Nucleation and growth of metastable Ge1-xSnx alloy nanowires with high tin content

Michael Stanislaus Seifner, Sven Christian Barth
2016
In dieser Arbeit wird das erste Bottom-up-Verfahren zur Herstellung von Ge1-xSnx Nanodrähten mit einem hohen Zinngehalt von 12.4 ± 0.6 % und konstantem Durchmesser entlang der Wachstumsachse vorgestellt. Die erfolgreiche Synthese basiert auf molekularen Vorstufen, die in einem Mikrowellenprozess thermisch zersetzt werden. Der Schlüssel zum Erfolg wird dem Verhältnis der auftretenden Intermediaten in der Mischung, der Vorbehandlung dieser Vorstufenmischung und den vergleichsweise geringen
more » ... turen während der Synthese zugeschrieben. Die unterschiedlichen Strukturen der synthetisierten Nanodrähte legen das Auftreten verschiedener Wachstumsregime nahe, welche der Zersetzung unterschiedlicher homo- und heterometallischen Vorstufen, und der damit verbundenen Festlegung des Germanium-Zinn-Verhältnisses, zugeschrieben werden können. Diese Erkenntnisse machen ein kontrolliertes Wachstum von Ge1-xSnx Nanodrähten mit konstantem Durchmesser und einem hohen Zinngehalt möglich. EDX-Elementverteilungsmessungen zeigen eine gleichmäßige Verteilung von Zinn im Germaniumgitter, während HRTEM-Bilder die hohe Kristallinität der Nanodrähte bestätigen. Zur Bestimmung des Zinngehalts wurden komplementäre XRD-, Raman- und EDX-Messungen durchgeführt. HRTEM-Bilder legen eine orientierte Anlagerung während des Nukleationregimes der Ge1-xSnx Nanodrähte mit konstantem Durchmesser nahe. Außerdem konnte gezeigt werden, dass bei Ge1-xSnx Nanodrähte mit abnehmendem Durchmesser in Richtung der Spitze des Nanodrahtes mehr Zinn in das Germaniumgitter eingebaut werden kann. Der höhere Zinngehalt kann auf einen effektiveren Abbau von Verspannungen über die Oberfläche des Nanodrahtes mit geringerem Durchmesser erklärt werden. Diese Ergebnisse liefern sehr wichtige Erkenntnisse, die zur kontrollierten Synthese von nanoskaligem, metastabilem Ge1-xSnx verwendet werden können.
doi:10.34726/hss.2016.33769 fatcat:vqlepodzgrgzjcoqa4rlfutu6e