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Dissertation angenommen durch: Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik, 2005-07-06
BetreuerIn: PD Dr.-Ing. Frank Einar Kruis , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik
GutachterIn: PD Dr.-Ing. Frank Einar Kruis , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik
GutachterIn: Prof. Dr. rer. nat. Franz-Josef Tegude , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik
Schlüsselwörter in Deutsch: Nanokristall, Nanokristall-Film, Gasphase, PbS, Lithografie, Rauschmessung, Strom-Spannungs-Kennlinie
Schlüsselwörter in Englisch: nanocrystal, nanocrystal film, gas-phase, PbS, lithography, noise, I-V
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Abstrakt in Deutsch
Nanokristall-Filme können als Detektormaterial in Sensoren verwendet werden, als Ladungsträgerspeicher in Bauelemente implementiert werden oder einen Kanal für den Ladungsträgertransport definieren. Im Rahmen dieser Arbeit werden als Modellmaterial Bleisulfid (PbS) Nanokristalle in der Gasphase erzeugt und zu Nanokristall-Filmen auf verschiedenen Substraten abgeschieden. Es wird eine Technologie entwickelt, die es erlaubt die Nanokristall-Filme auf einer Oberfläche lateral zu strukturieren und mit Mitteln der mikroelektronischen Herstellungsmethoden weiter zu verarbeiten. Dabei werden die verwendeten Fotolack-Masken um mehrere hundert Nanometer verkleinert abgebildet. Der dafür verantwortliche Mechanismus kann durch physikalische Betrachtung und Verwendung eines Trajektorien-Simulationsprogramms erklärt werden. In der entwickelten Depositionsanlage sind Herstellung und elektrische Charakterisierung von Nanokristall-Filmen unter reinen Bedingungen möglich. Aus vorgenommenen Rauschmessungen und der Auswertung von Strom-Spannungs-Kennlinien kann sowohl der Transport von Einzel-Ladungen als auch ein bevorzugter Ladungsträgertransport durch die Kontaktfläche zwischen dem Nanokristall-Film mit dem Substrat nachgewiesen werden. Das Volumen der Nanokristall-Filme trägt kaum zum Ladungsträgertransport bei. Für zukünftige Bauelemente bedeutet dies, dass PbS Nanokristall-Filme verwendet werden können, um lateral höchstaufgelöste Strompfade für mikroelektronische Bauelemente zu definieren. Höchstauflösende Lithografie muss dazu nicht verwendet werden. Mit Hilfe des verwendeten Trajektorien-Simulationsprogramms lässt sich die Geometrie der Nanokristall-Filme im Voraus bestimmen, und mit der entwickelten Prozesstechnologie lassen sie sich in mikroelektronische Bauelemente integrieren. Dabei können die gewonnenen Ergebnisse und Erfahrungen auf andere Materialsysteme übertragen werden.
Abstrakt in Englisch
Nanocrystal films may be used as detector material in sensors, as charge storage or conducting channels in devices. In this work lead sulphide (PbS) nanocrystals are generated in the gas-phase and deposited onto substrates forming nanocrystal films. A technology is developed for lateral structuring of these films on the substrate and to process them further by microelectronic standard processes. The pattern of the nanocrystal film is scaled down by several hundreds of nanometers compared to the used photoresist mask pattern. The responsible mechanism is found by consideration of physical mechanisms and usage of a trajectory simulation program. For basic electrical investigation a system is designed for production of nanocrystal films and electrical characterization under clean conditions. Noise measurements and I-V characterizations are performed. Both, single charge transport and charge transport through the interface of nanocrystal film and substrate have been found. The volume of the nanocrystal film is for the current transport not important. PbS nanocrystal films can be used in future devices for definition of high resolution current paths. Current designs can be used to downscale the device patterns without applying high resolution lithography. The parallel process technology with optical lithography still can be used to implement the films into microelectronic devices. With the trajectory simulation program the geometry can be predicted. The developed technology and the results can be transmitted to other material systems.
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