TY - THES

T1 - Leitfähigkeitsuntersuchungen an ZnO Nanostäben mittels Rasterkraftmikroskopie

AU - Wang, Lin

N1 - gesperrt bis null

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Aufgrund des Abbildungsprinzips erlaubt die Rasterkraftmikroskopie (AFM) die quantitative morphologische Charakterisierung von Oberflächennanostrukturen. Mit einer leitfähigen Sonde ist auch die Untersuchung von elektrischen Eigenschaften auf der Nanometerskala möglich. Hier wird das AFM zur Messung morphologischen und elektrischen Eigenschaften von ZnO Nanostäben eingesetzt. ZnO verfügt über viele hervorragende und besondere Eigenschaften, die es für Technik & Wissenschaft interessant machen. Es hat piezoelektrische Eigenschaften, ultraviolette (UV) Strahlungsemission, Leitfähigkeit bei Transparenz im optischen Bereich, Bio-Sicherheit, hohe Exzitonbindungsenergie usw. Als Halbleiter ist es aufgrund seiner großen Bandlücke von 3,37 eV ein interessantes Material für optoelektronische Anwendungen im nahen UV Spektralbereich. Für die Anwendung von ZnO Nanostäben ist es notwendig, ihre Position, Richtung und Form zu kontrollieren. Für senkrecht stehende ZnO-Nanostäbe wurden topographische Daten wie 3D Form, Durchmesser und Höhenvariation ermittelt. Die Morphologien der ZnO NRs hängen stark von Substrattyp (Si(100), FTO) und Wachstumsmethode ab. Der durchschnittliche wahre Durchmesser der durch thermisches Verdampfen (TE) hergestellten NRs ist im Bereich von 200 nm bis 370 nm viel größer als der durch hydrothermisches Wachstum (HT) erzeugten NRs (um 100 nm). Die Höhenvariation (max. gefundene Höhenunterschied) für die TE Probe ist im Bereich zwischen 100 nm und 820nm. Für die HT NR Probe ist die Höhenvariation im Bereich zwischen 40 nm und 220 nm. C-AFM mit einer leitend beschichteten Sonde wurde für die Untersuchung der lokalen elektrischen Leitfähigkeit einzelner Nanostäbe benutzt. Ab einer gewissen Kraft zwischen Probe und Spitze bildet sich ein stabiler Schottky-Kontakt aus. Diese Nano-Kontakte werden über zwei wesentliche Parameter beschrieben: Idealitätsfaktor und Schottky-Barrieren-Höhe. Beide Parameter wurden aus lokalen Strom-Spannungs-Messungen ermittelt, und sie sind abhängig von den unterschiedlichen Proben und den Kontaktkräften. Die Barrierehöhe der TE ZnO NRs ist (0,15±0,01) eV und kleiner als die 0,23 eV Barrierehöhe der HT ZnO NRs. Die Schottky-Dioden zwischen Spitze und oberer Facette der ZnO NRs sind nicht ideal, da die gefundenen Idealitätsfaktoren für alle Proben größer als 1 sind. Die Ergebnisse demonstrieren generell die hohe Leitfähigkeit der ZnO-Nanostäbe.

AB - Aufgrund des Abbildungsprinzips erlaubt die Rasterkraftmikroskopie (AFM) die quantitative morphologische Charakterisierung von Oberflächennanostrukturen. Mit einer leitfähigen Sonde ist auch die Untersuchung von elektrischen Eigenschaften auf der Nanometerskala möglich. Hier wird das AFM zur Messung morphologischen und elektrischen Eigenschaften von ZnO Nanostäben eingesetzt. ZnO verfügt über viele hervorragende und besondere Eigenschaften, die es für Technik & Wissenschaft interessant machen. Es hat piezoelektrische Eigenschaften, ultraviolette (UV) Strahlungsemission, Leitfähigkeit bei Transparenz im optischen Bereich, Bio-Sicherheit, hohe Exzitonbindungsenergie usw. Als Halbleiter ist es aufgrund seiner großen Bandlücke von 3,37 eV ein interessantes Material für optoelektronische Anwendungen im nahen UV Spektralbereich. Für die Anwendung von ZnO Nanostäben ist es notwendig, ihre Position, Richtung und Form zu kontrollieren. Für senkrecht stehende ZnO-Nanostäbe wurden topographische Daten wie 3D Form, Durchmesser und Höhenvariation ermittelt. Die Morphologien der ZnO NRs hängen stark von Substrattyp (Si(100), FTO) und Wachstumsmethode ab. Der durchschnittliche wahre Durchmesser der durch thermisches Verdampfen (TE) hergestellten NRs ist im Bereich von 200 nm bis 370 nm viel größer als der durch hydrothermisches Wachstum (HT) erzeugten NRs (um 100 nm). Die Höhenvariation (max. gefundene Höhenunterschied) für die TE Probe ist im Bereich zwischen 100 nm und 820nm. Für die HT NR Probe ist die Höhenvariation im Bereich zwischen 40 nm und 220 nm. C-AFM mit einer leitend beschichteten Sonde wurde für die Untersuchung der lokalen elektrischen Leitfähigkeit einzelner Nanostäbe benutzt. Ab einer gewissen Kraft zwischen Probe und Spitze bildet sich ein stabiler Schottky-Kontakt aus. Diese Nano-Kontakte werden über zwei wesentliche Parameter beschrieben: Idealitätsfaktor und Schottky-Barrieren-Höhe. Beide Parameter wurden aus lokalen Strom-Spannungs-Messungen ermittelt, und sie sind abhängig von den unterschiedlichen Proben und den Kontaktkräften. Die Barrierehöhe der TE ZnO NRs ist (0,15±0,01) eV und kleiner als die 0,23 eV Barrierehöhe der HT ZnO NRs. Die Schottky-Dioden zwischen Spitze und oberer Facette der ZnO NRs sind nicht ideal, da die gefundenen Idealitätsfaktoren für alle Proben größer als 1 sind. Die Ergebnisse demonstrieren generell die hohe Leitfähigkeit der ZnO-Nanostäbe.

KW - ZnO

KW - zinc oxide

KW - conductivity

KW - nanorods

KW - atomic-force microscopy

KW - AFM

KW - ZnO

KW - Zinkoxid

KW - Leitfähigkeit

KW - Nanostäbe

KW - Rasterkraftmikroskopie

KW - AFM

M3 - Diplomarbeit

ER -