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dc.contributor.advisor Ronning, Carsten Prof. Dr. de
dc.contributor.author Müller, Sven de
dc.date.accessioned 2009-04-30T15:30:43Z de
dc.date.accessioned 2013-01-18T13:39:49Z de
dc.date.available 2013-01-30T23:51:11Z de
dc.date.issued 2009-04-30 de
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B487-7 de
dc.description.abstract Übergangsmetall legiertes Zinkoxid (ZnO) Materialien sind aussichtsreiche Kandidaten für Spin-Elektronik (Spintronik) und optoelektronische Anwendungen. Diese Anwendungen basieren auf der Wechselwirkung zwischen den ZnO-Wirtsgitter und den einlegierten Übergangsmetallionen, die eine ferromagnetische Ausrichtung der Übergangsmetallspins mit einer Curie-Temperatur oberhalb der Raumtemperatur hervorrufen kann. Andererseits beeinflussen das Kristallfeld, die Spin-Bahn- und Jahn-Teller-Wechselwirkung mit dem ZnO Wirtskristall die elektronische Struktur der 3d-Schale der Übergangsmetallionen. Infolge dessen sind optische Übergänge zwischen den 3d-Schalenzuständen teilweise erlaubt. Die Kontrolle der Übergangsmetallkonzentration als auch die Bildung von sekundären Phasen stellen die größten Probleme nicht nur für die Herstellung von Übergangsmetall legierten ZnO-Einkristallen und dünnen Schichten dar, sondern auch für Nanodrähte. Für die Herstellung von ZnO Nanodrähten wird häufig der Vapour-Liquid-Solid Mechanismus verwendet, welcher anhand des Wachstums von ZnO Nanodrähten erörtert wird, wobei auf die Problematik des Einlegierens von Übergangsmetallen eingegangen wird. Die Ionenimplantation nach dem Wachstum von Einkristallen, dünne Filme und Nanodrähte ist eine alternative Methode für die kontrollierten Einbau von Übergangsmetallen in ZnO. Allerdings erzeugt die Ionenimplantation Kristalldefekte, die durch eine Intensitätszunahmen des A1(LO) Phononen-Unordnungsbandes an implantierten ZnO beobachtet wurde. Das Anlassen an Luft bei verschiedenen Temperaturen führt zur Reduzierung eines Großteils der Kristalldefekte. Übergangsmetall implantierte ZnO Proben, die mit hohen Ionendosen implantiert wurden, weißen nach dem Anlassen neue Ramanmoden und Braggreflexe auf, die nicht dem ZnO zugeordnet werden können. Eine detaillierte Analyse dieser Signale offenbart die Bildung von Übergangsmetallreichen Ausscheidungen. Photolumineszenz- und Kathodolumineszenzmessungen weißen zwei neue tiefe Lumineszenzbänder nach der Ionenimplantation von Übergangsmetallen und dem Ausheilen auf. Das rot-gelben Lumineszenzband wurde interstitiellem Sauerstoff mit tetraedrischer Umgebung zugeordnet. Das strukturierte grüne Lumineszenzband wird üblicherweise Cu Verunreinigungen zugeordnet. Dennoch wurde das Configuration-Coordinate Modell benutzt um das strukturierte grüne Lumineszenzband zu erklären, wobei das strukturierte grüne Lumineszenzband sich aus zwei Donator-Akzeptor Übergängen zusammensetzt mit dem gleichen tiefen Akzeptor und zwei unterschiedlichen Donatoren. Die chemische Natur des tiefen Akzeptor wurde interstitielle Sauerstoff mit oktaedrischen Umgebung zugeordnet, und die beiden flachen Donatoren wurden interstitielle Zink mit oktaedrischen sowie tetraedrischen Umgebung zugeordnet. Die Co und Fe implantierte ZnO-Proben zeigen, zusätzliche definierte Lumineszenzlinien, die den intra-3d Lumineszenzübergängen der Co2+ und Fe3+ Ionen im ZnO-Wirtsgitter zugeordnet. Der Intensitätsanstieg der Intra-3d Lumineszenz mit steigender Anregungsleistung ist nahezu linear und weist einen stärkeren Anstieg für Anregungsleistungen oberhalb von 300 mW/cm2 auf, was auf einen Übergang von spontaner Emission zu stimulierter Emission hinweist. de
dc.format.mimetype application/pdf de
dc.language.iso eng de
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nd/2.0/de/ de
dc.title Structural and optical impact of transition metal implantation into zinc oxide single crystals and nanowires de
dc.type doctoralThesis de
dc.title.translated Strukturelle und optische Auswirkungen derÜbergangsmetallimplantation in ZnO Einkristalle und Nanodrähte de
dc.contributor.referee Ronning, Carsten Prof. Dr. de
dc.date.examination 2009-03-30 de
dc.subject.dnb 530 Physik de
dc.description.abstracteng Transition metal alloyed zinc oxide (ZnO) materials are promising candidates for spin-based electronics (spintronics) and optoelectronic applications. The interaction between the ZnO host lattice and the incorporated transition metal ions form the basis for these applications and can induce a ferromagnetic alignment of the transition metal spins with a Curie temperature above room temperature. On the other hand, the electronic structure of the 3d-shell of the transition metal ions is affected by the crystal field, spin-orbit and Jahn-Teller interaction with the ZnO host matrix. As a result, optical transitions between the 3d-shell states become partly allowed. The control of the transition metal concentration as well as the formation of secondary phases are the major issues not only for the preparation of transition metal alloyed ZnO single crystals and thin films but also for nanowires. Commonly ZnO nanowires are grown via the vapour liquid solid mechanism, which is discussed for ZnO nanowires with respect to the issues of the transition metal incorporation. Ion implantation after the growth of single crystals, thin films and nanowires is an alternative method for the controlled incorporation of transition metals into ZnO. However, ion implantation generates crystal defects, which are observed by an intensity increase of the A1(LO) phonon disorder band of as implanted ZnO. Annealing under air ambient at different temperature stages leads to an reduction of a major part of these defects. High dose transition metal implanted ZnO samples show after annealing some additional Raman modes and Bragg diffractions, which can not be assigned to ZnO. A detailed analysis of this signals reveals the formation of several transition metal rich segregations. On the other hand, photoluminescence and cathodoluminescence measurements show two new deep luminescence bands after transition metal ion implantation and annealing. The red-yellow luminescence band is assigned to interstitial oxygen defects with tetrahedral surroundings. The structured green luminescence band is commonly assigned to Cu impurities. However, the configuration coordinate model is used to explain the structured green luminescence band, whereby the structured green luminescence band is a superposition of two donor-acceptor transitions with the same deep acceptor and two different shallow donors. The chemical nature of the deep acceptor is assigned to interstitial oxygen on an octahedral site, and the two shallow donors are assigned to interstitial zinc on octahedral as well as tetrahedral sites. Co and Fe implanted ZnO samples show additional sharp luminescence lines, which are assigned to intra-3d-shell transitions of Co2+ and Fe3+ ions in the ZnO host lattice. The intensity of intra-shell luminescence increases almost linearly with increasing excitation power and exceeds the linear behaviour for excitation power densities above 300 mW/cm2, which suggest a transfer from spontaneous emission to stimulated emission. de
dc.contributor.coReferee Ulbrich, Rainer G. Prof. Dr. de
dc.subject.topic Mathematics and Computer Science de
dc.subject.ger Nanodraht de
dc.subject.ger Zinkoxid de
dc.subject.ger Photolumineszenz de
dc.subject.ger Kathodolumineszenz de
dc.subject.ger Ionenimplantation de
dc.subject.ger Leuchtzentren de
dc.subject.ger Dotierung de
dc.subject.ger Übergangsmetalle de
dc.subject.ger Eisen de
dc.subject.ger Nickel de
dc.subject.ger Mangan de
dc.subject.ger Kobalt de
dc.subject.ger Vanadium de
dc.subject.ger interstitieller Sauerstoff de
dc.subject.ger interstitielles Zink de
dc.subject.ger grünes Lumineszenzband de
dc.subject.ger rot-gelbes Lumineszenzband de
dc.subject.ger intra-3d Lumineszenz de
dc.subject.ger Zweiphasen de
dc.subject.ger Raman de
dc.subject.ger Röntgenbeugung de
dc.subject.eng nanowire de
dc.subject.eng zinc oxide de
dc.subject.eng photoluminescence de
dc.subject.eng cathodoluminescence de
dc.subject.eng ion implantation de
dc.subject.eng color center de
dc.subject.eng doping de
dc.subject.eng transition metals de
dc.subject.eng iron de
dc.subject.eng nickel de
dc.subject.eng manganese de
dc.subject.eng cobalt de
dc.subject.eng vanadium de
dc.subject.eng interstitial oxygen de
dc.subject.eng interstitial zinc de
dc.subject.eng green luminescence band de
dc.subject.eng red-yellow luminescence band de
dc.subject.eng intra-3d-shell luminescence de
dc.subject.eng secondary phases de
dc.subject.eng raman de
dc.subject.eng X-ray diffraction de
dc.subject.bk 33.07 de
dc.subject.bk 33.61 de
dc.subject.bk 33.72 de
dc.identifier.urn urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-2104-2 de
dc.identifier.purl webdoc-2104 de
dc.affiliation.institute Fakultät für Physik de
dc.subject.gokfull RVC 000: Kristalline Festkörper {Physik: Kondensierte Materie} de
dc.subject.gokfull RVC 340: Fremdatome in Kristallen {Physik: Kristalline Festkörper: Kristallgitterfehler} de
dc.subject.gokfull RVC 360: Farbzentren {Physik: Kristalline Festkörper: Kristallgitterfehler} de
dc.subject.gokfull RVC 520: Gitterschwingungen de
dc.subject.gokfull Phononen {Physik: Anregungszustände in Kristallen} de
dc.subject.gokfull RVC 880: Optische Eigenschaften {Physik: Kristalline Festkörper} de
dc.subject.gokfull RVQ 000: Halbleiter {Physik} de
dc.subject.gokfull RVQ 220: Fremdatome {Physik: Halbleiter-Störstellen} de
dc.subject.gokfull RVQ 700: Bestrahlungseffekte in Halbleitern {Physik} de
dc.identifier.ppn 611763702 de

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