Wachstumsmechanismen von Nanobändern, Nanodrähten und Nanofasern auf Si-Wafern für Gassensoranwendungen

Ziel dieser Arbeit ist es, die Bildung von nanostrukturierten Schichten und Strukturen von Metall-Oxid-Netzwerken auf Si-Wafer-Strukturen zu entschlüsseln und zu kontrollieren, um neuartige Gassensoren auf Siliziumbasis zu realisieren. Dabei werden verschiedene Sensormaterialien eingesetzt: Netzwerke aus MoO3-Nanobelts und -Ribbons, W18O49-Nanodrähte, dotierte MoO3-Oxide und MoO3-Nanobelts, die mit funktionellen W18O49-Schichten modifiziert sind. Der Hauptprozess für das Wachstum des Nanobelt-/Nanodraht-Netzwerks wird durch Gasphasentransportmechanismen abgedeckt, wie die thermische Verdampfungsmethode (Zielmaterialien: Mo (s) oder W18O49 (s); Atmosphären: O2 oder Vakuum; Zieltemperatur ≤1300 K; Substrattemperatur ≤1163K).

Schematische Darstellung einer möglichen Sensorarchitektur mit 1D-Nano-Metalloxid-Funktionsschicht auf Si-Wafer

Schematische Darstellung einer möglichen Sensorarchitektur mit 1D-Nano-Metalloxid-Funktionsschicht auf Si-Wafern.

Schematische Darstellung der Versuchsanordnung für das Wachstum von Mo- und W-Oxid-Nanostrukturen auf Si-Wafern durch thermische Verdampfung.

Schematische Darstellung der Versuchsanordnung für das Wachstum von Mo- und W-Oxid-Nanostrukturen auf Si-Wafern durch thermische Verdampfung.

HR-TEM-Bilder W18O49-Nanodrähten, die im Vakuum gewachsen sind

SEM-Bild von W18O49-Nanodrähten, die im Vakuum gewachsen sind.

SEM- und HR-TEM-Bilder von MoO3-Nanobelt-Strukturen, die entweder bei Umgebungsdruck oder im Vakuum gewachsen sind

SEM-Bild von MoO3-Nanobelt-Strukturen, die entweder bei Umgebungsdruck oder im Vakuum gewachsen sind

Poröse Strukturen aus Nickel mit einer axialer bzw. radialen Gradierung der Poren wurden hergestellt, um diese als "wick" Material in optimierten loop heat pipes einsetzen zu können.

poröse Nickelstruktur

Aus einem Nickel-Slurry wurden über Gefriertrocknung und Sintern poröse Körper mit einer gradierten Porenstruktur (hier radial gradiert) hergestellt.