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Title
Synthese und Charakterisierung von Halbleiter-Metall-Halbleiter Nanodraht Heterostrukturen / Matthias Paul Bartmann
Additional Titles
Synthesis and characterization of semicondutor-metal-semiconductor nanowire heterostructures
AuthorBartmann, Matthias Paul
CensorEisenmenger-Sittner, Christoph
Thesis advisorLugstein, Alois
PublishedWien, 2017
Descriptionxiv, 90 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2017
Annotation
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Text in englischer Sprache
LanguageEnglish
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Nanodrähte / Heterostrukturen / Halbleiter
Keywords (EN)Nanowires / Heterostructures / Semiconductors
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-103001 Persistent Identifier (URN)
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Synthese und Charakterisierung von Halbleiter-Metall-Halbleiter Nanodraht Heterostrukturen [45.12 mb]
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Abstract (German)

Diese Arbeit stellt eine neuartige Synthese-Methode für Halbleiter - Metall - Halbleiter Nanodraht (NW) Heterostrukturen vor und diskutiert diese. Die Methode verwendet Millisekunden flash lamp annealing (FLA) und einige Standard-Verfahren der Halbleiter-Industrie wie Sputtern und plasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PE-CVD). Zuerst wurden die Nanodrähte mittels Sputter Beschichtung mit einer dünnen Schicht Metall überzogen. Anschließend wurde eine Ummantellung aus SiO2 mit einem PE-CVD Prozess aufgebracht. Darauf folgte der FLA-Prozess mit dem Ziel den Materialkern innerhalb der Ummantelung selektiv zu schmelzen, ohne jedoch den Mantel selbst zu zerstören. Diese Prozessierung erzeugte mit bestimmten Parametern nach der Durchmischung beim Erstarren Halbleiter - Metall Nanodraht Heterostrukturen. Das Metall und der Halbleiter hatten dabei zueinander eine definierte kristalline Ausrichtung. ^Es war möglich die Synthesemethode an verschiedenen Materialsystem erfolgreich anzuwenden. Am genauesten wurden Silizium Nanodrähte mit Gold Segmenten (Si-Au NW Heterostrukturen) und Gallium-Arsenid-Nanodrähte mit Gold Segmenten (GaAs-Au NW Heterostrukturen) untersucht. Weitere Kombinationen von Materialien bei denen die Synthese erfolgreich war sind Silizium mit Nickel- Silizid (Si-NiSi) und Silizium mit Zinn (Si-Sn). Das besondere an diesen Strukturen war das Interface zwischen dem Halbleiter- und dem Metallteil der Struktur. Die Interfaces bei Si-Au, GaAs-Au und Si-NiSi sind atomar scharf. Die Zusammensetzung der Strukturen wurde mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) sowie Elektronen Energieverlust Spektroskopie (EELS) untersucht. Für GaAs-Au und Si-Au wurden auch die phonischen Eigenschaften mittels -Raman-Spektroskopie untersucht. Bei den elektrischen Messungen konnten aufgrund der hohen Leckströme der Großteil der Messdaten nicht verwendet werden. ^Die in FETs integrierten Heterostrukturen konnten elektrostatisch nur maximal um den Faktor 100 gesteuert werden. Für Si-NW ohne Segment (aber mit gleicher Prozessierung wie Si-Au NW Heterostrukturen) wurde ein durchschnittlicher spezifischer Widerstand von 5,4 m ( = 2,6 m) gemessen. Für Si-AuNWHeterostrukturen mit einem Segment wurde ein Wert von 3,1 m ( = 3,8 m) gemessen. Für Si-NiSi Heterostrukturen mit einem Segment wurden 34,8 m ( = 47 m) gemessen. GaAs-NWs ohne Segment (aber wiederum mit gleicher Prozessierung wie GaAs-Au NW Heterostrukturen) lagen bei 570 m ( = 580 m). GaAs-Au NW Heterostrukturen mit einem Segment zeigten einen spezifischen Widerstand von 2600 m ( = 3700 m). Die einzig sinnvolle 2-Segment Struktur von GaAs-Au NWs, die verblieb, lag bei 900 m. Es können basierend einzig auf diesen Werten keine definitiven Aussagen zu den elektrischen Eigenschaften dieser Strukturen getroffen werden. ^Bei den Raman-Spektroskopie Messungen zeigten Si-Au Heterostrukturen wie erwartet einen Hauptpeak bei 520 cm

Abstract (English)

A novel synthesis approach for semiconductor-metal-nanowire (NW) heterostructures is presented and discussed in this thesis. The synthesis employs millisecond flash lamp annealing (FLA) along with several standard techniques of semiconductor manufacturing like sputtering and plasma enhanced chemical vapor Deposition (PE-CVD). In the first step the NWs were covered with a thin metal layer using sputter deposition. Then a SiO2-shell was applied to the NWs using a PE-CVD process. After this the FLA-process was applied with the goal of selectively melting the core material enclosed in the SiO2-shell, but leaving the shell itself intact. With the proper parameters this resulted in intermixing and finally after resolidification in the Synthesis of semiconductor-metal-NW heterostructures. The NWs appeared to be crystalline and were observed to be epitaxial to a large extent in relationship between the metal and semiconductor parts. ^It was possible to apply the synthesis method to multiple material systems. The most thoroughly-characterised structures were silicon NWs with gold segments (Si-Au heterostructures) and gallium arsenide NWs with gold segments (GaAs-Au heterostructures). Other material systems like silicon - nickel silicide (Si-NiSi) and silicontin (Si-Sn) were also synthesized using the same method. Whats special about these structures are the interfaces between the semiconductor and metal parts. It was shown for them to be abrupt in Si-Au, GaAs-Au and Si-NiSi structures. The composition of the synthesized structures was determined using energy dispersive X-Ray spectroscopy (EDX) and electron energy loss spectroscopy (EELS). The phononic properties of the GaAs-Au and Si-Au material systems were investigated using -Raman spectroscopy. The electrical measurements proved troublesome due to high leakage currents and other effects that led to the rejection of most measured data. ^All electrically measured structures (Si-Au, Si-NiSi and GaAs-Au) displayed only very small to no gating characteristics (factor of 100 max vs. 104 for typical Si NWs). The measured mean resistivity of Si-NWs (which were prepared like Si-Au NW heterostructures but didnt display segments) was measured at 5,4 m ( = 2,6 m). Si-Au NW heterostructures with one segment were measured at 3,1 m ( = 3,8 m). Si-NiSi NW heterostructures with one segment displayed a mean resistivity of 34,8 m ( = 47 m). GaAs-NWs (once again prepared the same way as GaAs-Au NW heterostructures) were measured at 570 m ( = 580 m). GaAs-Au NW heterostructures with one segment displayed a mean resistivity of 2600 m ( = 3700 m). The single remaining 2-segment GaAs-Au NW structure was measured at 900 m. No definitive statements can be made from these data points. During the Raman-measurement, Si-Au heterostructures displayed the expected main peak for crystalline Si at 520 cm

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