Analysis of Structure, Composition and Growth of Semiconductor Nanowires by Transmission Electron Microscopy
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Nanotrådar har potential att bli en mycket flexibel plattform för design av halvledarkomponenter. I nanotrådar är det möjligt att bilda kristallstrukturer som normalt sett inte förekommer i bulkmaterial, och att kombinera olika III-V och grupp IV material i axiella eller radiella heterostrukturer. Eftersom så pass komplicerade strukturer kan skapas, både avsiktligt och oavsiktligt, är karakterisering av kristallstruktur och sammansättning mycket viktigt. I den här avhandlingen presenteras olika transmissionselektronmikroskopimetoder för detta syftet.
Högupplöst transmissionselektronmikroskopi kan direkt avbilda kristallstrukturen, inklusive eventuella tvillingar och stapelfel. Eftersom III-V materialen är polära finns det ytterligare en parameter att bestämma. För att utläsa polaritet från högupplösta bilder räcker det inte att förbättra upplösningen med hjälp av aberrationskorrigering, utan provets lokala orientering måste också bestämmas. Elektrondiffraktion med konvergent stråle är en alternativ metod som ställer mycket lägre krav på mikroskop och mikroskopist, och som går att anpassa till de flesta material och kristallstrukturer.
Transmissionselektronmikroskopi erbjuder dessutom flera metoder för att bestämma och kartlägga nanotrådarnas sammansättning. Oavsett metod är det mycket viktigt att undvika att nanotrådarna skadas under tiden den analytiska signalen samlas in. För den mest använda metoden, energidispersiv röntgenspektroskopi, kan detta åstadkommas genom att sprida elektrondosen över ett så stort område som möjligt. Om sammansättningen bara har en okänd parameter kan alternativa metoder, till exempel ändringar i energi för plasmoner, användas istället då de utnyttjar signalerna som bildas då elektronerna interagerar med provet på ett mer effektivt sätt.
För att förbättra nanotrådarnas kristallstruktur och sammansättning måste dessa kopplas till de dynamiska processer som sker då kristallerna växes fram. I undantagsfall är det möjligt att dra slutsatser kring dessa processer utifrån de färdiga nanotrådarna, men idealet hade varit att observera de växande nanotrådarna in-situ i mikroskopet. Detta är vanligtvis endast möjligt med mycket specialiserade mikroskop. I den här avhandlingen demonstreras dock växt i slutna celler med elektrontransparenta fönster. Även om tillståndet inne i cellerna under själva växten inte kunde mätas eller styras exakt, så möjliggjorde de slutna cellerna att växt av InAs-nanotrådar kunde studeras för första gången, och dessutom i ett konventionellt transmissionselektronmikroskop.
Nanotrådar har potential att bli en mycket flexibel plattform för design av halvledarkomponenter. I nanotrådar är det möjligt att bilda kristallstrukturer som normalt sett inte förekommer i bulkmaterial, och att kombinera olika III-V och grupp IV material i axiella eller radiella heterostrukturer. Eftersom så pass komplicerade strukturer kan skapas, både avsiktligt och oavsiktligt, är karakterisering av kristallstruktur och sammansättning mycket viktigt. I den här avhandlingen presenteras olika transmissionselektronmikroskopimetoder för detta syftet.
Högupplöst transmissionselektronmikroskopi kan direkt avbilda kristallstrukturen, inklusive eventuella tvillingar och stapelfel. Eftersom III-V materialen är polära finns det ytterligare en parameter att bestämma. För att utläsa polaritet från högupplösta bilder räcker det inte att förbättra upplösningen med hjälp av aberrationskorrigering, utan provets lokala orientering måste också bestämmas. Elektrondiffraktion med konvergent stråle är en alternativ metod som ställer mycket lägre krav på mikroskop och mikroskopist, och som går att anpassa till de flesta material och kristallstrukturer.
Transmissionselektronmikroskopi erbjuder dessutom flera metoder för att bestämma och kartlägga nanotrådarnas sammansättning. Oavsett metod är det mycket viktigt att undvika att nanotrådarna skadas under tiden den analytiska signalen samlas in. För den mest använda metoden, energidispersiv röntgenspektroskopi, kan detta åstadkommas genom att sprida elektrondosen över ett så stort område som möjligt. Om sammansättningen bara har en okänd parameter kan alternativa metoder, till exempel ändringar i energi för plasmoner, användas istället då de utnyttjar signalerna som bildas då elektronerna interagerar med provet på ett mer effektivt sätt.
För att förbättra nanotrådarnas kristallstruktur och sammansättning måste dessa kopplas till de dynamiska processer som sker då kristallerna växes fram. I undantagsfall är det möjligt att dra slutsatser kring dessa processer utifrån de färdiga nanotrådarna, men idealet hade varit att observera de växande nanotrådarna in-situ i mikroskopet. Detta är vanligtvis endast möjligt med mycket specialiserade mikroskop. I den här avhandlingen demonstreras dock växt i slutna celler med elektrontransparenta fönster. Även om tillståndet inne i cellerna under själva växten inte kunde mätas eller styras exakt, så möjliggjorde de slutna cellerna att växt av InAs-nanotrådar kunde studeras för första gången, och dessutom i ett konventionellt transmissionselektronmikroskop.
Publiceringsår
2013
Språk
Engelska
Fulltext
- Available as PDF - 20 MB
- Download statistics
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Centre for Analysis and Synthesis
Ämne
- Chemical Sciences
Nyckelord
- Transmission electron microscopy
- nanowires
- III-V semiconductors
- polarity
- in-situ TEM
Status
Published
Projekt
- A new way to grow nanowires: aerotaxy
Forskningsgrupp
- Nanometer structure consortium (nmC)
- nCHREM/ Reine Wallenberg
Handledare
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-7422-340-8
Försvarsdatum
31 januari 2014
Försvarstid
13:00
Försvarsplats
Lecture hall B, Kemicentrum, Getingevägen 60, Lund University Faculty of Engineering
Opponent
- Jordi Arbiol (Prof.)