Nanokristalle atomar abgebildet

Präsentation zum Thema: "Nanokristalle atomar abgebildet"—  Präsentation transkript:

1 Nanokristalle atomar abgebildet
Heiko Groiss Abteilung für Halbleiterphysik Institut für Halbleiter - und Festkörperphysik Wilhelm Macke Award 2007

2 kleine, effiziente und kostengünstige Laser
Autobahn Es sind kleine, effiziente und kostengünstige Laser notwendig! Hintergrundbildquelle: Wie kann ich eine flächendeckende Überwachung durch einen Sensor in jedem Fahrzeug verwirklichen?

3 Materialien für Halbleiterlaser
Wie kann man Lasermaterialen für das mittlere Infrarot entwickeln? Quantum Dots: Halbleiterkristalle im Nanometerbereich Größe der Dots bestimmt die Farbe! Bildquelle: CdSe Quantum Dots in Lösung mit Duchmesser von 1nm bis 6nm

4 Selbstorganisation 130 Dots !!! (in 212nm x 212nm)
Bleitellurid-Nanokristalle umgeben von einem Halbleiterkristall Dots sind ~10nm groß ~30 Atomlagen !!!! Dichte: 3x1011 cm-2 300 Milliarden Dots pro cm2 130 Dots !!! (in 212nm x 212nm) Draufsicht Nanostrukturierung von Halbleitermaterialien

5 Kristallstruktur Steinsalz (NaCl)
Kubisches Gitter Kubisch Flächenzentriertes Gitter Na Cl p³-Orbitale Hintergrundbild: Christian Thiele, Lizenz CC-BY-SA/2.0/de Steinsalz Struktur

6 Kristallstruktur Zinkblende (ZnS)
Kubisch Flächenzentriertes Gitter S Zn sp³-Hybridorbitale ( ¼, ¼, ¼ ) Zinkblende Struktur Hintergrundbildquelle:

7 Bleitellurid - Cadmiumtellurid
Halbleiter aus Blei und Tellur mit der Steinsalz Struktur: Bleitellurid Verwendung: Infrarot Detektoren Natürliches Form als Altait Halbleiter aus Cadmium und Tellur mit der Zinkblende Struktur: Cadmiumtellurid Verwendung: Solarzellen, Infrarot Detektoren, Optische Fenster und Linsen

8 Bleitellurid - Cadmiumtellurid
Pb Te Cd Te Tellur-Untergitter passt!!! Aber die Blei – Cadmium Untergitter nicht!!!

9 Probenherstellung Nanostrukturierung von Halbleitermaterialien!
Cd Te Pb CdTe PbTe CdTe Querschnitt Nanostrukturierung von Halbleitermaterialien!

10 Nanostrukturierung Probenherstellung Heizen auf über 300°
Symmetrische Nanokristalle! CdTe PbTe CdTe Querschnitt Nanostrukturierung von Halbleitermaterialien!

11 Video des Heizschrittes
Nanostrukturierung Video des Heizschrittes Aufgenommen mit einem heizbaren Probenhalter in Halle/Max Planck Institut für Mikrostrukturphysik Probe nach 24min mit 260°C Draufsicht 50nm Nanostrukturierung von Halbleitermaterialien!

12 Nanostrukturierung Nanostrukturierung von Halbleitermaterialien!
Video des Heizschrittes Aufgenommen mit einem heizbaren Probenhalter in Halle/Max Planck Institut für Mikrostrukturphysik Probe nach 40min mit 260°C Draufsicht 20nm 100nm Nanostrukturierung von Halbleitermaterialien!

13 Rhomboedrischer Kubo Oktaeder
Nanostrukturierung Rhomboedrischer Kubo Oktaeder CdTe PbTe CdTe Nanostrukturierung von Halbleitermaterialien!

14 Größenvergleich

15 Größenvergleich Pb Te Cd Te 1 Atomlage 0,32nm = 0, m

16 Größenvergleich 81 Atomlagen 26nm = 0,00000002600m 1 Atomlage

17 Größenvergleich 0,0025nm Mikroskopieren mit Licht nicht möglich!
Gitterkonstante PbTe: 0,64nm = 0, m Dot Größe: 26nm = 0, m Wellenlänge von Elektronen mit eV: 0,0025nm Passt mehr als mal in den Dot! Mikroskopieren mit Licht nicht möglich! Sichtbares grünes Licht: 520nm = 0, m

18 Transmissions Elektronen Mikroskop
Durchlichtmikroskop Strahlenquelle Kondensorlinsen Probe Objektivlinse Zwischenlinse Projektionslinse Betrachtungsschirm

19 Die Grenzflächen Aufwendige Gesamtenergie-Rechnungen (durchgeführt von R. Leitsmann/Jena) zeigen gleiche Verschiebungen! Ermöglicht Berechnung von optischen Eigenschaften! Die zwei Kristallgitter sind um 0,04nm versetzt! Einzelne Atome sind verschoben um die Kristallbindungen zu erfüllen!

20 Und nun? Kontrollierte Herstellung von PbTe Nanokristallen
Hochsymmetrische Quanten Dots Sehr gute Optische Eigenschaften Abrupte Grenzflächen zum Umgebungsmaterial Vermessung der Grenzflächen Berechnug der optische Eigenschaften Hintergrundbildquelle:

21 Materialdesign mit Bleitellurid
Nanokristalle für kleine, effiziente und kostengünstige Laser! Hintergrundbildquelle: Flächendeckende Überwachung durch einen Sensor in jedem Fahrzeug!

22 Veröffentlichungen “Centrosymmetric PbTe/CdTe quantum dots coherently embedded by epitaxial precipitation” W.Heiss, H.Groiss, E.Kaufmann, G.Hesser, M.Böberl, G.Springholz, F.Schäffler, K.Koike, H.Harada, M.Yano Applied Physics Letters 88, (2006) “Rebonding at coherent interfaces between rocksalt-PbTe/zinc-blende-CdTe” R.Leitsmann, L.E.Ramos, F.Bechstedt, H.Groiss, F.Schäffler, W.Heiss, K.Koike, H.Harada, M.Yano New Journal of Physics 8, 317 (2006) “Quantum dots with coherent interfaces between rocksalt-PbTe and zincblende-CdTe” W.Heiss, H.Groiss, E.Kaufmann, G.Hesser, M.Böberl, G.Springholz, F.Schäffler, R.Leitsmann, F.Bechstedt, K.Koike, H.Harada, M.Yano Applied Physics Letters 101, (2007) “The coherent {100} and {110} interfaces between rocksalt-PbTe and zincblende-CdTe” H.Groiss, W.Heiss, F.Schäffler, R.Leitsmann, F.Bechstedt, K.Koike, H.Harada, M.Yano Journal of Crystal Growth , (2007) “Photoluminescence Characterization of PbTe/CdTe Quantum Dots Grown by Lattice-Type Mismatched Epitaxy” K.Koike, H.Harada, T.Itakura, M.Yano, W.Heiss, H.Groiss, E.Kaufmann, G.Hesser, M.Böberl, G.Springholz, F.Schäffler Vortrag: 14th International Conference on Molecular Beam Epitaxy, MBE 2006, September 2006, Tokyo, Japan

23 Und natürlich DANKE fürs Zuhören
Danksagung Danke nach Japan: K. Koike, H. Harada, M. Yano ; Osaka Institute of Technology Danke der TSE: G. Hesser Danke nach Jena: R. Leitsmann, F. Bechstedt; Friedrich-Schiller Universität, Jena Danke an alle KollegInnen am Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik, insbesondere: E. Kaufmann, G. Springholz, T. Schwarzl, F. Schäffler, W. Heiss, G. Bauer Danke für die Förderung: Spezialforschungsbereich 25 IR-ON Dank an das Max-Planck-Institut für Mirkrostrukturphysik, Halle: P. Werner Und natürlich DANKE fürs Zuhören