Optimierung der Analytik nanostrukturierter Schichten

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Optimierung der Analytik nanostrukturierter Schichten"

Mathilde Kästner
vor 7 Jahren
Abrufe

1 Projektverbund Umweltverträgliche Anwendungen der Nanotechnologie Zwischenbilanz und Fachtagung, 27. Februar 2015 Wissenschaftszentrum Straubing Optimierung der Analytik nanostrukturierter Schichten Prof. Dr. Günther Benstetter Alexander Hofer, M. Eng. Technische Hochschule Deggendorf Fakultät Elektrotechnik und Medientechnik

Februar 2015 Wissenschaftszentrum Straubing Optimierung der Analytik

2 Inhaltsverzeichnis Beispiel Inhaltsverzeichnis Thermische und elektrische Eigenschaften nanostrukturierter Schichten? Ziel: Hoch auflösende Charakterisierung von Materialparametern Methoden der Raster-Sonden-Mikroskopie, Messplatz zur Bestimmung der thermischen Leitfähigkeit und Raster-Elektronen- Mikroskopie 2

Ziel: Hoch auflösende Charakterisierung von Materialparametern Methoden der

3 Problemstellung Schicht 1 Schicht 2 Substrat Klassische, metallbasierte Schichtsysteme Materialparameter bekannt Thermische und elektrische Leitfähigkeit miteinander verknüpft Nanostrukturierte Schichtsysteme Thermische und elektrische Leitfähigkeit weitgehend unbekannt Abhängig von Nanostruktur Teilweise unabhängig voneinander modifizierbar 200 nm 3

verknüpft Nanostrukturierte Schichtsysteme Thermische und elektrische Leitfähigkeit

4 Ziel Kombination von Analyseverfahren ortsaufgelöste simultane Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit und der Topographie ortsaufgelöste Ermittlung thermischer Materialeigenschaften Bestimmung der Mikrostruktur Unterstützende Begleitung der Entwicklung und Fertigung nanostrukturierter Schichtsysteme für Thermogeneratoren Bestimmung der thermischen Leitfähigkeit von makroskopischen Dünnschichten 4

Bestimmung der Mikrostruktur Unterstützende Begleitung der Entwicklung und Fertigung

Strommapping (b) einer SiGe-Nanopartikelschicht Topographie-Messung zeigt nur die

5 Raster-Sonden-Mikroskopie 2D-Bestimmung Topographie und el. Leitfähigkeit Charakterisierung der Proben aus dem Projektverbund 200 nm Topographie (a) und Strommapping (b) einer SiGe-Nanopartikelschicht Topographie-Messung zeigt nur die Grobstruktur der Oberfläche Strommapping zeigt eine Feinstruktur mit einer Ortsauflösung von wenigen 10 Nanometern (a) 1 µm (b) 25 nm 60 na 5

Strom (na) Raster-Sonden-Mikroskopie Lokale Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeitt Kristalldefekt Grundmaterial Spannung (U) Beispiel: Änderung

6 Strom (na) Raster-Sonden-Mikroskopie Lokale Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeitt Kristalldefekt Grundmaterial Spannung (U) Beispiel: Änderung lokaler Strom-Spannungs-Kennlinien an Kristalldefekten von GaN Oberfläche von GaN mit Kristalldefekten A. Hofer et al., Thin Solid Films Volume 544, 139 (2012) 6

lokaler Strom-Spannungs-Kennlinien an Kristalldefekten von GaN Oberfläche von

43 00.09 Verhältnis = 0.09 5.96 = 0.0151 Probe48 Element Wt % At % C K 58.27 79.79 O K 13.37 13.74 AlK 00.12 00.07 GeK 28.

7 Raster-Elektronen-Mikroskopie Bestimmung von Dotierungsunterschieden Probe4 Unterschiedlich hoch dotierte Proben Probe4 hoch dotiert, Probe48 niedrig dotiert Element Wt % At % C K O K AlK GeK AsK Verhältnis = = Probe48 Element Wt % At % C K O K AlK GeK AsK Verhältnis = = Standardlose Quantifizierung (ZAF) Verhältnis der Atom% von As zu Ge 7

Kristallgitter Auswertung der rückgestreuten Kikuchi-Muster 700 nm Ionenstrahl

8 Raster-Elektronen-Mikroskopie Funktionsweise Elektronen-Rückstreu-Beugung Bestimmung der Kristallorientierung durch Elektronenrückstreuung am Kristallgitter Auswertung der rückgestreuten Kikuchi-Muster 700 nm Ionenstrahl Ätzung erforderlich da oberste Atomlagen der abgeschiedenen Germaniumschichten nicht kristallin vorliegt 8

9 Raster-Elektronen-Mikroskopie Einfluss der Laserintensität auf die Gefügestruktur Kristallorientierung im ungestörten Bereich Germaniumschichten beinhalten Bereiche mit charakteristischen Mustern Kristallorientierung im gestörten Bereich 1 µm 100 µm Abwesenheit von Meanderstruktur und fehlende Kristallorientierung lassen auf nicht-gesinterte Nano- Partikel schließen 1 µm 9

charakteristischen Mustern Kristallorientierung im gestörten Bereich 1 µm 100 µm Abwesenheit

10 ΔU (K) Makroskopische Verfahren Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit Messobjekt Heizleiter Si Substrat Messobjekt Isolierende Schicht Periodische Erwärmung mit Heizstrom variabler Frequenz Wärmewelle im Schichtsystem Isolierschicht Si Substrat Spannungsänderung U im Heizleiter ist ein Maß für die thermische Leitfähigkeit ln(ω) 10

Heizstrom variabler Frequenz Wärmewelle im Schichtsystem Isolierschicht Si

11 Numerische Simulation Finite-Elemente-Methode 297 K Begleitende Simulation Einfluss von Material- und 293 K Geometrieparametern Verifikation experimenteller Ergebnisse Beispiel: Simulation der Oberflächentemperatur einer dünnen Schicht 11

Geometrieparametern Verifikation experimenteller Ergebnisse

12 Bisherige Ergebnisse Makroskopische Verfahren Aufbau Messplatz zur makroskopischen Bestimmung der thermischen Leitfähigkeit Notwendige Optimierungen des Messaufbau durchgeführt Zu messende Schichten können auf modifizierten Substraten abgeschieden werden Möglichkeit der Messung an dünneren Schichten (<50 nm), zuvor nur über 300 nm Raster-Sonden-Mikroskopie Erfolgreiche Vorversuche zur 2D Bestimmung der el. Leitfähigkeit (= Strommapping) Jedoch Modifikation notwendig, da zu hohe Abnutzung der Probe, z. B. Zweistufen Verfahren durch Überlagerung von Strommapping mit einer hoch aufgelösten Topographieabbildung 12

nm), zuvor nur über 300 nm Raster-Sonden-Mikroskopie Erfolgreiche Vorversuche zur 2D Bestimmung der el.

Ähnliche Dokumente

Optimierung der Analytik nanostrukturierter Schichten

Optimierung der Analytik nanostrukturierter Schichten Abschließende Ergebnisse im Projektverbund Umweltverträgliche Anwendungen der Nanotechnologie 3rd International Congress Next Generation Solar Energy Meets Nanotechnology 23-25 November 2016, Erlangen