In situ-Photolumineszenzuntersuchungen an durch Laserpyrolyse hergestellten Silicium-Nanoclustern

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In einem Strömungsreaktor werden Cluster und nanoskalige Partikel aus Silicium durch CO2-Laser-Pyrolyse von Silan aus der Gasphase erzeugt und durch eine konische Düse in eine Molekularstrahlapparatur überführt. Anschließend werden die durch die Expansion abgekühlten Nanoteilchen ionisiert und in einem Flugzeitmassenspektrometer analysiert. Durch Einsatz eines Choppers in den Clusterstrahl ist es möglich, die Partikelgrößenverteilung erheblich einzuengen und monokristalline Silicium-Nanoteilchen größenselektiv auf geeigneten Substraten abzuscheiden. Im Mittelpunkt steht die Untersuchung der Photolumineszenz (PL) der Silicium-Nanoteilchen als Funktion der Teilchengröße. Außerdem werden die Temperatur- und Zeitabhängigkeit der Photolumineszenz sowie der Einfluß der Oberflächenpassivierung (Oxidation, Hydrierung) untersucht. Um eine kontrollierte Passivierung durchführen zu können, müssen die Lumineszenz-Experimente in derselben Vakuumapparatur stattfinden, in der die Teilchen erzeugt werden. Durch Einbetten der Silicium-Nanoteilchen in eine kryogene Matrix wird die Oberflächenpassivierung "eingefroren". Zusätzlich werden die PL-Untersuchungen von einer Charakterisierung mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie (HREM) begleitet.