Advancing the Fundamentals in Molecular Beam Epitaxy of GaAs-based Nanowires
Koivusalo, Eero (2020)
Koivusalo, Eero
Tampere University
2020
Tekniikan ja luonnontieteiden tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2020-11-20
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1761-4
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1761-4
Tiivistelmä
III-V yhdistepuolijohteita voidaan valmistaa suoraan piille nanolankojen muodossa, mikä puolestaan mahdollistaa fotoniikan ja mikroelektroniikan saumattoman integraation. Nanolankojen kasvatuksessa käytettävä itsekatalysoitu menetelmä, jossa kasvua tukeva katalyyttipisara koostuu samoista alkuaineista kuin nanolanka, on monimutkainen fysikaalinen prosessi. Se perustuu eri faasien, kaasun, nesteen ja kiinteän aineen keskinäisiin kemiallisiin potentiaaleihin ja aineiden supersaturaatioihin. Käytännön näkökulmasta näitä parametreja voidaan hallita molekyylisuihkuepitaksiakasvatuksen aikana muuttamalla III- ja V-ryhmän alkuaineiden vuosuhteita ja kasvatuslämpötilaa. Vaikka monet nanolankojen kasvatukseen liittyvät ilmiöt ovat jo hyvin tunnettuja, niiden kehitys käytännön sovelluksiin vaatii vielä tutkimusta kidelaadun, kapean kokojakauman, seostuksen sekä useiden alkuaineiden inkorporaation ymmärtämiseksi.
Tässä työssä pureudutaan näihin seikkoihin tutkimalla fysikaalisia ilmiöitä itsekatalysoitujen galliumarsenidipohjaisten nanolankojen molekyylisuihkuepitaksiassa. Nanolankojen kasvuprosessin ymmärryksen lisäksi työ tarjoaa konkreettisia menetelmiä nanolankojen toiminnallisuuden kasvattamiseksi kohti käytännön sovelluksia. Tässä työssä osoitetaan, että kehittämällämme menetelmällä kasvatettujen nanolankojen kidelaatu on erinomainen ja että sillä pystytään saavuttamaan Poissonin jakaumaa kapeampi kokojakauma. Tämä on ensimmäinen havainto nanolankajoukossa nähdystä atomikerrosten nukleaation ajallisesta antikorrelaatiosta. Puhtaan galliumarsenidin lisäksi työssä tutkitaan nanolankojen seostusta sähköä johtavaksi berylliumin ja telluurin avulla sekä vyöaukon kontrollointia antimonin avulla. Nämä yksityiskohtaiseen inkorporaatiomekanismien ymmärrykseen johtaneet tulokset ovat merkittäviä askeleita nanolankarakenteiden toiminnallisuuden lisäämiseksi käytännön sovelluksia varten. Eri alkuaineiden inkorporaation lisäksi työssä tutkittiin myös kasvatuksessa käytetyn arseenivuon molekyylityypin vaikutusta nanolankakasvuun. Molekyylityypin valinnan osoitettiin olevan käytännöllinen kasvatustyökalu, jolla voidaan säätää niin nanolankojen pituuden ja paksuuden suhdetta sekä kasvunopeutta kuin hallita eri alkuaineiden inkorporaatiomekanismeja.
Tässä työssä pureudutaan näihin seikkoihin tutkimalla fysikaalisia ilmiöitä itsekatalysoitujen galliumarsenidipohjaisten nanolankojen molekyylisuihkuepitaksiassa. Nanolankojen kasvuprosessin ymmärryksen lisäksi työ tarjoaa konkreettisia menetelmiä nanolankojen toiminnallisuuden kasvattamiseksi kohti käytännön sovelluksia. Tässä työssä osoitetaan, että kehittämällämme menetelmällä kasvatettujen nanolankojen kidelaatu on erinomainen ja että sillä pystytään saavuttamaan Poissonin jakaumaa kapeampi kokojakauma. Tämä on ensimmäinen havainto nanolankajoukossa nähdystä atomikerrosten nukleaation ajallisesta antikorrelaatiosta. Puhtaan galliumarsenidin lisäksi työssä tutkitaan nanolankojen seostusta sähköä johtavaksi berylliumin ja telluurin avulla sekä vyöaukon kontrollointia antimonin avulla. Nämä yksityiskohtaiseen inkorporaatiomekanismien ymmärrykseen johtaneet tulokset ovat merkittäviä askeleita nanolankarakenteiden toiminnallisuuden lisäämiseksi käytännön sovelluksia varten. Eri alkuaineiden inkorporaation lisäksi työssä tutkittiin myös kasvatuksessa käytetyn arseenivuon molekyylityypin vaikutusta nanolankakasvuun. Molekyylityypin valinnan osoitettiin olevan käytännöllinen kasvatustyökalu, jolla voidaan säätää niin nanolankojen pituuden ja paksuuden suhdetta sekä kasvunopeutta kuin hallita eri alkuaineiden inkorporaatiomekanismeja.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4773]