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Ingo Großhans

• Mittels der kombinatorischen Ionenstrahlsynthese wurden CdSe-Nanokristalle in einer 500 nm dicken SiO2-Schicht eines thermisch oxidierten Si-Wafers hergestellt. Als Prozessparameter wurden das implantierte Cd:Se-Verhältnis der Proben und bei der anschließenden thermischen Nachbehandlung Temperatur und Zeit systematisch variiert. Durch eine Analyse der Proben hinsichtlich der strukturellen und optischen Eigenschaften konnte deren Abhängigkeit von den Syntheseparametern aufgezeigt werden. Bereits ab einer Temperatur von 700 °C und einer Temperzeit von 30 s in einer Tiefe von ca. 100 nm lässt sich die Bildung von CdSe-Nanokristallen nachweisen. Dabei haben die Kristallite einen mittleren Durchmesser von ca. 5 nm und weisen auf Grund des Quantum-Confinements eine Verschiebung der Exzitonenlinie zu höheren Energien auf. Mit Erhöhung der Temperatur bzw. einer Verlängerung der Temperzeit wächst der mittlere Durchmesser der Nanokristalle während der Ostwaldreifung an, so dass ein ConfinementMittels der kombinatorischen Ionenstrahlsynthese wurden CdSe-Nanokristalle in einer 500 nm dicken SiO2-Schicht eines thermisch oxidierten Si-Wafers hergestellt. Als Prozessparameter wurden das implantierte Cd:Se-Verhältnis der Proben und bei der anschließenden thermischen Nachbehandlung Temperatur und Zeit systematisch variiert. Durch eine Analyse der Proben hinsichtlich der strukturellen und optischen Eigenschaften konnte deren Abhängigkeit von den Syntheseparametern aufgezeigt werden. Bereits ab einer Temperatur von 700 °C und einer Temperzeit von 30 s in einer Tiefe von ca. 100 nm lässt sich die Bildung von CdSe-Nanokristallen nachweisen. Dabei haben die Kristallite einen mittleren Durchmesser von ca. 5 nm und weisen auf Grund des Quantum-Confinements eine Verschiebung der Exzitonenlinie zu höheren Energien auf. Mit Erhöhung der Temperatur bzw. einer Verlängerung der Temperzeit wächst der mittlere Durchmesser der Nanokristalle während der Ostwaldreifung an, so dass ein Confinement nicht mehr zu beobachten ist. Stattdessen zeigt sich eine Diffusion von CdSe-Dimeren bis an die SiO2/Si-Grenzfläche, an der sich dann CdSe-Ausscheidungen mit unterschiedlicher Morphologie, je nach Temperbedingung, bilden. Somit können über einen geeigneten Syntheseprozess Nanokristalle an einer inneren Grenzfläche realisiert werden. Die Diffusion ist dabei von der implantierten Cd:Se-Stöchiometrie abhängig. Diese Abhängigkeit der Diffusionsgeschwindigkeit führt bei geeigneter Wahl der Temperbedingungen zu einer Selbstorganisation der Nanokristalle, d.h. es kommt zu Oszillationen der Konzentrationstiefenverteilung. Diese Oszillationen lassen sich in transmissionselektronenmikroskopischen (TEM) Querschnittsaufnahmen als Bänder aus Nanokristallen parallel zur Oberfläche identifizieren. Messungen der Photolumineszenz (PL) zeigen eine starke Abhängigkeit der Spektren von der implantierten Cd:Se-Stöchiometrie. So steigt die PL-Intensität mit zunehmender Cd-Überstöchiometrie stark an, da das Cadmium die Oberfläche der Nanokristalle passiviert und damit einen nichtstrahlenden Zerfall der Exzitonen an Defekten an der Nanokristall/Matrix-Grenzfläche verhindert wird. Andererseits führt eine implantierte Se-Überstöchiometrie zu einer Stabilisierung kleiner CdSe-Präzipitate während der Ostwaldreifung, so dass ein Quantum-Confinement in den Spektren zu beobachten ist. Diese Kombination von kleinen Kristalliten, die sich in nächster Nähe zu großen befinden, führt zu einem superlinearen Zusammenhang zwischen Anregungsleistung und gemessenem PL-Signal. Dabei hängt das Ausmaß dieser verstärkten spontanen Emission (ASE) von der jeweiligen Temperbedingung ab.…