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Markus Egid Regler

• Kohlenstoffnanoröhren (KNR) besitzen eine Reihe herausragender Eigenschaften. So sind sie natürliche 1-dimensionale Leiter mit einer Leitfähigkeit weit größer als der von Kupfer, sie sind äußerst stabil und besitzen außerdem die Eigenart, je nach Struktur als Metall oder Halbleiter aufzutreten. Diese Eigenarten machen sie zu hochinteressanten Kandidaten für die Mikro- und Optoelektronik und darüber hinaus auch für Anwendungen im Bereich der Sensorik, Materialwissenschaft und auch der Medizin. Akustische Oberflächenwellen (OFW) sind mikroskopische Erdbeben auf Kristalloberflächen, die in erster Linie auf piezoelektrischen Substraten generiert werden. Ihr Einsatzgebiet liegt vor allem im Bereich der HF-Filtertechnik und (in neuerer Zeit) der Mikrofluidik. Da sie aber auch von starken elektrischen Potentialen begleitet werden, sind sie bestens dazu geeignet, die elektronischen Eigenschaften kleinster physikalischer Systeme zu untersuchen. Der von akustischen Oberflächenwellen in leitendenKohlenstoffnanoröhren (KNR) besitzen eine Reihe herausragender Eigenschaften. So sind sie natürliche 1-dimensionale Leiter mit einer Leitfähigkeit weit größer als der von Kupfer, sie sind äußerst stabil und besitzen außerdem die Eigenart, je nach Struktur als Metall oder Halbleiter aufzutreten. Diese Eigenarten machen sie zu hochinteressanten Kandidaten für die Mikro- und Optoelektronik und darüber hinaus auch für Anwendungen im Bereich der Sensorik, Materialwissenschaft und auch der Medizin. Akustische Oberflächenwellen (OFW) sind mikroskopische Erdbeben auf Kristalloberflächen, die in erster Linie auf piezoelektrischen Substraten generiert werden. Ihr Einsatzgebiet liegt vor allem im Bereich der HF-Filtertechnik und (in neuerer Zeit) der Mikrofluidik. Da sie aber auch von starken elektrischen Potentialen begleitet werden, sind sie bestens dazu geeignet, die elektronischen Eigenschaften kleinster physikalischer Systeme zu untersuchen. Der von akustischen Oberflächenwellen in leitenden Systemen erzeugte Stromtransport ist als akustoelektrischer Effekt bekannt. In dieser Arbeit werden die elektrischen und optischen Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren unter dem Einfluss akustischer Oberflächenwellen untersucht. Dabei liegt das Augenmerk zum einen auf dem akustoelektrischen Stromtransport, zum anderen auf den Lumineszenzeigenschaften der Nanoröhren. Im ersten Abschnitt wird die Probenpräparation auf Lithiumniobat als Grundlagen für spätere Transportexperimente eingehend untersucht. Dazu wurde die Dielektrophorese als Methode zur Platzierung der KNR auf vorgefertigten Elektroden erprobt und zur Verbesserung der KNR-Metall-Kontakte wurden die Proben getempert und ihre Leitfähigkeit in Abhängigkeit von Elektrodenmaterial und Temperatur untersucht. Dabei zeigte sich, dass Gold und Palladium die besten Voraussetzungen als Kontaktmaterialien bieten und durch die geeignete Wahl von Prozessparametern bei der Dielektrophorese die relative Anzahl von Einzelkontakten erhöht werden kann. Durch Transportexperimente ohne Oberflächenwelle konnte die Verwendbarkeit von Lithiumniobat als Substratmaterial gezeigt werden. Der akustoelektrische Transport wird in metallischen und halbleitenden Nanoröhren untersucht, wobei grundlegende Eigenschaften der Wechselwirkung akustischer Oberflächenwellen mit dem eindimensionalen System Kohlenstoffnanoröhre gezeigt werden. Es wird die Weinreich-Relation für den akustoelektrischen Strom für Kohlenstoffnanoröhren bestätigt und der Einfluss einer Gateelektrode auf den Stromfluss gezeigt. Außerdem wird auch der Transport für Temperaturen kleiner als Raumtemperatur diskutiert und in diesem Zusammenhang auch der anomale akustoelektrische Effekt und Quanteneigenschaften betrachtet. Die sehr hohen elektrischen Felder (Volt/Mikrometer), die eine OFW begleiten, üben einen starken Einfluss auf die optischen Eigenschaften der Nanoröhren aus. Dabei werden zwei unterschiedliche Mechanismen beobachtet. Zum einen wird die Photolumineszenz bei Anwesenheit einer OFW stark vermindert, was durch den Einfluss der elektrischen Felder auf das Energiespektrum der Nanoröhre zurückzuführen ist. Zum anderen tritt bei länger andauernder OFW-Einwirkung eine Erhöhung der Quantenausbeute auf, die mit einer Umlagerung der Ladungsträger in der Umgebung der Nanoröhre durch die OFW erklärt werden.…
• Carbon nanotubes (CNT) exhibit some unique properties. They are natural one-dimensional conductors with conductivity larger than that of copper, they are very stable and can be metallic or semiconducting depending on their structure. These properties turn them into promising candidates for micro- and optoelectronics and beyond that for applications as sensors, in material sciences and health care. Surface acoustic waves (SAW) are earthquakes on the surface of crystals on the microscopic scale and are mostly generated on piezoelectric substrates. They can be applied in HF-filters or in microfluidics. Due to the huge electric potentials accompanying the waves, they can be used to probe the electronic properties of smallest physical systems. The current transport, which is generated in conducting systems by surface acoustic waves, is known as acoustoelectric effect. In this work the electrical and optical properties of carbon nanotubes are investigated under the influence of surfaceCarbon nanotubes (CNT) exhibit some unique properties. They are natural one-dimensional conductors with conductivity larger than that of copper, they are very stable and can be metallic or semiconducting depending on their structure. These properties turn them into promising candidates for micro- and optoelectronics and beyond that for applications as sensors, in material sciences and health care. Surface acoustic waves (SAW) are earthquakes on the surface of crystals on the microscopic scale and are mostly generated on piezoelectric substrates. They can be applied in HF-filters or in microfluidics. Due to the huge electric potentials accompanying the waves, they can be used to probe the electronic properties of smallest physical systems. The current transport, which is generated in conducting systems by surface acoustic waves, is known as acoustoelectric effect. In this work the electrical and optical properties of carbon nanotubes are investigated under the influence of surface acoustic waves. The emphasis is on the acoustoelectric current and on the CNT photoluminescence, respectively. The first part shows the sample preparation on lithium niobate for later transport experiments. Dielectrophoresis is used to place carbon nanotubes on preprocessed electrodes and the CNT-metal-contacts are improved by subsequent annealing. The conductance is studied in dependence of electrode material and annealing temperature. Palladium and gold showed the best results as contact material and the amount of single contacts can be improved by proper choice of process parameters at dielectrophoresis. The usability of lithium niobate as a subtrate could be shown in current transport experiments without a surface wave. The acoustoelectric current is studied for metallic and semiconducting nanotubes and some principle properties of the interaction between surface acoustic waves and the one-dimensional system carbon nanotube could be shown. The Weinreich relation for acoustoelectric current is proved as well as the influence of a gate electrode on the current. The huge electric fields (volt/micrometer) accompanying a SAW have a strong influence on the optical properties of nanotubes. Two different mechanisms are observed. On the one hand the nanotube photoluminescence is strongly reduced with the presence of a SAW what is due to the influence of the electric fields on the energetic spectrum of the CNT. On the other hand the quantum yield is enhanced with persistent application of the SAW. This is explained in terms of reordering charges in the environment of the tube.…