ISBN 978-3-8439-3515-9

978-3-8439-3515-9, Reihe Nanotechnologie

Monika Marta Kobylinski
Synthese, Strukturaufklärung und Steuerung des Kristallwachstums von zweidimensionalen IV-VI-Halbleiternanostrukturen

201 Seiten, Dissertation Universität Hamburg (2017), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Zweidimensionale Nanostrukturen aus IV-VI-Halbleitermaterialien gewannen in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung. Zinn(II)sulfid (SnS) und Zinn(II)selenid (SnSe) gelten als besonders interessante Vertreter dieser Halbleitermaterialien, da sie durch ihre anisotrope, geschichtete Kristallstruktur bevorzugt zweidimensional wachsen und eine geringe Toxizität aufweisen. Darüber hinaus besitzen sie durch ihre herausragenden physikalischen Eigenschaften ein großes Potential für den Einsatz als Lochleiter in der Photovoltaik. Ein weiterer bedeutsamer Vertreter der IV-VI-Halbleitermaterialien ist Zinn(II)tellurid (SnTe). Es besitzt eine isotrope Kristallstruktur und ist als topologischer kristalliner Isolator (TCI, engl.: Topological Crystalline Insulator) bekannt, was bedeutet, dass es auf der Oberfläche einen nahezu verlustfreien Ladungstransport aufweist und gleichzeitig im Innern als Isolator wirkt. Damit Nanoplättchen aus diesen erfolgsversprechenden Halbleitermaterialien gezielt für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden können, müssen Synthesen entwickelt werden, die eine Größen- und Formkontrolle ermöglichen.

Ziel dieser Arbeit war vor allem die Synthese-Entwicklung von zweidimensionalen Nanoplättchen aus SnS, SnSe und SnTe mittels einer nasschemischen Methode. So konnten hexagonal geformte SnS-Nanoplättchen mit Längen von etwa 1 µm, Breiten von etwa 500 nm und Dicken von etwa 20 − 25 nm hergestellt werden. Durch Untersuchungen einzelner Reaktionsparameter konnte eine Größen- und Formkontrolle sowie eine Kontrolle über die Kristallwachstumsart nach der Burton-Cabrera-Frank-Theorie (BCF-Theorie) erzielt werden. Um ein besseres Verständnis des anisotropen Wachstums hexagonal geformter SnS-Nanoplättchen zu erhalten, wurde der Wachstumsmechanismus untersucht.

Die entwickelte Synthese-Route zur Herstellung von SnS-Nanoplättchen konnte erfolgreich

auf die Synthese zweidimensionaler SnSe-Nanoplättchen übertragen werden. Hier konnte eine Kontrolle über die Kristallwachstumsart nach der BCF-Theorie über direkte und indirekte Konzentrationsveränderung erzielt werden.

Darüber hinaus gelang es, die entwickelte Synthese zur Herstellung von SnS-Nanoplättchen auf die Herstellung zweidimensionaler SnTe-Nanoplättchen anzuwenden.