Strahlgeformte Katalysator-Template zur Silizium Nanodraht Synthese

Motivation 1-dimensionale Nanostrukturen werden als vielversprechender Ansatz zur Größenreduktion von Halbleiter- Bauelementen angesehen. Besonders Si-Nanodrähte (Si-NW) erfüllen die Anforderung nach technischer Kompatibilität mit der etablierten Halbleitertechnologie und erlauben Anwendungen als vertikale Transistoren und Biosensoren. Obwohl die Synthese von Si-Nanodrähte bereits erforscht ist, gelang es bisher nicht, vertikale Nanodrähte an vorgegebenen Positionen auf unebenen Proben aufzuwachsen. Die exakte Anordnung von NWs auf 3-dimensional vorstrukturierten Substraten ist aber die Grundvoraussetzung für die Anwendung in Bauelementen. Eine Vorpositionierung von katalytischen Nanopartikeln scheint der Schlüssel zu einer Lösung zu sein. Photolithographie erlaubt jedoch keine Strukturierung auf 3-dimensional vorstrukturierten Substraten. Methodik Um die Einschränkungen der Lithografie zu überwinden, werden die Nanopartikel-Templaten mittels maskenloser Direktschreibmethode hergestellt. Elektronenstrahl induzierte Abscheidung mit einem Raster-elektronenmikroskop wird zur lokal begrenzten Abscheidung von sub-50nm Strukturen eingesetzt. Eine simultane Gaszufuhr von bis zu 3 Metallorganylen ermöglicht die Abscheidung von Legierungen. Die Synthese von Silizium-Nanodrähte wird im eigens angefertigten Niederdruck-CVD Reaktor durchgeführt. Das Nanodraht-Wachstum erfolgt durch chemische Gasphasenabscheidung mittels katalytischem 3-Phasen Mechanismus (VLS). Projektplan Basierend auf eigenen Arbeiten wird dieses Projekt die Weiterentwicklung in zwei Richtungen vorantreiben: - Herstellung von Vorlagemustern aus Metall-Legierung auf 3-dimensional vorstrukturierten Substraten Mittels elektronenstrahl-induzierter Abscheidung (EBID) werden Nanopartikel aus Metalllegierungen durch maskenloses Direktschreiben hergestellt. Vordefinierte Nanopartikel-Muster aus Legierungen werden auf 3- dimensionalen Substraten hergestellt, um als katalytische Vorlage für die Nanodraht-Herstellung zu dienen. - Synthese von epitaktischen Silizium Nanodrähten auf katalytischen Nanopartikel-Vorlagemustern Die maßgeschneiderten Katalysatorstrukturen ermöglichen neue Wege der Nanodraht-Synthese. Auf vordefinierten Positionen werden mittels CVD vertikale Si-Nanodrähte aus Si-hältigen Gasen aufgewachsen. Dieser neuartige Ansatz ermöglicht auch die Herstellung von Si-Nanodrähten auf 3-dimensional vorstrukturierten Proben mit frei wählbar orientierten Kristallflächen. Die katalytischen Eigenschaften von verschiedenen Metallen und Legierungen werden untersucht. Relevanz Diese einzigartige Methodenkombination bringt bahnbrechende Erneuerungen: einerseits durch erstmalige EBID- Abscheidung von Legierungen und andererseits durch die exakte Positionierung von Si-Nanodrähten auf unebenen Oberflächen. Die EBID-Abscheidung von Legierungen mit definierter Zusammensetzung erlaubt die Herstellung von maßgeschneiderten Katalysatoren mit geeignetem Schmelzpunkt für Nanodraht-Wachstum bei moderaten Temperaturen. Katalytische Nanopartikel auf 3-dimensional vorstrukturierten Substraten ermöglichen die Synthese von Si-Nanodrähte auf individuell gefertigten Oberflächen. So wird erstmals die gezielte Platzierung von Si- Nanodrähte auf speziellen Positionen von 3-dimensionalen Proben möglich. Dieser Ansatz erschließt in erhöhtem Maße die Si-Nanodrähte für praktische Anwendungsbereiche wie etwa 1-dimensionale Bauelemente (1D- transistor), Biosensoren und individuell ansteuerbare Feldemitter.

1-dimensionale Nanostrukturen werden als vielversprechender Ansatz zur Größenreduktion von Halbleiter- Bauelementen angesehen. Besonders Si-Nanodrähte (Si-NW) erfüllen die Anforderung nach technischer Kompatibilität mit der etablierten Halbleitertechnologie und erlauben Anwendungen als vertikale Transistoren und Biosensoren. Obwohl die Synthese von Si-Nanodrähte bereits erforscht ist, gelang es bisher nicht, vertikale Nanodrähte an vorgegebenen Positionen auf unebenen Proben aufzuwachsen. Die exakte Anordnung von NWs auf 3-dimensional vorstrukturierten Substraten ist aber die Grundvoraussetzung für die Anwendung in Bauelementen. Eine Vorpositionierung von katalytischen Nanopartikeln scheint der Schlüssel zu einer Lösung zu sein. Photolithographie erlaubt jedoch keine Strukturierung auf 3-dimensional vorstrukturierten Substraten. Methodik Um die Einschränkungen der Lithografie zu überwinden, werden die Nanopartikel-Templaten mittels maskenloser Direktschreibmethode hergestellt. Elektronenstrahl induzierte Abscheidung mit einem Raster-elektronenmikroskop wird zur lokal begrenzten Abscheidung von sub-50nm Strukturen eingesetzt. Eine simultane Gaszufuhr von bis zu 3 Metallorganylen ermöglicht die Abscheidung von Legierungen. Die Synthese von Silizium-Nanodrähte wird im eigens angefertigten Niederdruck-CVD Reaktor durchgeführt. Das Nanodraht-Wachstum erfolgt durch chemische Gasphasenabscheidung mittels katalytischem 3-Phasen Mechanismus (VLS). Projektplan Basierend auf eigenen Arbeiten wird dieses Projekt die Weiterentwicklung in zwei Richtungen vorantreiben: Herstellung von Vorlagemustern aus Metall-Legierung auf 3-dimensional vorstrukturierten Substraten Mittels elektronenstrahl-induzierter Abscheidung (EBID) werden Nanopartikel aus Metalllegierungen durch maskenloses Direktschreiben hergestellt. Vordefinierte Nanopartikel-Muster aus Legierungen werden auf 3- dimensionalen Substraten hergestellt, um als katalytische Vorlage für die Nanodraht-Herstellung zu dienen. Synthese von epitaktischen Silizium Nanodrähten auf katalytischen Nanopartikel-Vorlagemustern Die maßgeschneiderten Katalysatorstrukturen ermöglichen neue Wege der Nanodraht-Synthese. Auf vordefinierten Positionen werden mittels CVD vertikale Si-Nanodrähte aus Si-hältigen Gasen aufgewachsen. Dieser neuartige Ansatz ermöglicht auch die Herstellung von Si-Nanodrähten auf 3-dimensional vorstrukturierten Proben mit frei wählbar orientierten Kristallflächen. Die katalytischen Eigenschaften von verschiedenen Metallen und Legierungen werden untersucht. Relevanz Diese einzigartige Methodenkombination bringt bahnbrechende Erneuerungen: einerseits durch erstmalige EBID- Abscheidung von Legierungen und andererseits durch die exakte Positionierung von Si-Nanodrähten auf unebenen Oberflächen. Die EBID-Abscheidung von Legierungen mit definierter Zusammensetzung erlaubt die Herstellung von maßgeschneiderten Katalysatoren mit geeignetem Schmelzpunkt für Nanodraht-Wachstum bei moderaten Temperaturen. Katalytische Nanopartikel auf 3-dimensional vorstrukturierten Substraten ermöglichen die Synthese von Si-Nanodrähte auf individuell gefertigten Oberflächen. So wird erstmals die gezielte Platzierung von Si- Nanodrähte auf speziellen Positionen von 3-dimensionalen Proben möglich. Dieser Ansatz erschließt in erhöhtem Maße die Si-Nanodrähte für praktische Anwendungsbereiche wie etwa 1-dimensionale Bauelemente (1D- transistor), Biosensoren und individuell ansteuerbare Feldemitter.