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Titelaufnahme

Titel
X-ray based investigations of semiconductor multilayer and microbridges / eingereicht von: Tanja Etzelstorfer
VerfasserEtzelstorfer, Tanja
Begutachter / BegutachterinStangl, Julian ; Holý, Václav
ErschienenLinz, August 2015
Umfangxi, 123, XXXII Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Univ., Dissertation, 2015
Anmerkung
Zusammenfassungen in deutscher und englischer Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Röntgenbeugung / Nanostrukturen / Verspannungen / Thermoelektrika / direkter Halbleiter / Silizium / Germanium / Nanofokus
Schlagwörter (EN)X-ray diffraction / nanostructures / strain / thermoelectrics / direct bandgap / silicon / germanium / nanofocus
Schlagwörter (GND)Röntgenbeugung / Nanostruktur / Halbleiter / Strukturanalyse
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-5089 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
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X-ray based investigations of semiconductor multilayer and microbridges [19.64 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Strukturanalyse verschiedenster Halbleiternanostrukturen mittels Röntgenstreuverfahren.

Die untersuchten strukturellen Merkmale bestimmen maßgeblich elektrische, thermische und optische Eigenschaften der untersuchten Materialien und sind daher zwingend zu bestimmen, um das Wachstum zu optimieren, bzw. gültige Eingabeparameter für Simulationen und Konstruktionen verbesserter Strukturen zu erhalten.

Es handelt sich dabei um Strukturen, die zukünftig im Bereich erneuerbarer Energie eingesetzt werden können oder in integrierten optischen Schaltungen Anwendung finden.

Einerseits werden konventionelle Laborexperimente mit Röntgenstrahlgrößen im mm Bereich durchgeführt, andererseits aber neuartige Nanofokus-Aufbauten mit Strahlgrößen von einigen hundert nm verwendet, mit denen es möglich ist, lokal aufgelöste Untersuchungen im sub-m Bereich zerstörungsfrei durchzuführen.

Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von SiGe Übergittern. Einerseits werden Übergitter bestehend aus SiGe und Ge Schichten mit Dicken im nm Bereich für thermoelektrische Anwendungen untersucht, andererseits Übergitter, bestehend aus ultradünnen reinen Si und Ge Schichten, konzipiert für optische Anwendungen. Mittels Röntgenbeugungsmethoden werden Perioden, Verspannungen sowie die Zusammensetzung und Dicke einzelner Schichten untersucht. Um Einblick in die Grenzflächenmorphologie und etwaige Interdiffusionsmechanismen zu bekommen, werden Röntgenreflektometrie Untersuchungen durchgeführt. Im Vordergrund steht dabei die Änderung all dieser Parameter in Abhängigkeit der Wachstumsbedingungen. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von tensil verspannten Ge Brückenstrukturen. Durch den Transfer eines Elektronenstrahl-Schemas wurde vorverspanntes Ge weiter verspannt, was große Auswirkungen auf die Bandstruktur hat und eine Möglichkeit darstellen könnte, zukünftig optische Bauelemente zur drahtlosen Kontaktierung herzustellen. Einerseits dienen die Brücken als Modellstrukturen für ein neues Rasterverfahren zur Verspannungsmessung, andererseits werden durch die Untersuchung von verschieden ausgerichteten Brücken Phononen-Deformationspotentiale angepasst und so Raman Verspannungsverschiebungen für den tensil verspannten Bereich von Ge kalibriert.

Der dritte Teil der Arbeit befasst sich mit Si Nanodrähten, die erstmals in hexagonaler Gitterstruktur hergestellt werden konnten. Dazu wurde ein hexagonaler GaP Nanodraht als Vorlage genutzt und Si epitaktisch aufgewachsen. Die so entstandene Hülle aus hexagonalem Si wird mittels Röntgenbeugung eindeutig identifiziert und ebnet so den Weg, um vorallem optische, elektrische und mechanische Eigenschaften dieses völlig neuen Materials zu untersuchen.

Zusammenfassung (Englisch)

In the herewith presented thesis structural properties of various semiconductor nanostructures are investigated by means of X-ray scattering techniques. The studied structural parameters highly influence electrical, thermal and optical characteristics of the materials. Hence, precise knowledge is mandatory to optimize growth, fabrication and design of optimized structures which are intended for renewable energy applications or for integrated optical circuits, respectively.

Besides conventional laboratory scattering methods, where X-ray beams with dimensions of a few mm are used, nanodiffraction experiments with focused X-ray beams are carried out in order to conduct spatially resolved investigations in the sub-m beamsize region. The first part of the work deals with the investigation of SiGe superlattices. One section is devoted to superlattices composed of SiGe and Ge layers with thicknesses in the nm-range intended for thermoelectric applications. A further section is devoted to superlattices composed of ultra-thin pure Si and Ge monolayers intended for optical applications. The periodicity, thicknesses and composition of the layers as well as the strain state is obtained by X-ray diffraction experiments. In order to gain insight on the interface quality and interdiffusion effects also X-ray reflectivity studies are performed. The influence of the growth parameters on all these structural characteristics is studied in great detail.

The second part of the thesis focuses on the characterization of tensile strained Ge microbridges. An electron beam pattern was transferred onto a pre-strained Ge layer which enhances the strain at certain regions.

Strain has dramatic influence on the bandstructure and could hence pave the way for future light emitters integrable in Si-technology. The studied bridge-structures serve on the one hand as model structures for a new scanning strain microscopy technique developed at the synchrotron, on the other hand for studies on differently oriented bridges to obtain the directional dependent Raman strain shift coefficient for the tensile strain region by fitting phonon deformation potentials.

The third part of the work is devoted to Si nanowires where the hexagonal crystal phase is confirmed unambiguously for the very first time. Therefore, hexagonal GaP nanowires served as template for the epitaxial and thus also hexagonal overgrowth of Si shells. The so formed hexagonal crystal growth is confirmed with X-ray diffraction and clears the way for further optical, electrical and mechanical studies on this completely new material.