Konfokales Raman-Mikroskopsystem
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das in Via Raman Mikroskopsystem wurde in verschiedenen eigenen Forschungsprojekten eingesetzt. Die Forschungsfelder umfassen Untersuchungen an ZnO basierten Halbleitern (in Kooperation mit B.K. Meyer, M. Eickhoff, alle JLU), an Festkörperionenleitern (in Kooperation mit J. Janek, JLU), an mesoporösen Materialien (in Kooperation mit M. Fröba, U. Hamburg, M. Tiemann, U. Paderborn), an III-N-V und III-B-V Halbleitern (in Kooperation mit M. Halsall, U. Manchester, C. Heiliger, JLU) sowie Untersuchungen zum Nachweis von oxidischen Nanopartikeln in flüssigen Lebensmitteln (in Kooperation mit H. Brunn, LHL). In Einzelfällen führten die Kooperationspartner auch eigenständige Arbeiten an der Apparatur durch wie Photolumineszenz-Untersuchungen an GaN-basierten Nanodrähten (M. Eickhoff, JLU). Im Falle der ZnO-basierten Materialien ging es zum einen um die Mischkristallbildung beim (Zn,Mg)O als Funktion der Mg-Konzentration. Zum anderen werden in laufenden Arbeiten der Stickstoffeinbau und die Stickstoffkomplexbildung in ZnO:N untersucht. Dazu werden winkelabhängige, polarisationsabhängige Messungen an ZnO:N Proben unterschiedlicher Dotierung und Kristallorientierung durchgeführt. Die Proben werden in der Gruppe von B.K. Meyer mittels CVD hergestellt. Aus den Winkelabhängigkeiten der Intensitäten der N-induzierten Ramanmoden soll auf deren Symmetrie und damit auf lokale Umgebung des Stickstoffs zurückgeschlossen werden. Desweiteren wird momentan der Einfluss von sub-Mikrometer lateraler Strukturierung auf den Verspannungszustand von dünnen ZnO Schichten auf ZnMgO und von verspannten ZnO/ZnMgO Quantenschichten untersucht. Die Proben sind mittels MBE in der Gruppe von M. Eickhoff hergestellt worden. Die gemessenen Änderungen der Photolumineszenz- und Raman-Spektren der strukturierten Proben geben Auskunft über Probenschädigung im Strukturierungsprozess sowie prozessinduzierte Verspannungsänderungen. Desweiteren wurde mit Ramanspektroskopie die Diffusion von Al-Atomen in lateral strukturierten, RF-gesputterten ZnO/ZnO:Al Proben nachgewiesen und mit den gemessenen thermoelektrischen Eigenschaften der Proben korreliert. III-N-V und III-B-V Halbleiter zeigen kein normales Mischristallverhalten. Die elektronische Struktur weist schon bei kleinen Konzentrationen von isovalent eingebauten B oder N starke Störungen der Bandstruktur auf, die sich als eine Kombination von lokalisierten elektronischen Zuständen und ausgedehnten Zuständen manifestiert. Es wird eine starke Korrelation zwischen dem Einfluss der B und N Atome auf die elektronische Struktur und ihrer lokalen Bindungsverhältnisse im Gitter festgestellt. Im Falle der III-N-V Halbleiter wurden die Mischkristalle GaAsN, GaPN und GaSbN unter hydrostatischem Druck mittels Raman-Spektroskopie untersucht. Die entsprechenden Messungen am GaSbN sind an der neuen Raman-Apparatur durchgeführt worden. Die lokale N-Mode ist im Wesentlichen bestimmt durch den Käfig aus 4 Ga Atomen, in dem das N-Atom schwingt. Tausch der Anionen (As,Sb,P) sowie hydrostatischer Druck haben einen Einfluss auf die 4Ga-N Einheit ohne die direkten Nachbarn des Stickstoffs zu substituieren. Momentan werden die experimentell bestimmten Druckabhängigkeiten der lokalen Mode für die drei Systeme mit Ergebnissen von ab initio Rechnungen (C. Heiliger, JLU) verglichen. Ähnliche Arbeiten für BGaP und BGaAs sowie III-Bi-V sind in Vorbereitung. Bei den Untersuchungen an den mesoporösen Materialien stand neben der strukturellen Charakterisierung der Proben der Einfluss der Porenstruktur und Porenwandfunktionalisierung auf das Adsorptionsverhalten von Lösungsmitteldämpfen im Vordergrund. Dazu wurde ein mit dem Raman- System kompatibler Mikroreaktor (Kooperation mit J.J. Brandner, FZK) gebaut und eingesetzt. Im Falle der Festkörperionenleiter wurden erste in-situ Voruntersuchungen zur Bildung von Ausscheidungen bei Tempern bis 600 °C durchgeführt. Bei der Untersuchung von Nanopartikeln in Lebensmitteln gilt es, die Nachweisgrenzen für einzelne Nanopartikel in der Lebensmittelmatrix mittels Raman-Spektroskopie zu bestimmen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Crystalline ZnO with an enhanced surface area obtained by nanocasting. Appl. Phys. Lett. 90, 123108 (2007)
T. Waitz, M. Tiemann, P. J. Klar, J. Sann, J. Stehr, B. K. Meyer
- Selective adsorption of solvents in a multiscale device. Microfluidics and Nanofluidics 3, 299-305 (2007)
T. Henning, J.J. Brandner, L. Eichhorn, K. Schubert, M. Schreiber, M. Güngerich, H. Günther, P.J. Klar, V. Rebbin, M. Fröba
- Vibrational properties of GaP and GaP1-xNx under hydrostatic pressures up to 30 GPa. phys. stat. sol. (b) 244 336-341 (2007)
M.P. Jackson, M.P. Halsall, M. Güngerich, P.J. Klar, W. Heimbrodt, J.F. Geisz
- Synthesis and characterization of chiral benzylic ether-bridged periodic mesoporous organosilicas. Chem. Eur. J. 14, 5935-5940 (2008)
J. Morell, S. Chatterjee, P.J. Klar, D. Mauder, I. Shenderovich, F. Hoffmann, M. Fröba
- Combinatorial growth of MgxZn1-xO epilayers by chemical vapor deposition. phys. stat. sol. (b) 246, 383-386 (2009)
S. Lautenschläger, J. Sann, P.J. Klar, M. Piechotka, B.K. Meyer
- Effect of interface regions on the thermoelectric properties of alternating ZnO/ZnO:Al stripe structures. J. Electron. Mater. 40, 801-806 (2011)
G. Homm, S. Petznick, F. Gather, T. Henning, C. Heiliger, B.K. Meyer, P.J. Klar
