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Title
Heteroepitaktisches Wachstum von Germanium-Nanowires auf Silizium Substraten / von Thomas Burchhart
AuthorBurchhart, Thomas
CensorBertagnolli, Emmerich ; Lugstein, Alois
Published2007
DescriptionIII, 73 Bl. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2007
Annotation
Zsfassung in engl. Sprache
LanguageGerman
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Nanowire / VLS / VSS / Heteroepitaxie / Elektronenstrahllitographie / Dielektrophorese / Oxidation / Germanium / Silizium
Keywords (EN)nanowire / vls / vss / heteroepitaxy / electron-ray-lithography / dielectrophoresis / oxidation / germanium / silicon
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-17850 Persistent Identifier (URN)
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Heteroepitaktisches Wachstum von Germanium-Nanowires auf Silizium Substraten [28.01 mb]
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Abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit wurde das heteroepitaktische Wachstum von Germanium-Nanowires auf Silizium Substraten untersucht.

Nach einer kurzen Einleitung folgt die Beschreibung der theoretischen Grundlagen. Diese beinhalten neben den physikalisch-chemischen Eigenschaften des Halbleiters Germanium das Oxidationsmodell von Deal und Grove, das Phasendiagramm des binären Systems Gold-Germanium, den Vapor-Liquid-Solid- sowie den Vapor-Solid-Solid-Wachstumsmechanismus, den Gibbs-Thomson Effekt, das Wachstum unterhalb der eutektischen Temperatur, das heteroepitaktische Wachstum, sowie die Ausbildung konischer Nanowires und zuletzt das Wachstum von Heterostrukturen.

Im experimentellen Teil dieser Arbeit wird auf das Low-Pressure Chemical Vapor Deposition (LP-CVD) Wachstumssystem zur Synthese der Germanium Nanowires mit German als Precursor eingegangen. Die Probenpräpäration mit der Probenreinigung und dem Aufbringen des Katalysators wird dargestellt. Der Hauptteil beschäftigt sich mit den Untersuchungen zum Wachstumsmechanismus. Diese beinhalten den Einfluss der Prozessparameter repräsentiert durch die Wachstumstemperatur und den Partialdruck von German. Die Auswirkungen von unterschiedlichen Katalysatorschichtdicken und der Substratorientierung, der Einfluss unterschiedlicher Probenvorbehandlungen und die Verwendung von Goldkolloiden als Katalysator werden in weiteren Kapiteln behandelt. Der nächste Abschnitt beschäftigt sich mit der gezielten Positionierung des ganzflächig aufgebrachten Katalysators mittels Elektronenstrahllithographie, sowie der Positionierung von Goldkolloiden mittels Dielektrophorese. Zum Schluss der Wachstumsuntersuchungen wird die Möglichkeit des Wachstums von hierarchischen Nanostrukturen von Silizium- und Germanium-Nanowires untersucht. Die Durchmesservariation bedingt durch die Wasserlöslichkeit des Germaniumdioxids bildet das Ende des experimentellen Teils der Arbeit.

Abschließend wird eine Zusammenfassung über die beobachteten Ergebnisse, sowie ein kurzer Ausblick über die Zukunft der Germanium-Nanowire-Synthese gegeben.

Abstract (English)

In the following diploma thesis the heteroepitaxial growth of germanium nanowires on silicon substrates will be examined. The description of the theoretical principals follows a short introduction. This, alongside the physical chemical properties of the semiconductor germanium, includes the oxidation model from Deal and Grove, the phase diagram of the gold-germanium binary system, the vapor-liquid-solid- as well as the vapor-solid-solid-growth mechanism, the Gibbs-Thomson effect, growth below eutectic temperature, heteroepitaxial growth as well as the formation of conical nanowires and finally the growth of heterostructures.

The experimental part of this diploma thesis comprises low-pressure chemical vapor deposition (LP-CVD) growth system for the synthesis of germanium-nanowires with german as a precursor. Sample preparation is presented. The main part is dedicated to the investigations of growth mechanisms.

This includes the influence of process parameters such as growth temperature and the partial pressure of german. The effects of catalyst thickness and substrate orientation, the influence of different sample pre-treatments and the use of gold colloids as catalysts will be dealt with in later chapters. The next section deals with directed positioning of predefined catalysts over the whole surface by means of electron-ray-lithography, as well as the positioning of gold colloids by means of dielectrophoresis. The feasibility of the growth of hierarchical nanostructures of silicon- and germanium-nanowires will be examined lastly in the growth experiments. The variation of diameter through the water solubility of germanium dioxide makes up the final part of the experimental investigations of the diploma thesis.

A summary of the observed results will conclude the diploma thesis, as well as a short forecast of the future of germanium-nanowire-synthesis.