DSpace Collection:

Impact of interfaces on the structural and electrical properties of epitaxial PZT heterostructures

Thu, 01 Jan 2009 00:00:00 GMT

Title: Impact of interfaces on the structural and electrical properties of epitaxial PZT heterostructures Author(s): Feigl, Ludwig Abstract: In dieser Arbeit wurde der Einfluss von künstlich eingeführten Veränderungen - in Form von Grenzflächen, Versetzungen und Dotierungen - auf die mikrostrukturellen und makroskopischen Eigenschaften von epitaktischen PZT40/60- und PZT20/80-Dünnschichten untersucht. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden Heterostrukturen mit einer definierten Versetzungs- und Domänenstruktur durch gepulste Laserabscheidung hergestellt. Umfassende mikrostrukturelle Untersuchungen und eine sorgfältige Analyse der resultierenden elektrischen Eigenschaften wurden durchgeführt. Die experimentellen Befunde wurden mittels des SCHOTTKY-Modells und eines LANDAU-GINZBURG-DEVONSHIRE-Ansatzes theoretisch ausgewertet. Es wurde gezeigt, dass die Anzahl der Grenzflächen den Relaxationsgrad der ferroelektrischen Heterostrukturen bestimmt. Das angewandte Dotierungsverfahren kann den Relaxationsgrad zusätzlich beeinflussen, indem der Relaxationsprozess bei geringeren Schichtdicken ausgelöst wird. Bei kleinen Grenzflächendichten können verschiedene Kombinationen von gedehnten Lagen mit wenigen Versetzungen und von entspannten Lagen mit vielen Versetzungen realisiert werden, um Schichten zu erzeugen, die entweder eine hohe remanente Polarisation oder eine hohe Dielektrizitätskonstante besitzen. Falls die Grenzflächendichte ausreichend groß ist, nimmt die Heterostruktur einen einheitlichen Deformationszustand ein. Das ermöglicht hohe piezoelektrische Koeffizienten da so die Eigenschaften von verschiedenen Materialien ohne den dominierenden Relaxationseinfluss kombiniert werden können. Es ist darauf zu achten, die Grenzflächendichte nicht zu sehr zu erhöhen, da die verzerrten Regionen nahe den Grenzflächen die Eigenschaften der gesamten Schicht verschlechtern.

On the doping of Silicon nanowires grown by molecular beam epitaxy

Fri, 01 Jan 2010 00:00:00 GMT

Title: On the doping of Silicon nanowires grown by molecular beam epitaxy Author(s): Das Kanungo, Pratyush Abstract: Nanodrähte aus Silizium (Si NWs) stellen eine potentielle Möglichkeit zur weiteren Verkleinerung der Strukturgrößen von Bauelementen in integrierten Schaltkreisen dar, speziell im Bereich der CMOSTechnologie. Auch im Bereich der Photovoltaik stellen Si NWs eine neue Alternative zu konventionellen flächenhaften Si-Scheiben dar.Auf Grund dieser sich abzeichnenden Perspektiven wurden diese 1-diemnsionalen Nanostrukturen in den letzten Jahren weltweit grundlegend untersucht. Für eine Integration von Si NWs in integrierten Schaltkreisen stellt die Möglichkeit ihrer i) definierten Dotierung und ii) das Einstellen eines vorgegebenen Dotierprofiles mit einer Ortsauflösung im Nanometerbereich eine Notwendigkeit dar. Hierzu gibt es weltweit verschiedene Ansätze. Die vorliegende Arbeit widmet sich speziell der Dotierung von Si NWs. Dabei wurden Wege zu einer insitu-Dotierung als auch zu einer ex-situ-Dotierung untersucht. Die für die Arbeit verwendeten Si NWs wurden am MPI Halle mittels der Molekularstrahl-epitaxie (MBE) generiert. Hierfür wurde die Vapor-liquid-solid“-Wachstumstechnik (VLS) angewendet, bei der das NW-Wachstum durch kleine Goldkolloide ausgelöst wird. Als Dotierstoffe für die NWs wurden sowohl Bor als auch Arsen und Phosphor verwendet. Die gewünschten p-n-Übergänge der NWs ließen sich durch eine Kombination von einer in-situ-Dotierung (während des MBE-Wachsums) und einer anschließenden ex-situ Dotierung mittels Ionenimplantation realisieren. Die VLS-erzeugten NWs wiesen alle eine kristalline <111> Orientierung auf. Die Morphologie der NWs wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie-Aufnahmen analysiert, ihre Kristallstruktur mittels hochauflösender Transmissions-elektronenmikroskopie (TEM, HREM). Die Si NWs zeigten nach der verwendeten Hochdosis-Implantation eine amorphe Struktur auf. Die üblicherweise bei 2-dimensional implantierten Schichten verwendeten Ausheiltechniken erwiesen sich als unzureichend für die Rekristallisation der amorphisierten, 1-dimensionalen NWs. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit unterschiedliche Techniken zur Rekristallisation untersucht, die auf verschiedenen thermischen Behandlungen des Probenmaterials beruhten. Dabei standen neben technologischen Methoden auch grundlegenden Fragen zu den mikroskopischen Vorgängen bei der NW-Rekristallisation im Mittelpunkt der Untersuchungen. Z.B. erwies sich eine thermische 2-Schritt-Behandlung bei 550°C und 950°C als erfolgreich. Einen wichtigen Teil der experimentellen Arbeiten stellte die Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Si NWs dar, die bei der Kleinheit der Objekte eine Herausforderung darstellte. Auch hierzu wurden verschiedene Meßmethoden angewendet. Zum einem wurden die NWs mittels AFM-Spitzen (Pt/Ir) direkt kontaktiert und einzeln vermessen. Dazu wurde eine entsprechende Mikromechanik in einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) installiert. Aus den Daten solcher Strom-Spannungsabhängigkeiten konnte der spezifische Widerstand, die Ladungsdichteverteilung, aber auch der Einfluß der NW-Oberfläche zur unerwünschten Kompensation von freien Ladungsträgern ermittelt werden. Als ein interessantes experimentelles Ergebnis zeigte sich, daß die Schalenbereiche der NWs an elektrischen Ladungen stark verarmt waren. Nur bei sehr hohen Dotierkonzentrationen (> 1018 cm-3) konnte dieser unerwünschte Effekt kompensiert werden. Im Fall von ionen-implantierten NWs mit Bor-Ionen konnte eine 100%e elektrische Aktivierung der Dotieratome erzeugt werden. Bei einer Implantation mit Arsen und Phosphor zeigte sich jedoch, daß hier nur ein geringer Teil der Dotieratome aktiviert werden konnte, der spezifische Widerstand solcher NWs war 10 bis 100 höher als bei vergleichbaren B-dotierten Proben. Trotzdem zeigten die NWs mit p-n-Übergängen gute Charakteristiken einer Diode. Der gemessene, Idealitätsfaktor“ lag im Bereich von 2 ein Indiz für starke Oberflächenrekombinationen. Als zweites elektrisches Meßverfahren wurde die „scanning spreading resistance microscopy”-Technik (SSRM) angewendet. An Querschnittsproben der NWs wurde sowohl der radiale als auch der axiale Widerstand punktuell mit einem lokalen Auflösungsvermögen von 5 Nanometern vermessen. Aus diesen Meßdaten konnte die räumliche Verteilung der Ladungsträgerkonzentration in einem NW ermittelt werden. Es zeigte sich, daß im Fall der As- und P-dotierten NWs starke Segregationen der Dotieratome für den gemessenen hohen spezifischen Widerstand verantwortlich gemacht werden können.

Synthese und Charakterisierung thermoelektrischer Nanostäbe

Thu, 01 Jan 2009 00:00:00 GMT

Title: Synthese und Charakterisierung thermoelektrischer Nanostäbe Author(s): Sommerlatte, Jana Abstract: Die Fähigkeit, aus Wärme Strom zu erzeugen, welche in nahezu allen industriellen Prozessen als Verlustenergie auftritt, ist eine der besten Möglichkeiten, um Energie zu sparen. Da der Wirkungsgrad heutiger thermoelektrischer Bauelemente für viele Anwendungen noch nicht ausreicht, konzentrieren sich die meistens Forschungsschwerpunkte auf nanostrukturierte Materialien und Quanteneffekte. Theoretische Berechnungen und auch einige experimentelle Beweise zeigten, dass thermoelektrische Nanostäbe verbesserte Eigenschaften gegenüber Bulkmaterialien besitzen. Die Synthese von Chalkogenid-Nanostäben der allgemeinen Form A2B3 (A = Bi, Sb; B = S, Se, Te) bzw. der Form AB (A = Pb, B = S, Se, Te) erfolgte mittels elektrochemischer Abscheidung in hochgeordnete poröse Aluminiumoxidmembranen als Nanotemplate. Die geringe Porengrößenverteilung der Template ermöglichte die reproduzierbare Synthese von Nanostäben mit kontrollierbaren Aspektverhältnissen während der elektrochemischen Abscheidung. Die thermoelektrischen Nanostäbe wurden aus nichtwässrigen Elektrolyten abgeschieden. Elektronenmikroskopische Untersuchungen isolierter Nanostäbe belegten das homogene Wachstumsverhalten während der Synthese. Der Seebeck-Koeffizient konnte an Nanostab-Ensembles verschiedener V-VI- und IV-VI-Materialien bestimmt werden.

Epitaxial semiconductor nanostructure growth with templates

Fri, 01 Jan 2010 00:00:00 GMT

Title: Epitaxial semiconductor nanostructure growth with templates Author(s): Zhang, Zhang Abstract: Selbst-geordnete anodische Aluminiumoxid (AAO) Membranen wurden als Masken für Wachstum und Ätzen von Halbleiter-Nanodrähten (ND) und Nanoröhrchen verwendet. Die Nanostrukturen wurden mit Ultrahochvakuum-chemischer-Gasphasenabscheidung (UHV-CVD) gewachsen. Mittels Metall-assistiertem chemischem Ätzen wurden kristallographisch orientierte geätzte Si-ND produziert. Mit isotopisch angereicherten Silanen konnten Si-Isotop-NWs (28Si, 29Si und 30Si) epitaktisch gewachsen werden. Übergangsmetall (Co) Katalysatoren wurden verwendet, um polykristalline Si-Nanoröhren in AAO-Poren herzustellen. Germanium (Ge)-ND konnten durch einen Dampf-Fest-Fest (VSS) Wachstums-Mechanismus produziert werden, und scharfe Ge/Si-Grenzflächen wurde in einer AAO-Maske erstellt. Die „Bottom-Imprint“-Methode wurde eingeführt. Das Metall für die Katalysator-Filme konnte einfach von Au nach Al geändert werden. Epitaxie von Si-ND mit Durchmesser kleiner als 10 nm wurde durch Bio-Templating mit Apo-Ferritin realisiert. Si ND wurden epitaktisch mit einem minimalen Durchmesser von 2,8 nm gewachsen. Gallium-Phosphid (GaP)-ND mit mittlerem Durchmesser 7 nm wurden epitaktisch auf Si gewachsen. Darüber hinaus wurde Silber als Katalysator für das GaP-ND Wachstum eingeführt.