Photonic structures based on silicon: Characterization and physical properties of Si-nanocrystals with defined sizes

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Die Herstellung von SiOx/SiO2 Übergitterstrukturen repräsentiert einen neuartigen und von uns zum Patent angemeldeten Herstellungsansatz für stark lumineszierende Siliziumnanokristalle. Die Realisierung von SiOx/SiO2 Übergitterstrukturen mittels reaktivem Verdampfen, thermischer Phasenseparation und Kristallisation ermöglicht dabei erstmals, Teilchengröße, Teilchendichte und Teilchenposition separat zu fixieren. Mit diesem Verfahren können die Siliziumnanokristalle in einer spezifischen Tiefe, mit einer gewünschten Anzahl von Schichten und einer spezifischen Dichte realisiert werden. Der Herstellungsprozess ist vollkompatibel zur normalen Siliziumtechnologie, ausgesprochen einfach und gut kontrollierbar. Das Verfahren erlaubt dabei, diese Strukturen auf ganzen Siliziumwafern herzustellen und in photonische Strukturen zu integrieren. Die Strukturen sollen mittels spektroskopischer und struktureller Verfahren korreliert auf ihre optischen und strukturellen Eigenschaften untersucht werden. Voruntersuchungen der Filme zeigen eine Photolumineszenz mit Intensitäten vergleichbar zu porösem Si und eine kontinuierliche Blauverschiebung der Maximumposition von 960 nm zu 810 nm mit kleiner werdendem Kristalldurchmesser. Aufbauend auf unseren bisherigen Vorarbeiten wollen wir die Strukturen einerseits hinsichtlich ihrer optischen Qualität und Beherrschbarkeit verbessern und andererseits durch Verkleinern der Schichtdicke zu Strukturen mit annähernd monodisperser Kristallgröße von unter 2 nm vorstoßen. Dies soll es ermöglichen, den Einfluss einer stark eingeschränkten Teilchengröße auf die optischen Eigenschaften zu untersuchen. Der Einbau dieser aktiven emittierenden Schichten in photonische Strukturen soll demonstriert werden.