Einflüsse von Katalysatoren auf das Wachstum von Silizium-Nanodrähten

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war die Evaluierung materialsystembedingter Eigenheiten von Katalysatoren und deren Auswirkung auf das Wachstum von Silizium-Nanodrähten. Die beschriebenen Merkmale hatten Auswirkungen sowohl auf die Wachstumsparameter und Züchtungsregime als auch auf die Qualität der Silizium-Kristalle. Das erste Kapitel befasste sich mit verschiedenen thermodynamischen Facetten des epitaktischen Nanodrahtwachstums. Nach einleitenden Worten zum Wachstumsmechanismus wurde zunächst die Berechnung von binären Phasendiagrammen vorgestellt, da die den Phasendiagrammen zugrundeliegenden Phasenverhältnisse wesentlich das Drahtwachstum beeinflussen. Mit diesen Formalismen war es möglich, die Temperaturübergänge zwischen festen und flüssigen Phasen nanoskopischer Katalysatorgemische zu berechnen. Im nächsten Abschnitt des Theoriekapitels wurde besonders auf das epitaktische Drahtwachstum eingegangen und dem damit verbundenen Phänomen der Drahtbasisverbreiterung. Das Nebol’sin-Stabilitätskriterium wurde für das Wachstum von Silizium-Drähten um die Oberflächenenergieeinflüsse des Drahtsockels erweitert. Damit konnte man allgemeine Vorhersagen für die Wachstumsstabilität epitaktischer Drähte, die mit unterschiedlichen Katalysatoren gewachsen wurden, treffen. Im Anschluss wurden anhand realer Sockelquerschnitte Abschätzungen der Übersättigungsveränderungen in Folge der sich verändernden Drahtformen gegeben. Das experimentelle Kapitel wurde mit der allgemeinen Beschreibung des Drahtzüchtungsaufbaus, der Substratreinigungsprozedur und der Wachstumsgasanalyse eingeleitet. Danach wurde Drahtwachstum mit dem Standardkatalysator Gold, mit dem Ziel großflächig geordnete Strukturen vertikaler Nanodrähte zu erhalten, vorgestellt. Eine vollständige Vertikalität konnte vermutlich aufgrund von Einflüssen der Oxidmaske nicht erreicht werden. Im zweiten Wachstumsabschnitt wurde die epitaktische Kristallzüchtung ultra-dünner Nanodrähte mit festem Silber als Katalysator dargestellt. Ein Vorteil von Silber als Katalysator im Vergleich zu Gold war eine effektive Metallentfernung nach dem Wachstum. Der letzte Abschnitt des Züchtungskapitels befasste sich mit der Silizium-Nanodrahtherstellung mit Palladium-Nanopartikeln als Proto-Katalysatoren. Diese Partikel wandelten sich im Verlauf des Drahtkatalyseprozesses in Silizid-Partikel um. Sowohl die Kristallinität der Partikel als auch deren epitaktische Orientierungsbeziehung zum Draht wurden untersucht.