PT Unknown
AU Liborius, L
TI Optimierung des Ladungstransports in komplexen Nanodraht pn- und npn-Übergängen
PD 11
PY 2023
DI 10.17185/duepublico/79194
LA de
DE Nanodraht; Drei-Fünf-Halbleiter; pn-Übergang; Heterobipolartransistor
AB Die technologische Weiterentwicklung elektronischer Bauelemente wird stetig durch die fortschreitende Miniaturisierung vorangetrieben. Die Übertragung planarer Bauelemente in neue Geometrien, beispielsweise in Form von Nanodrähten, ermöglicht dabei eine zusätzliche Erschließung neuer Funktionalitäten mit hohen Integrationsdichten, einer umfangreichen Heterointegrierbarkeit sowie einer breiten Vielfalt der Materialkombinationsmöglichkeiten. In der Literatur veröffentlichte, nanodrahtbasierte Bauelemente weisen jedoch gegenüber planaren Bauelementen limitierte Leistungen auf, wie z. B. Lichtemitter oder Transistoren mit geringen Effizienzen oder Verstärkungen aufgrund vermehrt auftretender Leckströme. Während der Ladungstransport in planaren pn-Übergängen durch den Minoritäten-Transport dominiert wird, treten in Nanodrähten additive Ströme auf, welche eine komplexe, vom Shockley-Read-Hall-Modell abweichende Analyse erforderlich machen. Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist ein detailliertes Verständnis der auftretenden Ladungstransportmechanismen in koaxialen Nanodraht-pn-Übergängen zu entwickeln. Dabei liegt insbesondere die Identifikation sowie die aus dem Verständnis erst ermöglichte, zielgerichtete Unterdrückung auftretender Leckstrommechanismen im Fokus. Die vorliegende Dissertation beinhaltet eine ganzheitliche Betrachtung koaxialer Kern-Multihüllen-Nanodrähte auf GaAs/InGaP-Basis. Neben der epitaktischen Herstellung sowie der technologischen Weiterprozessierung zu elektrisch ansteuerbaren Bauelementen mit metallischen Kontakten wird auch die grundlegende Materialcharakterisierung hinsichtlich der Dotierstoff-Konzentrationen in getaperten Nanodraht-Kernen und -hüllen demonstriert. Neben einfachen Widerstandsabschätzungen sowie der konventionellen Transferlängenmethode über metallische Kontakte wird zusätzlich ein Multi-Spitzen-Rastertunnelmikroskop eingesetzt, mit welchem Messspitzen direkt auf dem Nanodraht platziert werden können. Der Ladungstransport in koaxialen Nanodraht-Kern-Hülle sowie -Hülle-Hülle pn-Übergängen wird mithilfe elektrischer Messungen bei Raum- und Tieftemperatur analysiert. Dabei werden neben diffusiven auch tunnelbasierte Stromtransportmechanismen identifiziert und mithilfe physikalischer Simulationen sowie mittels Elektrolumineszenzspektroskopie verifiziert. Eine Unterdrückung dieser Tunnelmechanismen wird durch das Einbringen einer intrinsischen Zwischenhülle in den pn-Übergang erreicht, welche die Tunnelwahrscheinlichkeit innerhalb der Raumladungszone reduziert. Anhand koaxialer npn-Nanodraht-Strukturen wird abschließend der Einfluss der Tunnelstromunterdrückung auf das Sperrverhalten, die Injektionseffizienz sowie auf die grundlegende Heterostruktur-Bipolartransistorfunktion demonstriert. Durch die Untersuchungen wird ein wichtiger Beitrag zur Unterdrückung des Leckstroms in Nanodraht-Strukturen geleistet, welcher die zukünftige Entwicklung effizienter Nanodraht-Bauelemente bereichern wird.
ER