Verbindungshalbleiter und optoelektronische Materialien

Herstellung von GaSb-Nanodrähten durch den MOCVD-Prozess

Dateibereich 29577

11,74 MB in einer Datei, zuletzt geändert am 17.02.2012

Dateiliste / Details

DateiDateien geändert amGröße
Diss_Schwartz.pdf14.02.2012 10:30:4311,74 MB
Halbleitermaterialien sind in der heutigen Zeit von großer Bedeutung, da ihre Anwendungsbereiche in den letzten Jahrzehnten stetig zugenommen haben. Ein Beispiel für den Einsatz von Halbleitermaterialien ist die LED (light emitting diode), welche als Ersatz für klassische Glühlampen eingesetzt wird und sich durch eine lange Lebensdauer und einen energiearmen Verbrauch auszeichnet. Für Anwendungen in der Optoelektronik und in der Photovoltaik eignen sich besonders III-V-Halbleiter. Diese Verbindungshalbleiter aus der Gruppe 13 und 15 bestehen dabei aus einer Kombination von Elementen (Metalle,Halbmetalle, Nichtmetalle), wodurch neue Materialverbindungen erzeugt werden. Komplexe Applikationen in den Bereichen der Nanoelektronik und Optoelektronik erfordern heutzutage Materialien, welche vom strukturellen Aufbau her immer kompakter und kleiner sein sollten. Der Trend geht zu einer Miniaturisierung der Materialien, wodurch Werkstoffe in nanostrukturierter Form bevorzugt werden. Eindimensional nanostrukturiertes Material wird in die Bereiche Nanodraht (Nanowire), Nanoröhren (Nanotubes) und Whisker eingeteilt. Nanodrähte sind Drähte mit einem festen Kern und einem Durchmesser < ̴100 nm. Nanoröhren können aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut sein, weisen aber einen hohlen Kern auf. Whisker dagegen sind größere Gebilde mit einem festen Kern.

In dieser Promotionsarbeit wurde die Herstellung von GaSb-Nanodrähten aus den entsprechenden Organometallverbindungen untersucht. Da das GaSb-Nanodrahtwachstum mit einigen Schwierigkeiten verbunden ist, wurde in dieser Arbeit nach einem Verfahren gesucht,um heteroepitaktische GaSb-Nanodrähte auf einem geeigneten Substrat wachsen zu lassen.
Hierfür wurde die Standard-MOCVD-Technik in Betracht gezogen, welche sonst häufig zur Abscheidung von reinen GaSb-Filmen aus der Gasphase verwendet wird. Bei diesem MOCVD-Verfahren werden Precursoren (metallorganische Verbindungen) über die Gasphase z.T. unter Zuhilfenahme eines Trägergases zur Reaktorkammer transportiert und dort an einem beheizten Substrat zersetzt. Als Reaktoren werden Heiß- und Kaltwand-Reaktoren verwendet. Der für die Abscheidungen verwendete VLS-Mechanismus ist einer der häufigsten eingesetzten Prozesse zur Herstellung von eindimensionalen Nanostrukturen aus reinen und dotierten anorganischen Materialien. Verschiedene Arbeiten haben gezeigt, dass sich Nanodrähte generell bei eher niedriger Substrattemperatur erzeugen lassen. Kommerzielle Precursoren erweisen sich jedoch gerade für niedrige Temperaturen als ungeeignet. Daher sollten in dieser Arbeit neue Precursoren für die Herstellung von GaSb-Nanodrähten etabliert werden. Diese Precursoren sollten sich bei niedrigen Temperaturen komplett zersetzen, ohne dabei einen Fremdatomeinbau (Kohlenstoff) zu unterstützen. Als Precursoren wurden neben verschiedenen Metallalkylverbindungen (E3M-Verbindungen, E = tBu, secBu, iPr, Et und M = Ga, Sb) thermisch labile Tetraalkyldistibane (Et4Sb2) untersucht. Ebenso wurden das Lewis-Säure-Base-Addukt tBu3GaSbiPr3 und der Heterozyklus [tBu2GaSbEt2]2 als Single-Source-Precursoren eingesetzt. Durch zusätzliche Variation der Abscheideparameter sowie mit Hilfe von unterschiedlichen katalytisch-wirksamen Metallpartikeln sollten GaSb-Nanodrähte auf verschiedenen Substraten abgeschieden werden. Als katalytisches Partikel wurden Ga- und Au-Nanotropfen verwendet.

Die Dissertation beinhaltet zum einen die durchgeführten Abscheideversuche zur Abscheidung der Ga- und Au-Metalltropfen. Bei den Abscheidungen für das katalytisch wirksame Metallpartikel wurden die Abscheidedauer und die Abscheidetemperatur variiert. Zum anderen sind in der Dissertation die durch Variation der Abscheideparameter (Massenfluss, Abscheidedauer, Temperatur und Substrat) und durch Variation von flüssigen und festen Precursoren durchgeführten Abscheideversuche zur Erzeugung von GaSb-Nanodrähten dokumentiert. Durch den Einfluss von verschiedenen Sb-haltigen Organometallverbindungen (iPr3Sb, Et4Sb2) konnten bei verschiedenen Temperaturen und Abscheidezeiten und durch eine Variation des Massenflusses GaSb-Nanodrähte durch die Ga-Tropfen gewachsen werden. Im Rahmen dieser MOCVD-Studien wurden verschiedene flüssige Precursoren (tBu3Ga,iPr3Sb, Et4Sb2) und feste Precursoren ([tBu3GaSbiPr3], [tBu2GaSbEt2]2) verwendet, die sich jeweils zur Abscheidung von GaSb-Nanodrähten eignen. Die besten Resultate wurden mit tBu3Ga und iPr3Sb erzielt, wobei Galliumtropfen, die bei zwei Sekunden abgeschieden wurden, als Startpartikel dienten. Durch das selbstlimitierende Wachstum wurden erfolgreich kristalline, homogene GaSb-Nanodrähte mittels MOCVD hergestellt. Auch das Au katalysierte Wachstum von GaSb-Nanodrähten wurde erfolgreich durchgeführt.
Lesezeichen:
Permalink | Teilen/Speichern
Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Chemie » Anorganische Chemie
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie » 546 Anorganische Chemie
Beitragende:
Prof. Dr. Schulz, Stephan [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. Epple, Matthias [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
08.02.2012
Dokument erstellt am:
17.02.2012
Promotionsantrag am:
16.12.2011
Dateien geändert am:
17.02.2012
Medientyp:
Text