Influence of Seed Particle Material, Preparation, and Dynamics on Nanowire Growth

Popular Abstract in Swedish Manga material ar kristallina – inte bara adelstenar, utan aven alla metaller och keramiska material bestar av kristaller. Till och med manga proteiner och t.ex. acetylsalicylsyra, basen till aspirin, bildar kristaller. Nar nagonting kallas kristallint menar man att atomerna sitter pa sarskilda platser och i en bestamd, regelbunden ordning. De flesta material ar polykristallina, vilket betyder att de bestar av manga sma kristaller. Daremot ar det inte sa enkelt att producera enkristallina material, d.v.s. en hel bit som bara bestar av en kristall. I var forskning bedriver vi vaxt av enkristaller – valdigt sma enkristaller. De ar endast nagra tiotals nanometer tjocka och nagra mikrometer langa och de brukar kallas nanotradar. En mikrometer ar en tusendel av en millimeter och en nanometer ar i sin tur en tusendel av en mikrometer. Kristallerna vi producerar bestar av halvledande material. Ett halvledande material ar ett amne som bara leder strom under speciella forutsattningar. Laddningsbararna, det vill saga elektronerna, kan inte passera ett energetiskt forbjudet omrade placerat mellan tva tillstandsomraden som ar energetiskt tillatna. I halvledare kan man andra materialets egenskaper genom dopning, vilket innebar att man tillsatter (eller tar bort) elektroner. Pa det viset kan fler elektroner finnas tillgangliga for att t.ex. leda strom. Nar kristaller ar tillrackligt sma paverkar deras storlek elektronernas rorlighet. I de nanotradar som vi jobbar med begransas rorligheten i tva dimensioner och bara i en dimension kan elektronerna flytta sig helt fritt. Att nanotradarna ar sa sma gor ocksa att man kan kombinera olika material pa ett battre satt an i mer storskaliga strukturer. Man har visat att det ar mojligt att bygga transistorer, solceller och aven lysdioder (LEDs) av nanotradar. Hur vaxten av nanotrader fungerar och hur man kan kontrollera den star i fokus i denna avhandling. Nanotradar vaxer pa ett underlag, ett sa kallat substrat. Pa grund av kristallordningen vaxer de i lodrat riktning i forhallande till substratets yta. For att fa nanotradar i stallet for en stor kristall maste man se till att vaxten ar snabbare pa hojden an vad den ar pa bredden. Detta gar att gora genom att man anvander sig av sa kallade odlingspartiklar. Atomerna som anlander till substratet stannar hellre vid en sadan partikel an nagon annanstans pa substratet. I partikeln stiger koncentration av ankommande atomer och partikeln overmattas efter en stund, vilket betyder att koncentrationen ar hogre an jamviktskoncentration, och material maste fallas ut. Da bildas en enkristall under partikeln och nanotraden vaxer fram samtidigt som den lyfter partikeln. Sadana enkristallina tradar har man latit vaxa med hjalp av metallpartiklar i manga decennier (i storleksordningen nanometer i ungefar 20 ar). Det vanligaste partikelmaterialet som anvands ar guld. Guldpartiklar fungerar valdigt bra som odlingspartiklar av manga olika skal. Vi har annu inte fullt ut forstatt varfor guld fungerar sa bra, och exakt vad som behovs for att ett material ska lampa sig som ett bra odligsamne ar heller inte kant. En viktig fraga som jag forsoker besvara i detta arbete ar hur odlingspartikeln maste vara beskaffad for att fungera optimalt. En del av mitt arbete har angnats at hur olika framstallningsmetoder av guldpartiklarna paverkar nanotradsvaxten och deras egenskaper. Vi sag att det finns sma skillnader i borjan av vaxten p.g.a. olika fororeningar, men i stort sett vaxer nanotradarna lika bra fran alla typer av guldpartiklar som vi jamforde. Vi faststallde dock att nanotradarnas optiska egenskaper, d.v.s. hur de lyser nar man utsatter dem for en elektronstrale, var ganska olika, beroende hur man hade framstallt partiklarna. Vi jamforde inte bara guldpartiklar med lite olika egenskaper utan bytte aven material till koppar. Det ar inte bara intresset av att forsta tillvaxtprocessen utan aven nodvandigten fran ett industriellt perspektiv som driver forskningen till att ersatta guld. Guldet kan namligen forstora halvledarens egenskaper. Resultaten visar att det finns en stor skillnad mellan nanotradsvaxt fran guld och fran koppar. Det verkar som att kopparpartikeln pa nanotraden andrar sitt tillstand flera ganger under vaxten, vilket leder till stora instabiliteter. I sadana fall kan man bara spekulera i vad som hander, eftersom vi bara kan titta pa proverna efterat. Tank om man skulle kunna kika in i vaxtreaktorn...Vara samarbetspartners fran IBM har sadana mojligheter. De har ett mikroskop som tal att man har gas i kammaren samtidigt som man tittar pa nagot. Det betyder att vi kan titta pa nanotraden medan den vaxer och saledes att vi kan observera vad som egentligen hander med partikeln under vaxten. Sa upptackte de t.ex. ett valdigt spannande forhallande vid gransytan av partikeln och traden som man inte hade kunnat forestalla sig om man inte hade sett det. Pa IBM har vi bland annat undersokt vad som egentligen ar orsaken till att nanotradarna ibland bojer sig nar man kombinerar olika material. (Less)