Diese Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Charakterisierung von undotierten und Mn dotierten, kollodialen II-VI Nanokristallen (ZnO, CdS). Das physikalische Interesse an diesen Halbleitersystemen erwächst aus ihren großen Bandlücken (>2.27 eV für ZnO) und den großen Exzitonen-Bindungsenergien (60 meV, ZnO) die herausragende UV-Lasereigenschaften versprechen. Generell zeigt sich jedoch, dass die UV Emission von Nanokristallen relativ schwach ausgeprägt ist. Ein Ziel dieser Arbeit war es die Ursachen dafür aufzuklären. Untersuchungen zum Temperaturverhalten und der Behandlung der Nanokristalle in verschiedenen Atmosphären ergaben, dass die Nanokristalle durch eine amorphe Zn(OH)2 Schicht umgeben werden, sie reagiert empfindlich auf die Anwesenheit von Feuchtigkeit. Der kristallinen ZnO Kern wird nur ungenügend passiviert woraus die schwache UV Emission resultiert. Stärkere UV-Emission wurde an Nanokristallen beobachtet, die einer Temperaturbehandlung (> 300 °C) unterzogen wurden, an diesen Kristallen ist die Zn(OH)2 Schicht nicht mehr beobachtbar. Alterung oder feuchte Atmosphäre führt zu einer Regeneration der Zn(OH)2 Oberfläche, der Effekt ist reversibel.
Eine solche Kern-Schalen Struktur ('Zwiebel'-Struktur) zeigt sich auch für die Untersuchungen an Mn dotierten Nanokristallen durch die Elektronen-Spin-Resonanz. Es werden drei verschiedene Mn2+ Zentren gefunden. Das erste ist identisch zu Mn2+ in den entsprechenden II-VI Einkristallen, für ZnO zeigt dies 6-Linien Spektrum eine Hyperfeinaufspaltung von 74.6x10-4 cm-1 (SI). Zusätzlich wird ein Mn2+ Spektrum mit größerer Hyperfeinaufspaltung beobachtet (87.7x10-4 cm-1, SII), es hat die stärkste Intensität in unbehandelten Nanokristallen. Hinzu kommt eine strukturlose, breite Resonanz von Dipol-Dipol wechselwirkenden Mn-Clustern. In CdS zeigt das SI Spektrum, wie im Einkristall eine kleinerer Hyperfeinaufspaltung, das SII Spektrum jedoch die gleiche wie in ZnO. Andere Untersuchungen fanden das SII Spektrum in ZnS. Es tritt daher offensichtlich recht generell in Mn dotierten II-VI Nanokristallen auf, unabhängig von den jeweiligen Synthesemethoden und ob es sich um Schwefel oder Sauerstoff basierende II-VI Verbindungen handelt. Die hier durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass das SII Spektrum von Mn2+ in der äußeren Hydroxid-Schale der Nanokristalle verursacht wird. Das SI Spektrum hingegen ist typisch für ein Mn2+ Ion im Kern der Nanokristalle. Die Temperaturbehandlungen führen zu einer Abnahme der SII Intensität (Zerstörung der Hydroxid-Schicht), woraufhin die SI Intensität erst zu nimmt (Diffusion von Mn in den Kern der Nanokristalle). Weitere Diffusion führt dann zur Dominanz des Mn-cluster Signals. Eine Hydroxid-reiche Aussenschicht kann sich offensichtlich auch nach Alterung oder Behandlung der Nanokristalle in einer entsprechenden Atmospäre auf den CdS oder ZnS Nanokristallen bilden.
Die Untersuchungen zu den Lumineszenzeigenschaften der Mn+2 dotierten Nanokristalle gaben starke Hinweis darauf, das nur Mn2+ das substitutionell in den Kern der Nanokristalle eingebaut ist den typischen 4T1 nach 6A1 Übergang zeigt. Die Lebensdauer dieser Rekombination ist die gleiche wie in den Einkristallen. Einer Verkürzung der Lebensdauer dieser Rekombination, wie sie durch Quantisierungseffekte in den Nanokristallen auftreten könnte wurde nicht beobachtet. Mn2+ auf der Oberfläche der Kristalle trägt nicht zu dieser Emission bei.
Magnetische Resonanzuntersuchungen in Hinblick auf Fremdelemente in den Nanokristallen zeigen die Präsenz von Cl und H. Cl wird vermutlich über die Ausgangssubstanzen eingebracht, Wasserstoff ist bei der Synthese omnipräsent.
Durch die Verschiebung des g-Wertes der Resonanz der flachen Donatoren mit der Größe der Nanokristalle zeigen sich eindruckvoll die Einflüsse der reduzierten Dimensionalität der Kristalle auch in dieser Spektroskopie. Die Ergebnisse bestätigen die Vorhersagen theoretischer Berechnungen.
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