Ion-Solid Interaction in Semiconductor Nanowires

Borschel, Christian Michael GND

Ionenstrahlimplantation ist eine nützliche und weit verbreitete Methode um Materialien zu dotieren. Nanostrukturen verhalten sich unter Ionenbestrahlung oft deutlich anders als das entsprechende Volumenmaterial; zum Beispiel unterscheiden sich die erzeugten Dotierprofile sowie die Erzeugung und das Ausheilen von Defekten. In der vorliegenden Arbeit wird dieses Unterschiedliche Verhalten unter Ionenbestrahlung von drei Gesichtspunkten aus untersucht: Im ersten Teil wird ein neu entwickeltes Computerprogramm zur Simulation der Ionenbestrahlung von Nanostrukturen vorgestellt und diskutiert. Ähnlich wie bei vergleichbaren Programmen wird dabei ein Monte-Carlo-Algorithmus in Kombination mit der Zweierstoß-Näherung verwendet. Im Gegensatz zu konventionellen Programmen wird das Target aber durch kleine Zellen und nicht durch Schichten repräsentiert, so dass sich beliebige Nanostrukturen dreidimensional abbilden lassen. Die erzielten Simulationsergebnisse stimmen gut mit experimentellen Befunden überein. Im zweiten Teil der Arbeit wird die ionenstrahlinduzierte Verbiegung von Nanodrähten untersucht. Je nach Energie der Ionen lassen sich die Nanodrähte in verschiedene Richtungen verbiegen und ausrichten. Als zugrundeliegender Mechanismus wird die inhomogene Verteilung verschiedener ionenstrahlinduzierter Defekte identifiziert. Der dritte Teil beschäftigt sich mit der Dotierung von GaAs-Nanodrähten mittels Mangan. Wegen der geringen Löslichkeit der Übergangsmetalle in III-V-Halbleitern kann das Mangan nicht beim Wachstum der Nanodrähte eingebracht werden. Es wird gezeigt, dass die Mangan-Dotierung von GaAs mittels Ionenstrahlimplantation möglich ist. Dabei ist eine erhöhte Implantationstemperatur erforderlich, um das in Nanodrähten ohnehin verstärkte dynamische Ausheilen noch weiter zu unterstützen und die Kristallinität der Nanodrähte zu erhalten. Alle drei Teile zeigen deutliche Unterschiede bei der Ionenbestrahlung von Nanodrähten im Vergleich zum Volumenmaterial.

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Borschel, Christian Michael: Ion-Solid Interaction in Semiconductor Nanowires. 2012.

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