Structural and morphological TEM characterization of GaAs based nanowires

URN zum Zitieren dieses Dokuments:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-255927
DOI zum Zitieren dieses Dokuments:: 10.5283/epub.25592

Soda, Marcello

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Veröffentlichungsdatum dieses Volltextes: 30 Nov 2012 09:17

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Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	30 November 2012
Begutachter (Erstgutachter):	Prof. Dr. Josef Zweck
Tag der Prüfung:	3 Februar 2012
Institutionen:	Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Entpflichtete oder im Ruhestand befindliche Professoren > Lehrstuhl Professor Back > Arbeitsgruppe Josef Zweck
Stichwörter / Keywords:	GaAs, Nanowire, TEM
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	25592

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Zusammenfassung (Englisch)

Zusammenfassung (Englisch)

The question of a structural and morphological characterization of GaAs based nanowires is the research interest of this thesis.
For this purpose standard and analytical transmission electron microscopy techniques were employed. New investigation methodologies are introduced in order to obtain a reliable interpretation of the results. The principal motivation on developing a new investigation method is the necessity to relate the results of crystal structure and morphology characterizations to microscopic and NW-specific parameters and not to macroscopic and general growth parameters. This allows a reliable comparison of NW characteristics and enhances the comprehension of their growth mechanism.The analysis of the results on crystal structure investigations, assuming this new perspective, delivers the fundamental finding that the axial growth of Au-assisted GaAs NWs can change in a pseudo Ga-assisted growth due to a non steady-state regime of the Ga accumulation process in the liquid droplet. The attempt to associate the observed crystal structures to one of these two growth modes reveals that zinc blende segments are most probably generated when a pseudo Ga-assisted growth occurs.
This experimental evidence is in accordance with investigations developed by Glas et al. and Spirkoska et al. and with the current understanding of the NW growth mechanism and unifies the interpretation of catalytic growth of GaAs NWs.
A Mn doped GaAs shell deposited at low temperature on core GaAs NWs is characterized for the first time. The growth is found to be epitaxial and to confer the quality of the core crystal to the shell crystal. As a consequence a high stacking fault density of the core NW limits the temperature of the shell growth due to the formation of clusters. Cross sections of (Ga,Mn)As shells are investigated. Simple kinetic and thermodynamical considerations lead to the conclusion of morphological instability of the low temperature radial growth. Analytical measurements on a shell cross section reveal the presence of Mn segregation effects and suggest, as a first interpretation, a higher diffusion coefficient on the (Ga,Mn)As wurtzite surfaces for Ga than for Mn adatoms.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der strukturellen und morphologischen Charakterisierung von GaAs basierten Nanodrähten.
Die Untersuchungen werden mit standard und analytische Transmissionselektronenmikroskopie-Techniken durchgeführt. Neue Untersuchungsmethoden werden eingeführt um eine zuverlässige Interpretation der Ergebnisse zu erzielen. Die Berücksichtigung bei der strukturellen und morphologischen Charakterisierung von mikroskopische und Nanodraht-spezyfische parameter statt makroskopische Wachstumsparameter ermöglicht ein zuverlässiges Vergleichen von Nanodraht-Eigenschaften und erweitert das Verständnis über das Wachstumsmechanismus der Nanodrähte. Die Analyse der experimentellen Daten führt zu dem Ergebnis dass das axiale Au-assisted Wachstum von GaAs Nanodrähte in einem pseudo Ga-assisted Wachstum übergehen kann. Das wird mit einem non steady-state regime des Ga-Akkumulation Prozesses in dem flüssigen Tröpfchen begründet. Die Zuordnung der krystallinen Phase der Nanodrähte zu der jeweiligen Wachstums-Modus führt zu der Erkenntniss dass zinc-blende Segmente mit einer höheren Wahrscheinlichkeit während eines pseudo Ga-assisted Wachstums generiert werden. Dieser experimentelle Beweis stimmt mit Untersuchungen von Glas et al. and Spirkoska et al. überein. Außerdem wird dadurch die Interpretation des katalytischen Wachstums der GaAs Nanodrähte vereinigt.
Eine Mn-dotierte GaAs Schale wurde unter niedrige Temperatur Bedingungen (190 °C) radial auf die GaAs core Nanodrähte abgeschieden. Eine solche Schale wird in dieser Arbeit für das erste mal charakterisiert.
Das epitaktische Wachstum der (Ga,Mn)As Schale konnte bewiesen werden. Die Untersuchungen an Nanodraht-Querschnitte, zusammen mit einfachen kinetische und thermodynamischen Überlegungen, führen zu der Schlussfolgerung dass das radiale Wachstum der (Ga,Mn)As Schale bei einer Temperatur von 190 °C morphologische Instabilität induziert. Die Beobachtung einer Veränderung der Querschnittsgeometrie bestätigt diese Hypothese. Analytische Messungen zeigen Mn-Segregation und weisen auf einem höheren Diffusion-Koeffizient für Gallium Adatome in Vergleich zu Mangan Adatome auf der (Ga,Mn)As wurtzite Oberfläche.

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