Halbleiter-Nanostrukturen

Die Herstellung von halbleitenden Nanostrukturen durch direktes Wachstum  (Bottom-Up) bietet eine wirtschaftliche Alternative zur Fertigung durch Elektronenstrahllithographie (Top-Down). Dazu stehen in der Abteilung Anlagen zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) zur Verfügung, die das Wachstum von bor- und phosphordotierten Siliciumnanodrähten ermöglichen. Darüber hinaus können Si-Nanostrukturen auch durch nasschemisches Ätzen von Si-wafern oder Si-Schichten, z.B. auf Glas erzeugt werden.

Ausgangspunkt für das Wachstum der Nanodrähte beim vapor-liquid-solid Prozess sind kleinste Goldtröpfchen, die z.B. durch Elektronenstrahl-lithographie hergestellt werden können. Der Durchmesser eines so gewachsenen Drahtes wird in erster Linie durch die Größe des Metalltropfens bestimmt. Verwendet man eine defektarme, saubere, einkristalline Substratoberfläche, kann man auch die Orientierung der Nanodrähte beeinflussen. Diese Strukturen zeigen bei geeigneten Herstellungsbedingungen eine starke Photolumineszenz.

Die Absorption von Licht wird stark vom Durchmesser der Nanodrähte bestimmt. Dies ist für eine Anwendung der Drähte in neuartigen Dünnschichtsolarzellen von besonderer Bedeutung. Baustein dieser neuen Solarzellen können z.B. Kern-Hülle-Strukturen von unterschiedlich dotiertem kristallinem Si sein. Die elektrischen Eigenschaften einzelner Nanodrähte kann man nach geeigneter Nanomanipulation und Kontaktierung mit Hilfe der Elektronenstrahllithographie in einer sogenannten ‚Probe-Station’ messen.

Für Diagnostik- und Strukturierungszwecke steht ein Zweistrahl-Elektronenmikroskop LYRAXMU von TESCAN mit einem fokussierten Ga+ Ionenstrahl (FIB),  Electron Beam Scattered Diffraction (EBSD), einem Detektor zur Messung von elektronenstrahlinduziertem Strom (EBIC) sowie einem Nanomanipulator zu Verfügung. Neben Nanodrähten werden mit diesem Gerät auch multikristalline Silizium-Solarzellen und kristalline Dünnschicht-Solarzellen auf Glas elektrisch und strukturell untersucht.

Beispiele für weitere Anwendungen finden sich auf dem Gebiet der Sensorik oder beim Einsatz von Nanostrukturen als Substrat für die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS).