Bildung von höheren Polytypen in III-V - Nanodrähten

• Antragsteller: Dr. Jan Schmidtbauer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung in 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277838135

Halbleitende Nanodrähte werden typischerweise mittels des so genannten Vapour-Liquid-Solid (VLS) Mechanismus hergestellt. In Nanodrähten aus III-V Materialien, welche auf diese Weise gezüchtet wurden, treten häufig Segmente unterschiedlicher Kristallstruktur auf, welche Polytypen genannt werden. Die beiden häufigsten die Wurtzitestruktur (2H) und die Zinkblendestruktur (3C), welche in der Regel auf die Ausbildung von Stapelfehlern entlang der Wachstumsrichtung der Drähte zurückgeführt werden. Ein allgemeingültiges Modell zu Bildung von Polytypen in Nanodrähten ist jedoch bislang nicht bekannt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen die physikalischen Grundlagen für die Bildung unterschiedlicher Polytypen untersucht werden. Daher sollen ausgehend von theoretischen Überlegungen mögliche Prozessfenster für das Nanodrahtwachstum mittels metallorganischer chemischer Gasphasenepitaxie MOVPE eingegrenzt werden. Zunächst ist es notwendig, die Grenzflächenenergien zwischen Tröpfchen und halbleitendem Nanodraht zu berechnen, um anschließend Untersuchung zur Keimbildung der verschiedenen kristallinen Phasen durchzuführen. Anschließend ist zu überprüfen, ob die Berechnungen mit bekannten Wachstumsbedingungen für Zinkblendestruktur (3C-Polytyp) und Wurtzitstruktur (2H-Polytyp) in III-V Nanodrähten übereinstimmen. Aufbauend darauf soll schließlich das Wachstum möglicher höherer Polytypen wie 4H und 6H untersucht werden. Parallel zu den theoretischen Betrachtungen sind erste Wachstumsexperimente von Nanodrähten mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) geplant, um geeignete Prozessparameter für die Bildung eines bestimmten Polytyps zu finden. Zu Variieren sind dabei Prozessparameter wie Druck, Prozessgas-Zusammensetzung, Gasfluss, Temperatur. Zusätzlich ist die Verwendung von verschiedenen Metallen, wie zum Beispiel Au, Ag, Al oder Cu sowie von Legierungen als Katalysator testet werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeber: Professor Dr. Knut Deppert