Einfluss von Oberflächenmodifikationen auf den Ladungsträgertransport in axialen GaAs-Nanodrahtstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Hannappel
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403523188

Die Präparation und Analyse komplexer Nanodraht (ND)-Strukturen ist eine der Zielrichtungen jüngerer Zeit zur Entwicklung zukünftiger elektronischer und opto-elektronischer Bauelemente mit verbesserter Funktionalität. Eine der Herausforderungen ist die Herstellung und die präzise Untersuchung abrupter, ladungstrennender Kontakte im ND. Im Gegensatz zu planaren Strukturen, bei welchen eine Vielzahl von Analysemethoden entwickelt sind, findet man nur wenige, welche auch gleichermaßen für ND geeignet sind, wie zur präzisen Vermessung des Ladungstransports darin. Meist werden „transfer line measurements“ (TLM) durchgeführt, die jedoch einige messbedingte Nachteile aufweisen. Zudem können mit der TLM-Methode nur ND untersucht werden, deren Oberfläche durch z.B. Oxidation stark modifiziert sind im Vergleich zu den ursprünglich präparierten, was eine erhebliche Änderung von Oberflächenzuständen und -potentialen mit sich bringen und somit einen signifikanten Einfluss auf die Leitfähigkeit darstellen kann. Das vorgeschlagene Forschungsvorhaben zielt darauf, Leitfähigkeit und Ladungsträgertransport in axialen ND-Strukturen genauer zu untersuchen: Mittels eines UHV-basierten Multi-Spitzen Rastertunnelmikroskops (MT-STM) können Widerstandsprofile einzelner, freistehender ND mit hoher Ortsauflösung vermessen und anschließend deren Dotierprofile ermittelt werden. Zudem ermöglicht ein im Fachgebiet etablierter in vacuo-Transfer einen kontaminationsfreien Probentransport vom ND-Präparationsrezipienten zur Analysekammer. Für das ND-Wachstum wird die vapor-liquid-solid (VLS)-Technik per metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) angewendet; anschließend wird die Probe im UHV zum MT-STM verbracht. In originärer Weise können so die ND per 4-Punkt-Messung in vacuo („as grown“) elektrisch charakterisiert werden.Im ersten Arbeitspaket steht die Untersuchung des veränderten Ladungsträgertransports verschieden terminierter ND im Vordergrund. Hierzu werden zunächst Widerstandsprofile intrinsischer GaAs-ND mit hoher Ortsauflösung aufgenommen. Anschließend werden die ND-Oberflächen mit unterschiedlichen Adsorbaten (H2O, O2, Umgebungsluft) definiert terminiert, um deren Einfluss auf den Ladungsträgertransport zu ermitteln. Insbesondere zur Aufdeckung der an der Leitfähigkeit beteiligten Transportkanäle werden MT-STM-Messungen bei tiefen Temperaturen gemacht. Zum vertieften Verständnis wird die Modellierung des Transports durch Simulationen unterstützt, um die Transportmechanismen und maßgebliche Parameter zu identifizieren wie Dotierung, Oberflächenladungen und radiale Verarmungszonen. Im zweiten Arbeitspaket sollen anschließend die gewonnenen Erkenntnisse auf ND mit axialen Kontakt-Übergängen angewandt sowie nach dem Wachstum und der Vermessung von axialen p-n-Kontakten auch Drähte mit unterschiedlichen Oberflächen-Modifikationen untersucht werden. Beleuchtungsabhängige MT-STM-Messungen sollen den Einfluss der Oberflächenpotentiale qualitativ verifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen