10.12.2018
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Kombinierte optische, elektrische und rasterkraftmikroskopische Untersuchungen an CdS-Nanowires

Behn, Dino - Universität Hamburg (2017)


Halbleiter-Nanostrukturen sind im Rahmen der rasanten technologischen Entwicklung immer stärker in den Fokus wissenschaftlicher Forschung gerückt. Halbleiter-Nanowires, wie die in dieser Arbeit untersuchten Cadmiumsulfid-Nanowires (CdS-NWs), zeichnen sich durch ihre eindimensionale Form aus, welche es ermöglicht, diese NWs mit geringem Aufwand elektrisch zu kontaktieren. Gleichzeitig sind CdS-NWs optisch aktiv, das heißt sie können optisch angeregt werden und weisen beispielsweise Photolumineszenz (PL) auf.

Im Rahmen der vorliegen Arbeit wird ein experimenteller Aufbau vorgestellt welcher es ermöglicht gleichzeitig, die optischen, elektrischen und elektronischen Eigenschaften von Nanostrukturen zu messen. Mit Hilfe dieses Aufbaus wird einerseits der Zusammenhang zwischen PL und Ladung im Rahmen der PL-Modulation gezeigt. Andererseits wird die Lokalisierung des Photostroms eines kontaktierten NWs anhand von Bandverläufen erklärt, welche mittels kelvin probe force microscopy (KPFM) unter Beleuchtung gemessen wurden.

Ein Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Beeinflussung der Photolumineszenz durch elektrische Spannung. Hierzu wird ein CdS-NW an einer Seite kontaktiert und bei angelegter Spannung gleichzeitig lokal die PL mit Hilfe von konfokaler Raster-Laser-Mikroskopie und die lokale Ladung auf dem NW mittels electrostatic force microscopy gemessen. Hierbei zeigt sich, dass eine angelegte sinusförmige Wechselspannung die PL und die Ladung in gleicher Weise moduliert. Beim Anlegen einer niederfrequenten Rechteckspannung hingegen zeigt sich ein signifikanter Unterschied in dem Verhalten der Ladung und der PL. Um diesen Unterschied aufzuklären wird das kontaktierte NW mit einem Ersatzschaltbild simuliert. Über den Vergleich zwischen Messung und Simulation im Falle der sinusförmigen Wechselspannung werden die Parameter gefunden, mit deren Hilfe dann die experimentell gemessene PL-Modulation für das Anlegen einer Rechteckspannung exakt modelliert werden kann.

Ein weiterer Teil dieser Arbeit betrachtet beidseitig mit Platinelektroden kontaktierte CdS-NWs. Diese weisen einen an den Elektroden lokalisierten Photostrom auf. Im Zuge der Untersuchung des Photostroms werden zum ersten Mal KPFM-Messungen unter lokaler Beleuchtung durchgeführt. Aus diesen Messungen werden Bandverläufe erhalten, anhand derer sich einerseits die Lokalisierung des Photostroms erklären lässt. Andererseits ermöglicht diese neuartige Kombination von KPFM und lokaler Beleuchtung den Einfluss des fokussierten Laserstahls, mit dessen Hilfe der Photostrom optisch angeregt wird, für unterschiedliche Beleuchtungspositionen zu untersuchen.

Zusätzlich werden die Bandverläufe und Ladungsträgerkonzentrationen für das beidseitig kontaktierte CdS-NW anhand eines Modells simuliert und so weitere Schlüsse auf Ladungsverteilungen gezogen.


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