Grundlegendes Verständnis der Lumineszenzeffizienz von Silizium Quantenpunkten

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Ein signifikanter Teil der optischen Eigenschaften von Si Quantum Punkten sind entweder in kontroverser Diskussion oder noch komplett unbekannt oder waren bisher experimentell nicht zugängig. Dieses Kooperationsprojekt zielt daher auf die klare Etablierung von verschiedenen wichtigen Eigenschaften, um ein umfassendes Bild des physikalischen Mechanismus und der Grenzen der der optischen Leistung von 0 dimensionalen Silizium Nanostrukturen zu erarbeiten. Die Motivation dieser Studie ist zweifach: Ein umfassendes Verständnis der Größeneffekte, welche für Dimensionen kleiner dem exzitonischen Bohrradius auftreten, ist von fundamentaler Bedeutung, insbesondere wenn man indirekte Quantenpunkte wie Silizium betrachtet, wo ein detailliertes Verständnis fehlt. Gerade bei Silizium als technologisch wichtigstem Halbleiter der modernen Mikroelektronik führt die kontinuierliche Reduktion der Strukturgrößen derzeit zu einer Reduktion in Bereiche, wo solche Quanteneffekte maßgeblich eine Rolle spielen. Dazu ist ein viel um angreicheres Wissen notwendig als bisher verfügbar, einschließlich von Kenntnissen zur Wechselwirkung benachbarter Quantenpunkte. Für nicht eingebettete Si Quantenpunkte wurden schon Lichteffizienten von 25% und sogar 50% berichtet. Vergleicht man dies mit der Quantenausbeute von rund 10-5 für Volumensilizium, eröffnet sich hier bei der Reduktion unter 5 nm eine völlig neue Sicht auf mögliche Anwendungen. Derzeit wird Silizium dazu verwendet, Licht zu modifizieren, zu transportieren, zu schalten und zu detektieren. Jedoch sind die optoelektronischen Lichtquellen in der Regel aus III V Halbleitern, welche nicht mit der normalen Mikroelektronik kompatible sind (Dotier- und mid gap Defekte). Jedoch muss kann man feststellen, dass der Weg zu einem voll Silizium basiertem Chip für die optische Kommunikation noch weit, aber nicht unrealistisch ist. Sicher ist auch, dass die Beherrschung und das Verständnis von Silizium Nanostrukturen der entscheidende Punkt für eine solche technologische Entwicklung sein wird. Folglich sind die intensive Erforschung der fundamentalen optischen Eigenschaften von Si Quantenpunkte und deren prinzipiellen Grenzen Basis für eine solche technologische Revolution und stehen im Mittelpunkt des hier eingereichten Projektes. Im Detail werden daher die folgenden Schwerpunkte gesetzt: (1) Absorptionsquerschnitt (ACS) der Si QDs, (2) Quantenausbeute der Si QDS, und (3) Wechselwirkung und Einfluss der einbettenden dielektrischen Matrix der Si QDs.

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