GaAs-Nanonadeln: Quantenchemische Untersuchungen zur Stabilität und zum Mechanismus des katalysatorgestützten VLS (vapour-liquid-solid)-Wachstums

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Halbleiternanonadeln besitzen ein großes technologisches Anwendungspotential in elektronischen und optoelektronischen Nanobauteilen. Voraussetzung für technologische Anwendungen ist die wohldefinierte Herstellung bezüglich Zusammensetzung, Struktur, Morphologie und geometrischer Anordnung auf einem Substrat. Hierfür wiederum ist ein grundlegendes physikalisches und chemisches Verständnis der Wachstumsprozesse erforderlich. In diesem Projekt sollen quantenchemische Untersuchungen zum katalysatorgestützten VLS (vapour-liquid-solid)-Wachstum von GaAs-Nanonadeln auf einer GaAs((1(1(1)B-Unterlage durchgeführt werden. Als Katalysator wird Gold, gegebenenfalls weitere geeignete Materialien, benutzt. Um Aussagen zur Wirksamkeit des Katalysators, zu den Möglichkeiten einer gezielten Beeinflussung des Wachstums auf Seitenflächen und auf der Substratunterlage durch äußere Reaktionsbedingungen (Temperatur, Konzentrationsverhältnis der Precursormoleküle) sowie zur Wachstumsrichtung der Nanonadeln zu gewinnen, werden Reaktionsmechanismen der in der Praxis üblichen Precursormoleküle Trimethylgallium (Ga(CH3)3), Trimethylarsen (As(CH3)3), Arsin (AsH3), aber auch Gallan (GaH3) an der Oberfläche des Katalysators, den Seitenwandfacetten und auf dem freien Substrat untersucht. Aus Oberflächenstabilitätsdiagrammen für mögliche Seitenwandfacetten werden Informationen über die Morphologie der Nanonadeln in Abhängigkeit von den äußeren Reaktionsbedingungen gewonnen. Die relative Stabilität der realen Nadeln (Durchmesser: 1 - 100 nm) soll in Abhängigkeit von Kristallstruktur (kubisch oder hexagonal), Durchmesser, Querschnittsform und Wachstumsbedingungen durch Modellierung der Nadeln aus Oberflächen- und Volumenanteilen erhalten werden.