Design der chemischen Reaktivität von nanokristallinem Silicium im Zusammenhang mit seiner Defektstruktur

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Bohmhammel; Professor Dr. Gerhard Roewer (†); Dr. Matthias Wagner
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 20129402

Eine neuartige variable Synthese eröffnet den Weg zu nano-kristallinem Silicium (nk-Si). Eine chemische Oberflächenmodifizierung des nk-Si schließt sich entweder unmittelbar oder nach der Si-Separierung aus dem Templat an. Das modifizierbare nk-Si wird als Modellsubstanz genutzt, um ein tieferes Verständnis von elektronischen Si-Oberflächeneffekten zu erzielen. Mit einem interdisziplinären Methodenansatz zwischen Chemie und Physik soll das unterschiedlich modifizierte nk-Si umfassend charakterisiert werden. Neuartige festkörperphysikalische Methoden, insbesondere mikrowellen-detektierte PICTS, werden zum Einsatz kommen, um Leitfähigkeitsmechanismen mit Defekteigenschaften (z. B. Aktivierungsenergie) in Verbindung zu setzen. Um diese Defekte auch chemisch identifizieren zu können, soll die Methode zur Photo-EPR-Transienten-Spektroskopie erweitert werden. Ein grundlegendes Verständnis der Defekte und Transportmechanismen ist die Voraussetzung dafür, effiziente Bauelemente auf der Basis von nk-Si herstellen und gezielt optimieren zu können. Im Fokus des Projektes stehen: - Schlüsselreaktionen und Steuerung der Syntheseprozesse und ihre Zusammenhänge mit den Eigenschaften des nk-Si, insbesondere die Kontrolle der Größe und Größenverteilung der Partikel sowie der Morphologie. Einsichten in den Bildungsmechanismus sollen abgeleitet werden; - die Identifizierung und Klassifizierung der inhärenten elektronischen Oberflächendefekte, ihre Relevanz für die Möglichkeiten, Reaktionen auf der Oberfläche zu initiieren und damit die Eigenschaften des Materials gezielt modifizieren zu können; - die unterschiedlichen elektronischen Oberflächenzustände in Relation zu der Reaktivität sowie Stabilität des nk-Si; - kinetische und thermodynamische Skalierung der Reaktivität des nk-Si; - die Leitfähigkeitsmechanismen innerhalb der Nanokristalle und zwischen ihnen in einer Schicht, die Verallgemeinerung der Erkenntnisse für die Übertragung auf analoge Prozesse auf Si-Waferoberflächen bzw. verwandte halbleitende Materialien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen