Anschlussprojekte | Sonderprojekte

Förderbeginn 01.07.2010

Analyse atomarer Zusammensetzung und Segregationseffekten von Dotieratomen in einzelnen Halbleiter Nanodrähten mittels laserinduzierter Atomsonden Tomographie

PD Dr. Gregor Koblmüller
Technische Universität München
Walter Schottky Institut

Prof. Dr. James S. Speck
University of California, Santa Barbara
Materials Department


Nanodrähte auf Halbleiter-Basis versprechen in Zukunft einen bedeutenden Einsatz in neuen Technologien, wie etwa der Opto- und Nanoelektronik, Photovoltaik, Sensorik und Thermoelektrik. Der Fortschritt solcher nanoskaligen Komponenten erfordert grundlegende Kenntnis über die atomare Struktur, zumal z. B. Fluktuationen in der atomaren Zusammensetzung, selbst ein einzelnes Dotieratom, die Funktionsweise dieser Komponenten stark beeinträchtigen kann. In diesem Projekt erforschen wir quantitativ die atomare Zusammensetzung (Fluktuationen, Dotieratome) in Gruppe-III–V Halbleiter Nanodrähten mittels hochauflösender Atomsonden Tomographie, ein Materialanalyseverfahren mit sehr hoher Sensitivität und hervorragender dreidimensionaler räumlicher Auflösung im sub-nm Bereich. Die zu untersuchenden Nanodrähte werden derzeit mit höchster Genauigkeit in einem ultrahochreinen Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) Verfahren in der Gruppe von Dr. Gregor Koblmüller am Walter Schottky Institut, Technische Universität München hergestellt. Anschließend sollen die Nanodrähte in einem neu erworbenen laserinduzierten Atomsonden-Tomographen in den Forschungseinrichtungen des California NanoSystems Instituts (CNSI) und des Materials Departments an der University of California Santa Barbara (Gruppe von Prof. Jim Speck) charakterisiert werden.

Abschlussbericht
Die wesentlichen Herausforderungen dieses Projekts bestanden darin, die Nanodrähte für die Atomsonden-Tomographie entsprechend zu präparieren. Die per Molekularstrahlepitaxie gewachsenen Nanodrähte wurden in ihrer freistehenden Geometrie zuerst mit Hilfe einer sogenannten „Focused Ion Beam“ (FIB)-basierten Technik auf spezielle Trägersubstrate transferiert. Wichtig dabei war es die einzelnen Nanodrähte mit extrem präziser vertikaler Ausrichtung zu transferieren, sodass diese zusammen mit dem Silizium Trägersubstrat in Folge zu einer sehr spitzen Nadel gedünnt werden konnten. Es stellte sich heraus, dass dieser Transferprozess sehr schwierig und zeit-intensiv war und es sind dabei nur wenige Experimente erfolgreich gelungen. Anschließend wurden die gedünnten Nadeln bestehend aus InAs/InGaAs Nanodraht-Heterostrukturen in der Atomsonden-Tomographie erstmals getestet. Durch die laser-induzierte Anregung und den vermutlich hohen Wärmeübertrag wurden diese Strukturen massiven Zersetzungsraten ausgesetzt, sodass die ersten Versuche noch keine interpretierbaren Massenspektren und Rekonstruktionen der atomaren Zusammensetzung zugelassen haben. Es sind hier weitere Optimierungen des FIB-Transfers und der Prozessparameter zur Feld- bzw. Laser-Anregung in der Atomsonden-Tomographie angedacht.