Rasterkraftmikroskopie zur elektrischen Charakterisierung von innovativen Bauelementen und Nanostrukturen

Dipl. Phys., Dipl. Ing. Katzer, Klaus-Dieter

Dateibereich 20108

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In der vorliegenden Arbeit wurden neuartige und innovative elektronische und optoelektronische Bauelemente und Nanostrukturen untersucht sowie elektrisch charakterisiert. Gegenstand dieser Untersuchungen waren die Nanoparticle coated Microcrystals (NCC) und die AlGaInP-LEDs. NCCs sind primitive Strukturen, die aus einem chemischen Selbstorganisationsprozess hergestellt wurden. Sie bestehen aus einem hoch isolierenden Mikrokristallkern, auf deren Oberflächen ligandenstabilisierte Nanopartikel anhaften. Die Leitfähigkeit dieser NCCs kann durch die Auswahl entsprechender Nanopartikelsorten manipuliert werden. Untersucht wurden sie mit den im Rahmen dieser Arbeit entwickelten und aufgebauten Kelvin-Probe Force Microscope (KPFM) und Conductive Probe-Atomic Force Microscope (CP-AFM). Um Information über die Potenzial-verteilung bzw. die Austrittsarbeit der NCC-Oberflächen zu erhalten wurden KPFM-Messungen durchgeführt. Durch thermische Behandlung der NCCs sollten die charakteristischen elektrischen Eigenschaften der NCC verändert werden. Es konnten deutliche Unterschiede zwischen den thermisch unbehandelten und den thermisch behandelten (tempern) NCCs mit dem KPFM festgestellt werden. Die getemperte NCCs weisen im Vergleich zu den ungetemperten NCC insbesondere an den Mikrokristallrändern eine inhomogene Potenzialverteilung auf. Mit dem CP-AFM wurden lokale Strom-Spannung (I-U)-Charakteristika an einzelnen NCCs aufgezeichnet, um Information über das elektrische Leitfähigkeitsverhalten zu erhalten. Dabei zeigten sie nicht lineares I-U-Verhalten mit Strömen im Bereich von pA bis nA. Der getemperte NCC weist gegenüber dem nicht getemperten NCC eine um 2 Größenordnungen niedrigere Leitfähigkeit auf. Bei reinen Mikrokristalle konnte keinen messbaren Stromfluss nachgewiesen werden, folg-lich musste der bei den NCCs gemessene Strom über den Nanopartikelmantel geflossen sein. An superhellen AlGaInP-LEDs wurde mit dem KPFM der Spannungsabfall quer zu der Hetero-schichtsequenz untersucht. Ein parasitärer Spannungsabfall außerhalb der aktiven Multi-Quantum-Well (MQW)-Schicht zwischen der GaP-Fensterschicht und der AlInP-Einschluss-schicht ist beobachtet worden. Die Ursache dieses ungewollten parasitären Spannungsabfalls wurde mit Hilfe eines der LED äquivalenten Simulationsmodells verifiziert. Um Aufschluss über die Änderung des Spannungsabfallverlaufs zwischen einer gestressten und einer nicht gestressten LED zu erhalten sind Spannungsabfallanalysemessungen mit dem KPFM bei verschiedenen kon-stanten Strömen durchgeführt worden. Durch Vergleich der erhaltenen Ergebnisse zwischen der nicht gestressten und der gestressten LED wurde ein deutlich erhöhter parasitärer Spannungs-abfall bei der gestressten LED im Bereich der Grenzschicht zwischen dem GaP- Fenster und der AlInP-Einschlussschicht beobachtet.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Elektrotechnik und Informationstechnik » Werkstoffe der Elektrotechnik
Dewey Dezimal-Klassifikation:
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 620 Ingenieurwissenschaften
Stichwörter:
Kelvin-Probe Force Microscopy, Conductive-Probe Atomic Force Microscopy, Nanopartikel, Nanoparticle Coated Microcrystall, Austrittsarbeit, Strom-Spannungskennlinien, AlGaInP-LED, ortsaufgelöster Spannungsabfall
Beitragende:
Prof. Dr. rer. nat. Bacher, Gerd [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. rer. nat. Tegude, Franz-Josef [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
24.04.2008
Dokument erstellt am:
24.06.2008
Promotionsantrag am:
18.10.2007
Dateien geändert am:
23.06.2008
Medientyp:
Text