscopy (AFM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and the Scanning Electron Microscopy (SEM) of the film surface.
Ten delta of DMA is described as the ratio of loss modulus (viscous properties) and storage modulus (elastic properties) of the material and its peak against time identifies the glass transition temperature (Tg). Thus, in essence the Tg recognizes changes from glassy to rubber state of the material and for our sample ZnO film, Tg was found as 388.3 K. The DMA results also showed that the Ten delta curve for Tg increases monotonically in the viscoelastic state (before Tg) and decreases sharply in the rubber state (after Tg) until recrystallization of ZnO takes place. This led to an interpretation that enhanced ductility can be achieved by negating the strength of the material.
For the nano-impact testing using the ITO coated PET, the damage started with the crack initiation and propagation. The interpretation of the nano-impact results depended on the characteristics of the loading history. Under the nano-impact loading, the surface structure of ITO film suffered from several forms of failure damages that range from deformation to catastrophic failures. It is concluded that in such type of application, the films should have low residual stress to prevent deformation, good adhesive strength, durable and good resistance to wear.

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.

Dispositifs optoélectroniques à base de semi-conducteurs organiques en couches minces

Les petites molécules de type p à bandes interdites étroites sont de plus en plus perçues comme des remplaçantes possibles aux polymères semi-conducteurs actuellement utilisés conjointement avec des dérivés de fullerènes de type n, dans les cellules photovoltaïques organiques (OPV). Par contre, ces petites molécules tendent à cristalliser facilement lors de leur application en couches minces et forment difficilement des films homogènes appropriés. Des dispositifs OPV de type hétérojonction de masse ont été réalisés en ajoutant différentes espèces de polymères semi-conducteurs ou isolants, agissant comme matrices permettant de rectifier les inhomogénéités des films actifs et d’augmenter les performances des cellules photovoltaïques. Des polymères aux masses molaires spécifiques ont été synthétisés par réaction de Wittig en contrôlant précisément les ratios molaires des monomères et de la base utilisée. L’effet de la variation des masses molaires en fonction des morphologies de films minces obtenus et des performances des diodes organiques électroluminescentes reliées, a également été étudié. La microscopie électronique en transmission (MET) ou à balayage (MEB) a été employée en complément de la microscopie à force atomique (AFM) pour suivre l’évolution de la morphologie des films organiques minces. Une nouvelle méthode rapide de préparation des films pour l’imagerie MET sur substrats de silicium est également présentée et comparée à d’autres méthodes d’extraction. Motivé par le prix élevé et la rareté des métaux utilisés dans les substrats d’oxyde d’indium dopé à l’étain (ITO), le développement d’une nouvelle méthode de recyclage eco-responsable des substrats utilisés dans ces études est également présenté.

Controlling Nanostructures for in-situ TEM Characterization

Low dimensional nanostructures, such as nanotubes and 2D sheets, have unique and promising material properties both from a fundamental science and an application standpoint. Theoretical modelling and calculations predict previously unobserved phenomena that experimental scientists often struggle to reproduce because of the difficulty in controlling and characterizing the small structures under real-world constraints. The goal of this dissertation is to controlling these structures so that nanostructures can be characterized in-situ in transmission electron microscopes (TEM) allowing for direct observation of the actual physical responses of the materials to different stimuli. Of most interest to this work are the thermal and electrical properties of carbon nanotubes, boron nitride nanotubes, and graphene. The first topic of the dissertation is using surfactants for aqueous processing to fabricate, store, and deposit the nanostructures. More specifically, thorough characterization of a new surfactant, ammonium laurate (AL), is provided and shows that this new surfactant outperforms the standard surfactant for these materials, sodium dodecyl sulfate (SDS), in almost all tested metrics. New experimental set-ups have been developed by combining specialized in-situ TEM holders with innovative device fabrication. For example, electrical characterization of graphene was performed by using an STM-TEM holder and depositing graphene from aqueous solutions onto lithographically patterned, electron transparent silicon nitride membranes. These experiments produce exciting information about the interaction between graphene and metal probes and the substrate that it rests on. Then, by adding indium to the backside of the membrane and employing the electron thermal microscopy (EThM) technique, the same type of graphene samples could be characterized for thermal transport with high spatial resolution. It is found that reduced graphene oxide sheets deposited onto a silicon nitride membrane and displaying high levels of wrinkling have higher than expected electrical and thermal conduction properties. We are clearly able to visualize the ability of graphene to spread heat away from an electronic hot spot and into the substrate.

Growth and characterization of III-V compound semiconductor nanostructures by metalorganic chemical vapor deposition

Planar <110> GaAs nanowires and quantum dots grown by atmospheric MOCVD have been introduced to non-standard growth conditions such as incorporating Zn and growing them on free-standing suspended films and on 10° off-cut substrates. Zn doped nanowires exhibited periodic notching along the axis of the wire that is dependent on Zn/Ga gas phase molar ratios. Planar nanowires grown on suspended thin films give insight into the mobility of the seed particle and change in growth direction. Nanowires that were grown on the off-cut sample exhibit anti-parallel growth direction changes. Quantum dots are grown on suspended thin films and show preferential growth at certain temperatures. Envisioned nanowire applications include twin-plane superlattices, axial pn-junctions, nanowire lasers, and the modulation of nanowire growth direction against an impeding barrier and varying substrate conditions.