Studienabschlussarbeiten

Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde das fluoreszierende Farbstoffmolekül Rubren hinsichtlich seiner Eignung als Sensormaterial zur Bestimmung der Wasserdampfdurchgangsrate von Barrierefolien untersucht. Als Referenzmethode wurde ein Calcium-Test aufgebaut und in Vergleichsexperimenten genutzt. Die Untersuchung der Empndlichkeit von Calcium und Rubren an Luft ergab, dass die mittels Rotationsbeschichtung hergestellten Rubrenfilme amorph sind. Weiterhin zeigte sich, dass Rubren nur unter Beleuchtung mit den Gasen der Atmosphäre reagiert und die Intensität der Beleuchtung bei weitestgehend reinen Rubrenlmen der limitierende Faktor ist. Der Vergleich von amorphen mit kristallinen Rubrenlmen zeigte, dass die amorphen Filme unter Beleuchtung über 2500 mal schneller mit Luft reagieren als die kristallinen. Trotz der hohen Sensitivität der amorphen Rubrenlme konnte der Rubren-Test nicht die aus dem Calcium-Test erwarteten Ergebnisse in Bezug auf die Bestimmung der Wasserdampfdurchgangsrate reproduzieren. Daraus lässt sich schließen, dass Rubren kein geeignetes Material für die Bestimmung von Wasserdampfdurchgangsraten ist. Aufgrund der hohen Sensitivität von Rubren an Luft sollte sich die entwickelte Methode jedoch für die Bestimmung von Sauerstoffdurchgangsraten eignen.

In dieser Arbeit werden die Systeme: Dibenzotetraphenylperiflanthen (DBP) auf Gold(111) sowie die mit Wasserstoff passivierte Galliumnitrid (1-100)-Oberfläche mittels hochaufgelöster Elektronenenergieverlustspektroskopie (HREELS) charakterisiert.

Erzeugung funktioneller molekularer Strukturen, die durch das Bottom-Up-Prinzip entstehen, wird zum zunehmend erwarteten technologischen Durchbruch. Die vorliegende Untersuchung der Adsorption von Mangan Phthalocyanin auf der hoch-plastischen und anisotropen Au (110) - Oberfläche ist ein Versuch, die Prozesse der Selbstorganisation in Nanoskala, in einem metall/metall-organischen System zu beschreiben. Mit der Rastertunnelmikroskopie untersucht wurde die Morphologie von MnPc auf Au (110) mit niedrigen Submonoschicht-Bedeckung bis zu einem dünnen Film. Eine Reihe von großskaligen Strukturen im Wachstum einer Monoschicht wurde identifiziert und deren Geometrie wurde beschrieben. Auch die elektronischen Eigenschaften der MnPc in verschiedenen ausgewählten Adsorption-Konfigurationen wurden untersucht. Eine vielfältige und gut definierte Morphologie dieses Systems ermöglichten eine systematische Analyse der Ergebnissen der Tunnelspektroskopie. Dementsprechend wurde eine Reihe von Tunnelspektroskopie-Messungen durchgeführt und daraus die HOMO-LUMO-Lücke für die chemisorbierten MnPc auf Au (110) geschätzt. Die Karten der lokalen Zustandsdichte lösten die Geometrie der Molekülorbitale in adsorbierter MnPc auf. Darüber hinaus zeigten die I/U-Spektren der Doppelschicht MnPc auf Au (110) klare Eigenschaften der negativen differenziellen Leitfähigkeit (NDC), die bei positiver und bei negativer Tunnelspannung auftreten. Um den Ursprung dieses Phänomens zu untersuchen, wird ein Modell der Doppeltunnelbarriere (DBTJ) vorgeschlagen. Anschließend wurden die Ergebnisse der numerischen Simulation mit den experimentellen Befunden verglichen.

In der vorliegenden Arbeit wird das selbstkatalytische Indiumarsenid Nanodraht-Wachstum hinsichtlich der Silizium-Vorbehandlung und verschiedener Prozessparameter analysiert. Weiter findet eine Untersuchung der für das Wachstum notwendigen Siliziumoxidschicht statt. Ziel der Arbeit ist es, den Einfluss verschiedener Prozessparameter auf das Wachstum zu verstehen und Möglichkeiten zu finden, dieses zu beherrschen. Um dies zu untersuchen sind die Indiumarsenid Nanodrähte in einer Anlage für metallorganische Gasphasenprozesse (MOCVD) auf Silizium(111)0˚ hergestellt worden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Dicke der Siliziumoxidschicht, welche durch das Spülen mit Milliporewasser aufgebracht wird, einen entscheidenden Einfluss auf das selbstkatalytische Nanodraht-Wachstum sowohl quantitativ als auch auf die Wachstumsrichtung hat. Messungen mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) und dem Rasterkraft-mikroskop (AFM) ergaben, dass bei einer Oxidschichtdicke von 18 âÅ (60 Sek. Spülzeit), in Bezug auf senkrechte InAs-Nanodrähte, das beste Wachstumsergebnis erzielt wurde. Die zusätzliche Oxidation an der Luft zeigt dagegen, im für diese Arbeit relevanten Zeitrahmen, nur einen vernachlässigbaren Einfluss. Durch ein Annealing im Reaktor (bei 635˚C; zehn Min.) werden eine Reduzierung der Siliziumoxidschichtdicke, sowie die Öffnung von Poren erreicht. Des Weiteren ist eine Minimierung des Wachstums, in die zur senkrechten alternativen (111)-Wachstumsrichtungen, durch eine fünfminütige Arsen-Terminierung der Oberfläche erreicht worden. REM-Aufnahmen verdeutlichen, dass die Kombination aus Terminierung und Katalysatorzugabe (zehn Sek. langen In-Push) das beste Wachstumsergebnis, in Bezug auf senkrecht gewachsene Drähte, liefert. Weiter werden die Abhängigkeiten der Wachstumsraten in (111)- und (1-10)-Richtung von verschiedenen Prozessparametern (Wachstumszeit, Wachstumstemperatur, V/III-Verhältnis und V/III-Flussmenge) dargelegt. Abschließend ist eine Möglichkeit untersucht worden, mit Hilfe von zwei verschiedenen Al2O3-Schablonen-Typen, eine regelmäßige Anordnung der InAs-Nanodrähte zu erreichen.

Durch die Verwendung von Galliumnitrid mit einer unpolaren m-plane Oberfläche kann die Effizienz von Bauelementen in der Sensor- und LED-Technik im Vergleich zu denen mit c-plane Oberflächen gesteigert werden. Zusätzlich eröffnen sie die Möglichkeit, an Galliumnitridnanodrähten photokatalytisch Wasser in seine Bestandteile zu spalten. Da für diese Anwendungen die Wechselwirkung der Oberfläche mit Sauerstoff und Wasser von großer Bedeutung ist, ebenjene Interaktion untersucht. Weil eine Passivierung der Oberfläche für technische Prozesse ebenfalls von großem Interesse ist, wurde auch die Adsorption von Wasserstoff an der Oberfläche betrachtet. Dabei wurden mittels plasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie ca. 80 nm dicke Schichten auf einen GaN-Substrat mit einer (1-100)-Oberfläche aufgewachsen. Es erfolgte eine Bestimmung der Bandverbiegung, der Austrittsarbei und eine Untersuchung der Valenzbandstruktur. Anschließend wurde Wasser beziehungsweise Sauerstoff an der Oberfläche unter verschiedenem Druck angeboten. Beim Adsorptionsprozesse unter geringem Druck konnte die Änderung der Valenzbandstruktur mittels UPS über die Zeit untersucht werden, wobei die Entstehung ausgeprägter, neuer Strukturen beobachtet werden konnte. Es ergab sich nach dem Angebot von Sauerstoff eine kleinere Aufwärtsbandverbiegung und die Ausbildung eines positiven Oberflächendipolpotentials. Für die Interaktion unter größerem Druck änderte sich die Bandverbiegung weniger. Der Oberflächendipol besaß dennoch die gleiche Energie. Somit wird bei der Adsorption von Sauerstoff an diese unpolare Oberflächen von GaN die Elektronenverarmungsschicht der Oberfläche druckabhängig abgebaut. Zudem konnte festgestellt werden, dass die Sauerstoffmoleküle nur an die Stickstoffmoleküle der Oberfläche anbinden und dabei der Oberflächenzustand abgesättigt wird. Für die Wechselwirkung mit Wasser konnte ein ähnliches Ergebnis ermittelt werden. Die Wassermoleküle binden unter Absättigung des Oberflächenzustands an die Oberfläche und bauen die Elektronenveramungsschicht durch eine Änderung der Bandverbiegung ab. Dies bedeutet ein Abflachen der Bänder bis hin zum Flachbandfall. Durch eine Adsorption von Wasserstoff an die frisch präparierte Oberfläche konnte abschließend eine metastabile Passivierung der Oberfläche gegenüber Sauerstoff und Wasser erzielt werden.