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Growth and Characterization of Bismuth Telluride Nanowires

Picht, Oliver

German Title: Herstellung und Charakterisierung von Bismuttellurid Nanodrähten

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Abstract

Polycrystalline Bi2Te3 nanowires are electrochemically grown in ion track-etched polycarbonate membranes. Potentiostatic growth is demonstrated in templates of various thicknesses ranging from 10 to 100 µm. The smallest observed nanowire diameters are 20 nm in thin membranes and approx. 140 -180 nm in thicker membranes. The influence of the various deposition parameters on the nanowire growth rate is presented. Slower growth rates are attained by selective change of deposition potentials and lower temperatures. Nanowires synthesized at slower growth rates have shown to possess a higher degree of crystalline order and smoother surface contours. With respect to structural properties, X-ray diffraction and transmission electron microscopy verified the growth of Bi2Te3 and evidenced the stability of specific properties, e.g. grain size or preferential orientation, with regard to variations in the deposition conditions. The interdependency of the fabrication parameters, i.e. temperature, deposition potential and nanochannel diameters, is demonstrated for wires grown in 30 µm thick membranes. It is visible from diffraction analysis that texture is tunable by the growth conditions but depends also on the size of the nanochannels in the template. Both (015) and (110) reflexes are observed for the nanowire arrays. Energy dispersive X-ray analysis further points out that variation of nanochannel size could lead to a change in elemental composition of the nanowires.

Translation of abstract (German)

Polykristalline Bi2Te3-Nanodrähte werden elektrochemisch in ionenspurgeätzten Polycarbonat Membranen abgeschieden. Abscheidungen wurden unter potentiostatischen Bedingungen in Membranen mit Dicken von 10 bis 100 µm durchgeführt. Die kleinsten beobachteten Nanodrahtdurchmesser waren 20 nm in dünnen Membranen und ungefähr 140 - 180 nm in dickeren Membranen. Der Einfluss der verschiedenen Abscheideparameter auf die Wachstumsgeschwindigkeit der Nanodrähte wird gezeigt. Langsameres Wachstum wurde durch gezielte Änderung der Abscheidepotentiale und niedrigere Temperaturen erzielt. Eine Verlangsamung des Wachstumsprozesses wirkt sich positiv auf die Ausbildung einer bevorzugten Kristallorientierung und die Oberflächenrauhigkeit der Drähte aus. Im Bezug auf strukturelle Charakteristiken bestätigen Röntgendiffraktionsmessungen und Transmissionelektronemikroskopie das Wachstum von Bi2Te3 und belegen die Stabilität einiger Eigenschaften, z.B. Korngrößen oder bevorzugte Orientierung von Nanodrähten, hinsichtlich Änderungen der Abscheidebedingungen. Das Wechselspiel der Herstellungsparameter, wie Temperatur, Abscheidepotential und Nanokanaldurchmesser wird für Drähte, die in 30 µm dicken Membranen abgeschieden wurden, aufgezeigt. Aus den Röntgendiffraktionsmessungen ist erkennbar, dass die Vorzugsorientierung von Nanodrähten durch die Wachstumsbedingungen variiert werden kann, dies aber auch abhängig vom Durchmesser der Nanokanäle ist. Sowohl (015)- als auch (110)-Reflexe wurden für die Nanodrahtarrays beobachtet. Messungen mittels energiedispersiver Röntgenanalyse deuten außerdem darauf hin, dass eine Veränderung des Nanodrahtdurchmessers auch zu einer Änderung der Elementzusammensetzung der Drähte führen könnte.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Neumann, Prof. Dr. Reinhard
Date of thesis defense: 26 May 2010
Date Deposited: 28 Jun 2010 08:08
Date: 2010
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Nanodraht, Bismuttelluride, Röntgenbeugung, Kristallinität, Galvanische Abscheidung
Uncontrolled Keywords: bismuth telluride , thermoelectric material , nanowire , electrodeposition , ion track-etched membrane
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