Elektrische und strukturelle Charakterisierung von einzelnen Kern-Mantel Halbleiter Nanodrähten

• Antragsteller: Professor Dr. Ullrich Pietsch
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413135326

In Nanodrähten lassen sich Heterostrukturen aus Materialien mit großer Differenz der Gitterkonstanten wachsen, weil infolge des großen Oberflächen-zu-Volumen Verhältnisses die aufgebaute Verspannung effektiv abgebaut werden kann. Zusätzlich kann man III V Halbleiter Nanodrähte auf Silizium wachsen welches als entscheidender Schritt für eine moderene Halbleiter Technologie angesehen wird. Das bessere Verständnis und die Kontrolle der elektrischen Eigenschaften individueller Nanodrähte ist für die Integration in zukünftigen Bauelementen von großer Bedeutung. Wir wollen GaAs/(In,Ga)As/GaAs und nip-dotierte (Ga,In)P/(Al,Ga)P radial strukturierte Kern-Mantel Strukturen untersuchen, die mittels MBE und MOCVD auf vorstrukturierten Silizium (111) Substraten gewachsen wurden. Die Leistungsfähigkeit solcher Strukturen hängt stark von der kristallographischen Perfektion ab, weil Defekte die Beweglichkeit der Ladungsträger stark einschränken. In einem Kern-Mantel System sind mehrere Kanäle des Ladungstransportes möglich, einmal durch durch die Schale mit gereingerem Bandgap verglichen zum Kern oder entlang der oxidierten Oberfläche der äußeren Schale. Zusätzlich gehen wir davon aus, dass Strukturdefekte, wie z.B. Stapelfehler, einen starken Einfluß auf den Ladungstransport haben. Ziel des vorliegenden Vorhabens ist, das Verständnis zur Korrelation zwischen elektrischen und strukturellen Eigenschaften zu erhöhen. Die Leitfähigkeit soll dazu an einzelnen Nanodrähten an ihren jeweiligen Positionen auf dem Substrat erfolgen. Das soll mit Hilfe eines FIB Mikroskops, SEM, eines Tieftemperatur STM und AFM sowie mittels 4ppt STM unter Nutzung entweder von Wolframspitzen im FIB/SEM bzw. einer scharfen Metallspitze für Leitfähigkeits-messungen im AFM/SEM geschehen. Die I-V Charakteristik der selektrierten Kern-Mantel Nanodrähte soll dann mit den detaillierten struktuerllen Parametern des gleichen Nanodrahtes korreliert werden. Das Verhältnis der Wurtzit (WZ) und Zinkblende (ZB) Einheiten und die Zahl der strukturellen Defekte innerhalb des Nanodrahtes soll durch Röntgennanodiffraktion und Coherent Diffraction Imaging (CDI) unter Nutzung von Synchrotronstrahlung erfolgen. Diese ex-situ Messungen an einzelnen Nanodrähten wollen wir um in-situ Röntgenbeugungsstudien bei gleichzeitiger Detektion der I-V Kennlinie ergänzen. Die in-situ Experimente sollen an PETRA III und and der NanoMax Strahllinie von MAX IV unter Einsatz eines speziell angepassten protablen AFM/STM Instruments erfolgen. Aus den in-situ Studien soll nicht nur die Korrelation zwischen elektrischen und strukturellen Eigenschaften an einzelnen Nanodrähten in direkter Weise hergestellt sondern auch zusätzliche Erkenntnisse zum Einfluß lokaler Spannungen (induziert durch die AFM Spitze) und Joul´scher Wärme (infolge des Kontakts der AFM Spitze mit dem Nanodraht) auf die Realstruktur und elektrischen Eigenschaften abgeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweden
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Rainer Timm