Selbstorganisation von 2-dimensional geordneten Metall-Nanostrukturen auf lateral modulierten Halbleiteroberflächen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Um die Quantisierung elektronischer Zustände in Nanostrukturen auch bei Zimmertemperatur zu realisieren, müssen diese Abmessungen im unteren nm-Bereich aufweisen. Die Herstellung solcher Strukturen ist jedoch noch jenseits dessen, was sich momentan durch lithographische Prozesse realisieren lässt. Als Ausweg bleibt die Selbstorganisation bzw. Selbstordnung auf geeignet präparierten Substraten. So bildet sich bei der Surfactant modifizierten Heteroepitaxie von Ge auf Si(111) ein periodisches, die Gitterkonstanten anpassendes Netzwerk von Versetzungen in der Grenzschicht aus, dessen elastische Verzerrungsfelder den lateralen und vertikalen Gitterabstand der Ge-Schicht um bis zu 10% mit einer Periodizität von nur 10nm zweidimensional modulieren. Durch Ausnutzung von selektiver Keimbildung und selektivem Wachstum sollten zweidimensional geordnete Quantenpunkte aus Metall bzw. Si mit einer Abmessung unter 5 nm auf diesen lateral modulierten Pseudosubstraten erzeugt werden. Während der Experimente stellte sich heraus, dass bei Verwendung von Wismut als Surfactant das Versetzungsnetzwerk eine wesentlich höhere Ordnung aufweist als dies bei dem bewährten Surfactant Sb der Fall gewesen ist, obwohl jene Ge-Schichten bei deutlich höheren Temperaturen gewachsen wurden. Der prinzipielle Mechanismus zur selektiven Adsorption konnte bereits für Ge selber nachgewiesen werden. Je nach Position und damit Verspannungszustand variiert die Häufigkeit für einen besetzten Bindungsplatz um mehr als eine Größenordnung. Daraus lässt sich ein Unterschied in der Adsorptionsenergie für unterschiedlich verspannte Bindungsplätze von Eads = 145 meV ableiten. Für metallische oder halbmetallische Elemente wie Ag, Pb, Bi oder Sb ist in dem untersuchten Temperaturbereich jedoch keine selektive Keimbildung und damit auch keine Ausbildung von 2-dim. geordneten Nanostrukturen durch Selbstorganisation zu beobachten gewesen. Die Untersuchungen haben jedoch zu sehr erfolgreichen Rezepten zur Herstellung von sehr glatten und defektarmen Bi-Heteroschichten auch Si(111) und Si(001) geführt, die inzwischen in mehreren anderen Experimenten und Drittmittelprojekten Verwendung finden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "Transition in growth mode by cometing strain relaxation mechanims: Surfactant mediated epitaxy of SiGe alloys on Si(111)". Appl. Phys. Lett. 85, 3056-3058 (2004)
M. Kammler and M. Horn-von Hoegen
- "Low energy electron diffraction of epitaxial growth of bismuth on Si(111)". Surf. Sci. 576, 56-60 (2005)
M. Kammler and M. Horn-von Hoegen
- "Strain state analysis of heteroepitaxial systems". Europhysics Lett. 69, 570-578 (2005)
A.A. AlFalou, M. Kammler and M. Horn-von Hoegen
- "Surfactant mediated epitaxy of Ge on Si(111): beyond the surface". Appl. Phys. Lett. 86, 111910 (2005)
Th. Schmidt, R. Kröger, T. Clausen, J. Falta, A. Janzen, M. Kammler, P. Kury, P. Zahl, and M. Horn-von Hoegen
- "Less strain energy despite fewer misfit dislocations: The impact of ordering". Phys. Rev. Lett, 96, 066101 (2006)
Th. Schmidt, R. Kröger, J.I. Flege, T. Clausen, J. Falta, A. Janzen, P. Zahl, P. Kury, M. Kammler, and M. Horn-von Hoegen
