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

Bild

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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

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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