Growth and characterization of ZnO nanowires

Abstract

Fundamentalen Aspekte des Wachstums und der physikalischen Eigenschaften von ZnO in Form von eindimensionalen Nanostrukturen werden untersucht. Bei Au-unterstütztem ZnO Nanodrahtewachstum werden Au Nanopartikel nach dem Wachstum manchmal an der Wurzel in anderen Fällen an der Spitze der Drähte beobachtet. Ein Auswahlmechanismus wird vorgeschlagen, der definiert, ob die Au Partikel am Substrat an der Wurzel bleiben und als Anfangstemplate für Drahtkernbildung dienen oder vom Substrat abgespaltet werden und Drahtwachstum an der Spitze katalisieren. Darüber hinaus wird gezeigt, dass die Oberflächendiffusion von Au Atomen auf einem Gitter angepasstem Substrat das positionsgeregelte Wachstum von ZnO Nanodrähten beschränkt. Ausgehend vom Verständnis einer solchen Nanodrahtwachstumsreaktion, werden epitaxisch gewachsene ZnO Nanodrahtarrays auf GaN Substraten realisiert, was für Bauelemente wichtig ist. Mittels Laser Interference Lithography für die Anordnung von Au Nanodots werden großflächig ZnO Nanodrahtarrays hergestellt. p-Typ ZnO Material wird für Bauelemente basierend auf ZnO Nanodrähten benötigen. Dazu werden Versuche zur Phosphordotierung realisiert basierend auf Zn2P3 als Ausgangsmaterial. Einkristalline Phosphor-dotierte ZnO Nanodrähte werden so auf reproduzierbarem Weg hergestellt. Tieftemperatur PL Spektren zeigen, dass die Präsenz von Phosphor den Höchstwert bei Proben mit einer Bandlücke von 3.316 eV auweist. Die amphoterische Natur arteigene Defekte ist zu kompensieren und macht es dennoch schwierig stabile und zuverlässige p-Typ Dotierungen in ZnO Nanodrähten nachzuweisen. ZnO zeigen n-Typ Leitfähigkeit ohne vorsätzliche Dotierung aufgrund intrinsischer arteigener Punktdefekte. Der Einfluss des relativen Fassungsvermögens von residualem Sauerstoff während des Drähtewachstums bei physikalischen Eigenschaften der Nanodrähten wird mit Hilfe des elektrischen Transports sowie durch Photolumineszenz untersucht. Es wurde eine relative hohe Dichte an n-Typ Defekten bei ZnO Nanodrähten beobachtet, die unter vergleichbar sauerstoffarmen Bedingungen gewachsen sind, was der niedrigen Formationsenergie von Sauerstoffdefekten zuzuschreiben ist. Die relativen freien Trägerdichten werden grob geschätzt basierend auf dem Intensitätsanteil zwischen der Oberflächenexzitonsemission (SX) und der gebundenen Exzitionsemission.