20% off DeltaTime Fluorescence Lifetime System Upgrade

There are 2 related live offers.

Horiba - DeltaTime - 20% Off | DeltaTime TCSPC Half Price | See All
Related Offers

III-Nitrid Halbleiter Nanowires - Neue Materialien für die Optoelektronische und Energie-Anwendungen

durch Dr. George Wang

Dr. George T. Wang, Allgemeines Bauteil des Technischen Personals, FestkörperBeleuchtungs-Wissenschafts-Energie-Grenzforschungszentrum, Sandia-Nationale Laboratorien
Entsprechender Autor: gtwang@sandia.gov

Eine Forschung auf dem Gebiet einer Halbleiter nanowires ist exponential in den letzten zehn Jahren gewachsen, wenn viel Aufmerksamkeit auf ihre Synthese, grundlegenden Eigenschaften und möglichen Anwendungen sich konzentriert. Nanowires sind hohes Längenverhältnis, Kabel ähnliche Zellen mit den Durchmessern, die gewöhnlich von einigen nm zu einigen hundert nm reichen. Nanowires enthielt von praktisch jeder Halbleiteranlage, einschließlich Si/Ge, II-Kräfte und III-Gegen, sind synthetisiert worden bis jetzt und aufweisen eine Vielzahl von interessanten Morphologien einschließlich sechseckiges, rechteckiges, dreieckiges, zylinderförmiges und sich verzweigten sogar.

Zinsen an Halbleiter nanowires sind im Großen Teil zu ihren eindeutigen thermischen, mechanischen, optischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften, zu einem Ergebnis ihres hohen Oberfläche-zuvolumen Verhältnisses und zu ihrer Größe passend, die einige körperliche Schuppen der charakteristischen Länge, wie die ExcitonDiffusionslänge und der Bohr-Radius, UV-sichtbare Wellenlängen, mitllere freie Weglänge des Phonons und kritische Größe von magnetischen Gebieten sich schneidet. Diese neuen Eigenschaften haben zu einige faszinierende Vorführungen von Halbleiter nanowires als einzelne oder integrierte nanoscale Elemente in einer Vielzahl von den Anwendungen geführt, die vom thermoelectrics, nanophotonics, Ermittlen, piezoelectrics, Energieernten und -speicher und nanoelectronics reichen.1

Die III-Nitride (AlGaInN) sind technologisch wichtige direkte BandGap-Halbleiter, die über einem sehr breiten und attraktiven Energiebereich vom UV zu sichtbarem an Infrarotwellenlängen absorbieren und abgeben und sind die Basis für Handelsprodukte wie sichtbare Leuchtdioden (LEDs) und blaue Laserdioden (z.B. BluRay). Als solches werden die nanowires, die auf III-Nitrid Halbleitern basieren, für möglichen Gebrauch in LED, Laser, photovoltaics, Wasserverbindungsaufspaltung erforscht, Hochgeschwindigkeits-/Leistungselektronik und andere Anwendungen.

Jedoch bevor solche nanowire-basierten Anwendungen praktisch verwirklicht werden können, existieren einige Herausforderungen in den Bereichen esteuerter und bestellter nanowire Synthese, Fälschung von hoch entwickelten nanowire Heterostrukturen und von Verständnis und von Steuerung der nanowire thermischen, elektrischen, mechanischen und optischen Eigenschaften. An Sandia-Nationalen Laboratorien im Rahmen des FestkörperBeleuchtungs-Wissenschafts-Energie-Grenzforschungszentrums und anderer Programme, forschen Dr. George T. Wang und Kollegen die Synthese und die Eigenschaften von III-Nitrid basierten nanowires mit dem Ziel des Ansprechens dieser vielen Herausforderungen nach.

Halbleiter nanowires können durch eine Vielzahl von Techniken, einschließlich die bottom-up-Anflüge fabriziert werden, die häufig einen nanoscale Metallkatalysatorpartikel mit einbeziehen, um Wachstum 1D über die Dampf-Flüssigkeit-feste Vorrichtung (VLS), auf top-down lithographische Anflüge zu verweisen. Während beide synthetischen Anflüge bei Sandia erforscht werden, ist der Hauptfokus auf VLS-basiertem Wachstum von GaN und von III-Nitrid Kernshell nanowires unter Verwendung des Metall-organischen chemischen Bedampfens gewesen (MOCVD). Abbildung 1 zeigt das Schablone-freie, ausgerichtete Wachstum von GaN-nanowires auf einer Saphirsubstratfläche über diese Methode.

Die hohe nanowire Dichte und der Grad an vertikaler Ausrichtung, die für vertikale Einheitsintegration wünschenswert ist, wird durch die richtige Auswahl der Kristallrichtung der Substratfläche und vorsichtige Regelung des Metallkatalysators sowie der Wachstumszustände erzielt.2-4 Die nanowires sind einzelne Kristalle, mit dreieckigen Querschnitten (Abbildung 1b), und sind von den Einheit-schädlichen Defekten frei, die als Versetzungen bekannt sind, die in III-Nitrid Filmen geläufig sind. Diese hohe kristallene Qualität der nanowires, zusammen mit der Fähigkeit zu machen lackierte und Legierungsheterostrukturen über einer breiten, melodischen bandgap Reichweite, macht sie attraktive Kandidaten für Energiesparende Einheiten.

Abbildung 1. (a) Rasterelektronenmikroskop (SEM)bild ausgerichteten GaN-nanowire Wachstums auf Saphir; (b) Durchstrahlungselektronenmikroskop (TEM)bild eines GaN-nanowire mit der AlGaN-Shellschicht, die seinen dreieckigen Querschnitt zeigt.

Eine Vielzahl von nanocharacterization Techniken wird auch von Dr. Wang und seine Kollegen eingesetzt, um die nanowire Eigenschaften zu verstehen und schließlich zu verbessern. Zum Beispiel werden räumlich-entschlossene Cathodoluminescenceexperimente verwendet, um die Frequenzen und die Intensität der Lichtemission von diesen nanowires mit nanoscale Auflösung, wie in5 Abbildung 2. gezeigt abzubilden.

Dieses und andere optische Techniken, die dem Studieren dieser nanostructures, einschließlich NahfeldRastermikroskopie und die ultraschnellen6 und tief-stufigen7 optischen Spektroskopie angepasst worden sind8, haben Sonderkommandos wie der Ursprung und die Konzentration von Verunreinigungen und von anderen Punktdefekten in den nanowires, mit dem Ziel der Verringerung sie und ihre Auswirkung auf nanowire-basierte Einheiten aufgedeckt. Starke 3D9 und in-situelektronenmikroskopietechniken10 haben zum Beispiel aktiviert die körperliche Aufschlüsselung einer nanowire Einheit unter hoher elektrischer Leistung in der Istzeit an Atom-schuppe Auflösungen beobachtet.11

Abbildung 2. (a) Cathodoluminescence (CL)bild, das Blaulichtemission von GaN-/InGaNkernshell nanowires zeigt; (b) KONTROLL-LISTEN-Bild, das Defekt-bedingte gelbe Lumineszenz von der Oberflächenregion eines GaN-nanowire zeigt.

Zusätzlich zu einzelnen nanowire Einheiten können Ensembles von nanowires auf die interessanten und günstigen Arten auch wirksam eingesetzt werden. Bei Sandia haben Dr. Wang und Kollegen eine Technik, die vertikal ausgerichtete GaN-nanowire Reihen als Schablone der hohen Qualität für das Wachstum von GaN-Filmen der hohen Qualität auf den billigen verwendet, Gitter-schlecht zusammengestellten Substratflächen, wie in Abbildung 3. gezeigt entwickelt.12 Die nanowires dienen als konforme „Brücken“ der Spannung zwischen dem verschmolzenen GaN-Film und dem Zugrunde liegen, Gitter-schlecht zusammengestellte Saphirsubstratfläche, die die Hilfen, zum von Defektentstehung im GaN-Film herabzusetzen und von Einheitsleistung folglich zu verbessern.

Wiedergabe der Abbildung 3. (a) Künstlers des nanowire-templated Wachstums eines GaN-Filmes; (b) Querschnitts-SEM-Bild, das Vorführung nanowire-templated GaN-Wachstums zeigt.

Zusammenfassend intrigieren III-Nitrid Halbleiter nanowires neue Zellen, die großes Versprechen zeigen, wie effizient, nanoscale Bausteine für die Anwendungen, die von der Festkörperbeleuchtung reichen und Bildschirmanzeigen bis zu photovoltaics. Viele Bemühungen sind auf der ganzen Welt aktuell laufend, ihre Synthese und Eigenschaften besser zu verstehen, um ihr volles Potenzial zu verwirklichen.

Quittungen

Finanzierung DAMHIRSCHKUH von Grundlegendem Technologie Labor- (BES), Sandias der Energie-Wissenschafts-DMSE, DAMHIRSCHKUH EERE Nationales Energie LDRD-Programm und Sandias vom FestkörperBeleuchtungs-Wissenschafts-Energie-Grenzforschungszentrum (DAMHIRSCHKUH BES). Sandia-Nationale Laboratorien ist ein Multiprogrammierungslabor, das durch Sandia Corporation, eine insgesamt besessene Tochtergesellschaft von Lockheed Martin-Firma, für die US-Abteilung der Nationalen Kerndie Sicherheits-Verwaltung der Energie unter Vertrag DE-AC04-94AL85000 bedient wird.


Bezüge

1. A.I. Hochbaum, P.D. Yang, „Halbleiter Nanowires für Energie-Umwandlung“, Chemische Zusammenfassungen, 110, 527 2010.
2. Q. Li, G.T. Wang, „die Rolle von Zusammenstößen im Ausgerichteten Wachstum von Vertikalem Nanowires“, J. Cryst. Wachstum (die Niederlande), 310, 3706 2008.
3. Q. Li, G.T. Wang, „Verbesserung in Ausgerichtetem Wachstum GaN Nanowire unter Verwendung der Submonolayer Ni-Katalysator-Filme“, Appl. Phys. Lett., 93, 043119 2008.
4. G.T. Wang, A.A. Talin, D.J. Werder, J.R. Creighton, E. Lai, R.J. Anderson, Kennzeichnung I. Arslan, „In Hohem Grade übereingestimmt, Schablone-freies Wachstum und von vertikalen GaN-nanowires auf Saphir durch Metall-organische Absetzung des chemischen Dampfes“, Nanotechnologie, 17, 5773 2006.
5. Q.M. Li, G.T. Wang, „Räumliche Verteilung von Defekt-Lumineszenz in GaN Nanowires“, Nano--Lett., 10, 1554 2010.
6. L. Baird, G.H. Ang, C.H. Low, N.M. Haegel, A.A. Talin, Q.M. Li, G.T. Wang, „Darstellungsminderheits-Ladungsträgerdiffusion in GaN-nanowires unter Verwendung der optischen Mikroskopie des Nahfelds“, Physica B, 404, 4933 2009.
7. P.C. Upadhya, Q.M. Li, G.T. Wang, A.J. Fischer, A.J. Taylor, R.P. Prasankumar, „der Einfluss von Defektzuständen auf Ungleichgewichttransportunternehmerdynamik in GaN-nanowires“, Halbleiter-Wissenschaft Und Technik, 25, 2010.
8. A. Armstrong, Q. Li, Y. Lin, A.A. Talin, G.T. Wang, „GaN-nanowire Oberflächenzustand beobachtet unter Verwendung der tiefen waagerecht ausgerichteten optischen Spektroskopie“, Appl. Phys. Lett., 96, 2010.
9. I. Arslan, A.A. Talin, G.T. Wang, „Dreidimensionale Sichtbarmachung von Oberflächenfehlern im Kern-Shell Nanowires“, Zapfen von Physikalischer Chemie C, 112, 11093 2008.
10. Y. Lin, Q. Li, A. Armstrong, G.T. Wang, „In-situelektrische Kennzeichnung des Rasterelektronenmikroskops von GaN-nanowire nanodiodes unter Verwendung des Wolframs und der Wolfram-/Gallium nanoprobes“, Festzustand Commun. (USA), 149, 1608 2009.
11. T. Westover, R. Jones, J.Y. Huang, G. Wang, E. Lai, A.A. Talin, „Photoluminescence, Thermischer Transport und Zusammenbruch in Joule-Erhitztem GaN Nanowires“, Nano--Lett., 9, 257 2009.
12. Q. Li, Y. Lin, J.R. Creighton, J.J. Figiel, G.T. Wang, „seitliche Epitaxie Nanowire-templated Niedrigversetzung Dichte apolaren Einflugzeuges GaN auf Rflugzeug Saphir“, Adv. Mater., 21, 2416 2009.

Copyright AZoNano.com, Dr. George T. Wang (Sandia-Nationale Laboratorien)

Date Added: Aug 11, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:12

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit