Importance of CVD-process parameters for the synthesis of novel Al/Al2O3 and Ga/Ga2O3 composite nanostructures

Abstract

Composite Al/Al2O3 films are deposited by chemical vapor deposition (CVD) of the precursor [H2Al(OtBu)]2. Deposition parameters like precursor flow, substrate temperature and deposition time are varied to obtain different layers. They are systematically characterised to investigate their crystallinity (XRD), composition (EDX), structure and morphology (SEM and TEM). Either ball-like core shell structures of aluminium and alumina or with raising temperature (510°C to 600°C) nanowires of aluminium embedded in Al2O3 are produced. Interesting parallelism between the crystalline structure and morphology is drawn to confirm the role of aluminium in the one dimensional growth. No catalysis is needed to produce the different morphologies, as the growth mechanism proceeds in a self catalytic way. Preliminary investigations on layers grown with similar conditions are carried out with the homologue precursor [H2Ga(OtBu)]2. SEM and EDX analysis evidenced high diversity of the layers obtained. Gallium nanodroplets, 1D and 3D nanostructures with varying amount of gallium, Ga2O3 and carbon are synthesised. Particularly, the substrate nature played an important role in this case.

Es wurden mittels chemischer Gasphasenabscheidung aus dem Single-Source- Precursor [H2Al(OtBu)]2 Komposit-Al/Al2O3 Schichten hergestellt. Zur Herstellung unterschiedlicher Schichten wurden Prozessparameter wie z. B. Abscheidungsdauer, Targettemperatur und Precursorfluss variiert. Anschließend wurde eine systematische Untersuchung der Kristallinität (XRD), Zusammensetzung (EDX), Struktur und Morphologie (REM und TEM) der Schichten durchgeführt und es hat sich gezeigt, dass sich bei einer Targettemperatur unterhalb von 510 °C±15 °C sphärische Partikel und oberhalb eindimensionale Nanodrähte bilden. Sowohl die Partikel als auch die Nanodrähte bestanden aus in Aluminiumoxid eingebetteten Aluminiumkristalliten (Core-Shell Struktur). Die kristallinen Struktureigenschaften der Schichten spielen dabei eine wichtige Rolle für das eindimensionale Wachstum. Da kein Katalysator benötigt wurde, ist zu vermuten, dass es sich um ein selbst katalytisches eindimensionales Wachstum handelt. Ferner wurden auch mit dem Precursor [H2Ga(OtBu)]2 Schichten hergestellt. Untersuchungen mittels REM und EDX haben gezeigt, dass mit [H2Ga(OtBu)]2 im Vergleich zu [H2Al(OtBu)]2 Schichten mit einer wesentlich größeren Vielfalt an unterschiedlichen Strukturen erhalten werden. Es wurden Galliumnanodroplets, sowie 1D- und 3D-Nanostrukturen mit unterschiedlicher Menge an Gallium, Galliumoxid und Kohlenstoff gewonnen. Dabei waren auch die Eigenschaften des Substrats von großer Bedeutung.