Abstract:

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene nanoskopische Systeme, die auf Nanopartikeln beruhen, mit optischer Spektroskopie untersucht. Mit Hilfe von Ramanspektroskopie können für unterstöchiometrisches SnO_x zwei Phononenmoden beobachtet werden, die durch ein Modell von Matossi, das harmonische Kraftkonstanten für alle Schwingungszustände benutzt, Oberflächenmoden zugeordnet werden können. Es handelt sich bei diesen Ramanmoden demnach nicht um Volumenmoden, die erst durch die nanoskopische Größe der Partikel ramanaktiv werden. Zusätzlich zu diesen Oberflächenmoden kann die A_1g-Mode in den Ramanspektren der Partikel identifiziert werden. Während die A_1g-Mode in Abhängigkeit der Partikelgröße d energetisch verschiebt, bleiben die Oberflächenmoden von der Partikelgröße unbeeinflusst. Durch Absorptions- und Photolumineszenzspektroskopie kann gezeigt werden, dass die Sauerstofffehlstellen in den SnO_x-Partikeln zu einer endlichen Zustandsdichte innerhalb der Bandlücke führen, die auch die beobachtete Defektlumineszenz im sichtbaren Spektralbereich verursachen. Auch Silizium-Nanopartikel werden mit Ramanspektroskopie charakterisiert. Die genaue Kenntnis der Phononenzustände ist bei Silizium auch von großer Bedeutung für die Photolumineszenz, da es sich bei Silizium um einen indirekten Halbleiter handelt. Ramanstreuprozesse erster und zweiter Ordnung werden für Nanopartikel im Größenbereich von d=3,5nm bis d=60nm beobachtet. Hierbei wird eine Rotverschiebung beobachtet, die mit dem Modell des phononischen Einschlusses zum Teil erklärt werden kann. Die Silizium-Nanopartikel zeigen, abhängig von ihrer Größe, Photolumineszenz im sichtbaren Spektralbereich. Durch Variation der Temperatur und des äußeren Magnetfeldes kann mittels zeitaufgelöster Photolumineszenzspektroskopie die exzitonische Feinstruktur bei Ensemble-Proben untersucht werden. Dabei wird gezeigt, dass die Lumineszenz von "dunklen Exzitonen" unterhalb einer Temperatur von T=35K dominiert, während die Lumineszenz der Probe über T=35K durch die Lumineszenz der hellen Exzitonen bestimmt wird. Beide Feinstrukturniveaus sind energetisch voneinander getrennt (Delta E=5,8meV) und zeigen interessanterweise ähnlich große Rekombinationsraten. Der helle Zustand hat eine Rekombinationsrate, die lediglich achtmal so groß ist wie die des dunklen Zustands. Diese Beobachtung kann durch die Natur der indirekten Bandlücke von Silizium erklärt werden. Ferner werden Nanowhisker mit Mikrophotolumineszenz untersucht.Hierbei kann ein Materialwechsel in den Spektren der Whisker aufgelöst werden.