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Nanokristalle atomar abgebildet
Heiko Groiss
Abteilung für Halbleiterphysik Institut für Halbleiter - und Festkörperphysik
Wilhelm Macke Award 2007
Autobahn
Wie kann ich eine flächendeckende Überwachung durch einen Sensor in jedem Fahrzeug verwirklichen?
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Es sind
kleine, effiziente und kostengünstige
Laser
notwendig!
Materialien für HalbleiterlaserWie kann man Lasermaterialen für das mittlere Infrarot entwickeln?
CdSe Quantum Dots in Lösung mit Duchmesser von 1nm bis 6nm
Quantum Dots: Halbleiterkristalle im Nanometerbereich
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Größe der Dots bestimmt die Farbe!
Selbstorganisation
Nanostrukturierung von Halbleitermaterialien
Dichte: 3x1011 cm-2
300 Milliarden Dots pro cm2
130 Dots !!!(in 212nm x
212nm)
Dots sind ~10nm groß
~30 Atomlagen !!!!
Bleitellurid-Nanokristalle umgeben von einem Halbleiterkristall
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Kristallstruktur Steinsalz (NaCl)Kubisches
GitterKubisch Flächenzentriertes
Gitter
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p³-Orbitale
Kristallstruktur Zinkblende (ZnS)
Zinkblende Struktur
Kubisch Flächenzentriertes Gitter
Zn
S
Hintergrundbildquelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Sphalerite4.jpg
sp³-Hybridorbitale
( ¼, ¼, ¼ )
Bleitellurid - Cadmiumtellurid
Halbleiter aus Cadmium und Tellur mit der Zinkblende Struktur:
Cadmiumtellurid
Verwendung:Solarzellen, Infrarot Detektoren, Optische Fenster und Linsen
Halbleiter aus Blei und Tellur mit der Steinsalz Struktur:
Bleitellurid
Verwendung:Infrarot Detektoren
Natürliches Form als Altait
Bleitellurid - CadmiumtelluridPbTe CdTe
Tellur-Untergitter passt!!!
Aber die Blei – Cadmium Untergitter nicht!!!
Probenherstellung
Nanostrukturierung von Halbleitermaterialien!
PbTe
CdTe
CdTe
Cd
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Nanostrukturierung
Nanostrukturierung von Halbleitermaterialien!
PbTe
CdTe
CdTe
Heizen auf über 300°
Symmetrische Nanokristalle!Q
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Probenherstellung
Nanostrukturierung
Nanostrukturierung von Halbleitermaterialien!
50nm
Video des Heizschrittes
Aufgenommen mit einem heizbaren Probenhalter in
Halle/Max Planck Institut für
Mikrostrukturphysik
Probe nach 24min mit 260°C
Dra
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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
100nm20nmD
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Nanostrukturierung
Nanostrukturierung von Halbleitermaterialien!
PbTe
CdTe
CdTe
Rhomboedrischer Kubo
Oktaeder
Größenvergleich
1 Atomlage0,32nm =
0,00000000032m
PbTe CdTe
Größenvergleich
Größenvergleich
1 Atomlage0,32nm =
0,00000000032m
81 Atomlagen26nm = 0,00000002600m
GrößenvergleichGitterkonstante PbTe:0,64nm = 0,00000000064mDot Größe:26nm = 0,00000002600m
Sichtbares grünes Licht:
520nm = 0,00000052000
m
Mikroskopieren mit Licht nicht möglich!
Wellenlänge von Elektronen mit 200.000 eV:
0,0025nm
Passt mehr als 10.000 mal in den Dot!
Transmissions Elektronen MikroskopDurchlichtmikroskop
Probe
Objektivlinse
Zwischenlinse
Projektionslinse
Betrachtungsschirm
Strahlenquelle
Kondensorlinsen
Die GrenzflächenDie zwei Kristallgitter
sind um 0,04nm versetzt!
Einzelne Atome sind verschoben um die
Kristallbindungen zu erfüllen!
Aufwendige Gesamtenergie-Rechnungen(durchgeführt von R. Leitsmann/Jena)
zeigen gleiche Verschiebungen!
Ermöglicht Berechnung von optischen Eigenschaften!
Und nun?
o Kontrollierte Herstellung von PbTe Nanokristallen
o Hochsymmetrische Quanten Dots
o Sehr gute Optische Eigenschaften
o Abrupte Grenzflächen zum Umgebungsmaterial
o Vermessung der Grenzflächen
o Berechnug der optische Eigenschaften
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Materialdesign mit Bleitellurid
Flächendeckende Überwachung durch einen Sensor in jedem
Fahrzeug!
Nanokristalle für kleine, effiziente
und kostengünstige Laser!
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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.YanoApplied Physics Letters 88, 192109 (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.YanoApplied Physics Letters 101, 081723 (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 301-302, 722-725 (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
Journal of Crystal Growth 301-302, 722-725 (2007)
Vortrag:“The coherent {100} and {110} interfaces between rocksalt-PbTe and zincblende-CdTe”
14th International Conference on Molecular Beam Epitaxy, MBE 2006, September 2006, Tokyo, Japan
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
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