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Nowadays, ionizing radiation detectors find application in a wide range of contexts, spanning from industry to healthcare and security. In this background, the next generation of ionizing radiation sensors require devices that are accurate, light-weight, relatively inexpensive and capable to be read-out in real-time and remotely. In recent years, research groups at the University of Bologna and the NOVA University of Lisbon (Portugal) have developed Radiation-sensitive OXide-semiconductor Field-Effect Transistors (ROXFET) to be employed as fast, real-time x-ray dosimetry detection systems. The ROXFET operation relies on the principle that, upon exposure to radiation, excitons are generated in the dielectric and separated into hole and electron charge carriers. While electrons are able to diffuse out of the dielectric layer, hole charges get trapped and contribute to the field-effect in the semiconductor channel. Macroscopically, such contribution is observable as a shift in transistor threshold voltage toward negative values, which turns out to be proportional to the absorbed radiation dose. In laboratory tests, ROXFET devices proved to be sensitive in a wide energy range and capable of providing reliable information about their radiation exposure history. Furthermore, the design of ROXFET can be integrated on a flexible substrate and read in real-time as a passive radiofrequency tag. Aim of this thesis work was to contribute to the development of the ROXFET technology. To this end, I carried out multiple characterization tests on recently fabricated samples, revealing how they outperformed previously observed radiation sensitivities. Later on, I worked in a clean-room facility to fabricate new ROXFET experimental samples by leveraging the knowledge acquired from previous observations.

La ricerca nel settore dell’energia fotovoltaica sta portando ad un continuo aumento dell’efficienza delle celle solari. Per raggiungere rendimenti sempre più alti è fondamentale ridurre la perdita di cariche foto-generate, solitamente causata da difetti presenti nel reticolo cristallino o sulle superfici e alle interfacce dei materiali. Tramite la tecnica dei contatti passivanti è possibile rendere inattivi i processi di ricombinazione delle cariche foto-generate. I firing passivated contacts, oggetto di studio in questa tesi, sono un particolare tipo di contatto passivante ottenuto tramite un processo in fase di studio presso il Photovoltaic laboratory (PV-LAB) presso l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Per ottimizzare il processo di fabbricazione, il PV-LAB ha realizzato diversi campioni di materiale semiconduttore con firing passivated contacts. Questi campioni sono stati analizzati in laboratorio tramite la tecnica della surface photovoltage spectroscopy, la quale consiste nella misura della foto-tensione di superficie in uno specifico intervallo di energie. Le misure svolte erano finalizzate a determinare le transizioni elettroniche, indotte dalla luce incidente, che corrispondevano a specifiche caratteristiche del diagramma a bande della struttura, e la struttura del diagramma a bande del campione, non ancora completamente nota. In particolare, si sono analizzate le transizioni energetiche nell’intervallo 0.8-1.1eV. L’attività di laboratorio ha permesso di osservare due diverse transizioni energetiche, comuni a tutti i campioni analizzati. Per mezzo di queste informazioni, e di numerose altre analisi svolte dal PV-LAB, sarà possibile approfondire la conoscenza teorica dei firing passivated contacts, permettendone l’impiego nelle celle solari future ad alta efficienza.

Nowadays, ionizing radiation detectors find application in a wide range of contexts, spanning from industry to healthcare and security. In this background, the next generation of ionizing radiation sensors require devices that are accurate, light-weight, relatively inexpensive and capable to be read-out in real-time and remotely. In recent years, research groups at the University of Bologna and the NOVA University of Lisbon (Portugal) have developed Radiation-sensitive OXide-semiconductor Field-Effect Transistors (ROXFET) to be employed as fast, real-time x-ray dosimetry detection systems. The ROXFET operation relies on the principle that, upon exposure to radiation, excitons are generated in the dielectric and separated into hole and electron charge carriers. While electrons are able to diffuse out of the dielectric layer, hole charges get trapped and contribute to the field-effect in the semiconductor channel. Macroscopically, such contribution is observable as a shift in transistor threshold voltage toward negative values, which turns out to be proportional to the absorbed radiation dose. In laboratory tests, ROXFET devices proved to be sensitive in a wide energy range and capable of providing reliable information about their radiation exposure history. Furthermore, the design of ROXFET can be integrated on a flexible substrate and read in real-time as a passive radiofrequency tag. Aim of this thesis work was to contribute to the development of the ROXFET technology. To this end, I carried out multiple characterization tests on recently fabricated samples, revealing how they outperformed previously observed radiation sensitivities. Later on, I worked in a clean-room facility to fabricate new ROXFET experimental samples by leveraging the knowledge acquired from previous observations.

La ricerca nel settore dell’energia fotovoltaica sta portando ad un continuo aumento dell’efficienza delle celle solari. Per raggiungere rendimenti sempre più alti è fondamentale ridurre la perdita di cariche foto-generate, solitamente causata da difetti presenti nel reticolo cristallino o sulle superfici e alle interfacce dei materiali. Tramite la tecnica dei contatti passivanti è possibile rendere inattivi i processi di ricombinazione delle cariche foto-generate. I firing passivated contacts, oggetto di studio in questa tesi, sono un particolare tipo di contatto passivante ottenuto tramite un processo in fase di studio presso il Photovoltaic laboratory (PV-LAB) presso l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Per ottimizzare il processo di fabbricazione, il PV-LAB ha realizzato diversi campioni di materiale semiconduttore con firing passivated contacts. Questi campioni sono stati analizzati in laboratorio tramite la tecnica della surface photovoltage spectroscopy, la quale consiste nella misura della foto-tensione di superficie in uno specifico intervallo di energie. Le misure svolte erano finalizzate a determinare le transizioni elettroniche, indotte dalla luce incidente, che corrispondevano a specifiche caratteristiche del diagramma a bande della struttura, e la struttura del diagramma a bande del campione, non ancora completamente nota. In particolare, si sono analizzate le transizioni energetiche nell’intervallo 0.8-1.1eV. L’attività di laboratorio ha permesso di osservare due diverse transizioni energetiche, comuni a tutti i campioni analizzati. Per mezzo di queste informazioni, e di numerose altre analisi svolte dal PV-LAB, sarà possibile approfondire la conoscenza teorica dei firing passivated contacts, permettendone l’impiego nelle celle solari future ad alta efficienza.