Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz
Volltext zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-791665
Schumann, Erik
Gemming, Sibylle (Prof. Dr.) ; Escobar-Galindo, Ramon (Prof. Dr.) (Gutachter)
Perkoliertes Si:SiO2 Nanokomposit: Ofen- vs. Laserinduzierte Kristallisation von dünnen SiOx Schichten
Percolated Si:SiO2 Nanocomposite: Oven- vs. Laser-Induced Crystallization of SiOx Thin Films
Kurzfassung in deutsch
Silizium basierende Technologie bestimmt den technologischen Fortschritt in der Welt und ist weiterhin ein Material für die weitere Entwicklung von Schlüsseltechnologien. Die Änderung der Silizium-Materialeigenschaft der optischen und elektronische Bandlücke durch die Reduktion der Materialdimension auf die Nanometerskala ist dabei von besonders großem Interesse. Die meisten Silizium-Nanomaterialien bestehen aus Punkt-, Kugel- oder Drahtformen. Ein relativ neues Materialsystem sind dreidimensionale, durchdringende, Nano-Komposit Netzwerke aus Silizium in einer Siliziumdioxid Matrix.Die vorliegende Arbeit untersucht die Entstehung von dreidimensionalen Silizium-Nanokomposit-Netzwerken durch Abscheidung eines siliziumreichen Siliziumoxids(SiOx, mit x<2) und anschlieÿender thermischen Behandlung. Hierbei wurden die reaktive Ionenstrahl-Sputterabscheidung (IBSD), sowie das reaktive Magnetronsputtern (RMS) verglichen. Auch wurden die Unterschiede zwischen klassischer Ofen und Millisekunden-Linienlaser Behandlung untersucht. Abgeschiedene und thermisch behandelte Dünnschichten wurden hinsichtlich der integralen Zusammensetzung, Homogenität, Morphologie und Struktur mittels Rutherford-Rückstreuspektroskopie, Ramanspektroskopie, Röntgenbeugung, spektroskopische Ellipsometrie, Photospektrometrie und (Energie gefilterter) Transmissionselektronenmikroskopie untersucht.
Abhängig von der Abscheidemethode und des thermischen Ausheilprozesses wurden unterschiedliche Strukturgrößen und Kristallisationsgrade erzeugt. Insbesondere wurde gezeigt, dass während der 13 ms langen Laserbearbeitung (Ofen: 90 min) wesentlich größere Strukturen (laser:~50 nm; oven:~10 nm) mit einer deutlich höheren Kristallinität (laser:~92-99%; oven:~35-80%) entstehen. Darüber hinaus erhält sich die abscheidebedingte Morphologie nach der Ofenbehandlung, verschwindet jedoch nach der Laserprozessierung. Erklärt wurde dies mit einem Prozess über die flüssige Phase während der Laserbearbeitung, im Gegensatz zu einem Festphasenprozess bei der Ofenbehandlung. Abschließend wurde gezeigt, dass absichtlich eingebrachte vertikale und horizontale Schwankungen der Zusammensetzung genutzt werden können, um definierte Silizium Nanonetzwerke mit einer dreidimensionalen quadratischen Netzstruktur herzustellen.
Kurzfassung in englisch
Silicon-based technology determines the technological progress in the world significantly and is still a material of choice for further development of key technologies.In particular the reduction of silicon structure sizes to a nanometer scale are of great interest. Most silicon nano structures are based on spherical, dot-like or cylindrical, wire-like geometries. A relatively new material system are three dimensional percolated nanocomposite networks of silicon within a silica matrix. To form any of these nano structures fast, room temperature processes are desired which also offer the possibility of structure modification by different process management.
The present work studies the formation of three-dimensional silicon nanocomposite networks by the deposition of a silicon rich silicon oxide (SiO x , with x < 2) and subsequent thermal treatment. Thereby, reactive ion beam sputter deposition (IBSD) as well as reactive magnetron sputtering (RMS) was compared. As well, the differences between a conventional oven and a millisecond line-focused diode laser were studied. As-deposited and thermally treated thin films were characterized with regard to the overall mean composition, homogeneity, morphology and structure by Rutherford backscattering, Raman spectroscopy, X-ray diffraction, spectroscopic ellipsometry, photospectrometry as well as cross-sectional and energy-filtered transmission electron microscopy.
Depending on the deposition method as well as the thermal treatment process different structure sizes and degrees of crystallization were achieved. Most notably it was found, that during 13 ms laser processing (oven: min. 90 min), much bigger structures (laser: ≈ 50 nm; oven: ≈ 10 nm) with a notably higher degree of crystallization (laser: ≈ 92-99%; oven: ≈ 35-80%) evolve. Moreover, the structure morphology after deposition is preserved during oven treatment but diminishes following laser processing. This was explained by a process via the liquid phase for laser processing in contrast to a solid state process during oven treatment. Finally it was shown, that intentional introduced vertical and horizontal composition fluctuations can be used to form well-defined silicon nano-networks with a three dimensional square mesh structure.
| Universität: | Technische Universität Chemnitz | |
| Institut: | Professur Theoretische Physik quantenmechanischer Prozesse und Systeme | |
| Fakultät: | Fakultät für Naturwissenschaften | |
| Dokumentart: | Dissertation | |
| Betreuer: | Krause, Matthias (Dr.) | |
| URL/URN: | https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-791665 | |
| SWD-Schlagwörter: | Silicium , Nanowissenschaften , Laser , Entmischung , Kristallisation | |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): | Silizium , Nanostrukturen , perkolierte Netzwerke , Dünnschichten , Laserbearbeitung , Phasentrennung , Flüssigphasenkristallisation | |
| Freie Schlagwörter (Englisch): | silicon , nanostructures , percolated networks , nanocomposites , thin films , laser processing , phase separation , liquid phase crystallization | |
| DDC-Sachgruppe: | 539.1 | |
| Sprache: | deutsch | |
| Tag der mündlichen Prüfung | 05.05.2022 | |
Bemerkung: |
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| OA-Lizenz | CC BY 4.0 |
