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Göttlich, Hagen (2005): Nanostrukturierung von porösem Silizium für aktive optische Nahfeldsonden. Dissertation, LMU München: Faculty of Geosciences
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Abstract

Die fortschreitende Erhöhung des Integrationsgrades moderner elektronischer und optoelektronischer Bauelemente erfordert im zunehmenden Maße eine Funktionalisierung von Systemstrukturen auf Nanometerskala. In diesem Zusammenhang bietet poröses Silizium (PSi) ein heute noch nicht abschätzbares Anwendungspotential, da vor allem seine optischen Eigenschaften auf Quanteneffekten („quantum confinement“) in Kristalliten beruhen, deren Ausdehnung nicht mehr als wenige Nanometern betragen. So sind beispielsweise sehr einfach aufgebaute nanoskalige Punkt- und Linienstrukturen aus porösem Silizium vorstellbar, die ganz bestimmte optische, aber auch elektrische Eigenschaften besitzen. Die vorliegende Arbeit trägt mit ihren Untersuchungen zur Herstellung von integrierten PSi-Emittersensoren für die optische Nahfeldmikroskopie zur Erforschung und Entwicklung solcher nanoskaligen Funktionselemente bei. Dabei mußte weitgehend technologisches Neuland beschritten werden, denn der geforderte Miniaturisierungsgrad für Nahfeldlichtquellen verlangte eine Verfeinerung der Strukturierungsverfahren für poröses Silizium bis zur Größenordnung von 100 nm und darunter. Die speziell zu diesem Zweck entwickelten lokalen PSi-Formierungsverfahren eigenen sich jedoch nicht nur für die definierte und reproduzierbare Formierung nanoskaliger PSi-Regionen an nahfeldoptischen Sensorspitzen. Da sie zu herkömmlichen Siliziumtechnologien kompatibel sind, ermöglichen sie die extrem lokalisierte, monolithische Integration von porösem Silizium in Si-Bauelementen der unterschiedlichsten Strukturformen. Im Ergebnis der Arbeit konnten zwei verschiedene Lösungswege zur Realisierung eines integrierten optischen PSi-Nahfeldsensors aufgezeigt werden. Diese beruhen zum einen auf dem herkömmlichen AFM-Siliziumcantilever und zum anderen auf einem neu entwickelten AFM-Scherkraftsensor. Beide Fertigungskonzepte erlauben eine ökonomisch vertretbare Herstellung des Sensors in einem kostensparenden industriellen Batch-Prozeß, da alle notwendigen technologischen Herstellungsschritte parallelisierbar und in übliche Herstellungsprozesse der Rastersondenfertigung auf Halbleiterbasis implementierbar sind.