Photostromspektroskopie an einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhren

Die jüngste Entdeckung von Photolumineszenz aus Kohlenstoff-Nanoröhren konnte dem Gebiet der optischen Nanoröhren-Spektroskopie einen starken Impuls verleihen. Aufgrund deren Potential als starke und schmalbandige optische Emitter im 1.0 - 1.6 Mikrometer Wellenlängenbereich bei Raumtemperatur zu fungieren, darf angenommen werden, dass Kohlenstoff-Nanoröhren Anwendung in der optischen Telekommunikation finden werden. Dennoch blieben bisher viele elementare elektronische Eigenschaften von Nanoröhren, insbesondere deren optische Anregungen, unerforscht. Das vorliegende Projekt befasst sich deshalb mit der optischen Spektroskopie einzelner Kohlenstoff-Nanoröhren. Dieses Projekt soll zu einem besseren Verständnis von auf Kohlenstoff- Nanoröhren basierenden elektronischen und optoelektronischen Bauelementen beitragen. Der erste Teil dieses Projektes beschäftigt sich mit der sogenannten elektrisch-Feld-induzierten Dissoziation optisch angeregter Exzitonen in Kohlenstoff-Nanoröhren Feldeffekttransistoren. Im Grundzustand angeregte Exzitonen können, sofern sie keinem elektrischen Feld ausgesetzt sind, nicht in freie Ladungsträger zerfallen. In einem starken elektrischen Feld jedoch können Exzitonen durch Fowler-Nordheim Tunneln in benachbarte Kontinuumszustände dissoziieren und so Photostrom hervorrufen. Dies erlaubt es den exzitonischen Grundzustand über den Photostrom zu detektieren. Elektrische Felder in Nanoröhren-Transistoren können sehr stark sein, weshalb sich diese Bauelemente vorzüglich zum Studium der elektrisch-Feld-induzierten Dissoziation eignen. Der zweite Teil dieses Projektes befasst sich mit dem Studium von Fluktuationen des Potentials entlang einer Kohlenstoff-Nanoröhre. Interne elektrische Felder in Nanoröhren Photodetektoren sind äußerst inhomogen. Daraus kann geschlossen werden, dass wohl auch die Generation des Photostroms entlang der Nanoröhre nicht homogen erfolgt. Aus diesem Grunde reichen Photostrommessungen welche unter gleichmäßiger Ausleuchtung des gesamten Bauelementes erfolgen nicht aus, um zu einem detailierten Verständnis der Funktionsweise dieser Bauelemente zu gelangen. Ortsaugelöste Photostrom-Mikroskopie erlaubt es die lokalen Photoströme entlang des Kanals eines Kohlenstoff-Nanoröhren Feldeffekttransistors abzubilden. Untersuchungen der räumlichen Verteilung sowie der Spannungsabhängigkeit des Photostroms erlauben es Information über strukturale Defekte entlang einer einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhre zu gewinnen. Dieses Projekt wird dazu beitragen neue Einblicke in die physikalischen Mechanismen hinter der Photostromgeneration in Kohlenstoff-Nanoröhren zu erlangen.