DE102011055604A1

DE102011055604A1 - Funktionalisierte Festkörperoberflächen von Metallen, Halbleitern und Isolatoren mit Nanostrukturen

Info

Publication number: DE102011055604A1
Application number: DE102011055604A
Authority: DE
Inventors: Danilo Bürger; Heidemarie Schmidt; Ilona Skorupa
Original assignee: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Current assignee: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-05-23
Also published as: WO2013075712A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die kontrolliert einstellbare Umverteilung von Fremdatomen während der thermischen Behandlung von Metallen, Halbleitern und/oder Oxiden und die Herstellung von Festkörpern mit einer definierten laterale und vertikalen Verteilung von Fremdatomen für neuartige Materialien, die in der Halbleitertechnologie und in der Transparenten Elektronik verwendet werden. Die funktionalisierten Festkörperoberflächen können gegebenenfalls durch die Umverteilung der Fremdatome völlig neuartige magnetische, optische und Transporteigenschaften als die entsprechenden Festkörperoberflächen ohne Fremdatome aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft funktionalisierte Festkörperoberflächen in Metallen, Halbleitern und Isolatoren mit Fremdatomen, welche definierte Nanostrukturen bilden können.
Stand der Technik
Die thermische Behandlung von Festkörpern wird benutzt, um die kristallinen Eigenschaften des Festkörpers zu verbessern und um Fremdatome an substitutionellen Gitterplätzen einzubauen.
Die thermische Behandlung von Festkörperoberflächen umfasst Rapid-Thermal-Annealing (RTA – schnelle thermische Ausheilung) auf der Sekunden-Zeitskala, Flash-Lamp-Annealing (FLA – Blitzlampenausheilung) auf der Millisekunden- bis Mikrosekunden-Zeitskala und Pulsed-Laser-Annealing (PLA – gepulste Laserausheilung) auf der Nanosekunden- bis Mikrosekunden-Zeitskala.
Der Vorteil der PLA resultiert daraus, dass nach Absorption des Laserlichtes einer definierten Wellenlänge und Energiedichte in der Festkörperoberfläche die durch das Laserlicht angeregten Elektronen auf einer Zeitskala von 1 ps bis 1 ns die absorbierte Energie an das Atomgitter der Festkörpers abgeben. Dadurch nimmt die Gittertemperatur des Festkörpers entsprechend der Bose-Einstein-Statistik zu.
Die Zeitabhängigkeit des lateralen und vertikalen Temperaturprofils ist durch die lokal applizierten PLA-Parameter und durch den von den Eigenschaften des Festkörpers abhängigen Wärmetransport in der erwärmten Festkörperoberfläche während und nach der thermischen Behandlung mit PLA bestimmt.
Dotanden in Halbleitermaterialien können durch thermische Behandlung mittels PLA lokal thermisch aktiviert werden. Makarovsky [Makarovsky, O. u. a.: Direct writing of nanoscale light-emitting diodes. Advanced Materials. 22 (2010), 3176–3180.] zeigte dies für Mangan-Akzeptoren in der p-leitenden GaMnAs-Schicht von nanoskaligen lichtemittierenden Dioden.
Die Zeitabhängigkeit des Temperaturprofils und die thermische Diffusion unter Berücksichtigung der Schmelzenthalpie und Rekristallisationswärme unterliegt deutlichen Verzögerungen im Vergleich zur Zeitabhängigkeit des Temperaturprofils im nicht aufgeschmolzenen Material.
Typischerweise werden Halbleiter bei der PLA-Behandlung bis etwa 1000 nm aufgeschmolzen. Die Erwärmung des Halbleiters kann auch noch in einer Tiefe von 10 µm bis 50 µm stattfinden, wobei die Temperatur in den tieferliegenden Bereichen des Halbleiters viel geringer ist, sodass möglicherweise dort liegende temperaturempfindliche Materialien, z.B. Polymere, nicht durch Erwärmung zerstört werden.
Die Aufschmelztiefe für die halbleitenden Festkörper, beispielsweise Silizium und GaAs, beträgt typischerweise bis zu 1000 nm. Bei schlecht wärmeleitenden Trägermaterialien für die Festkörper, beispielsweise Glas oder Saphir, kann die Aufschmelztiefe der Festkörper größer sein und liegt die halbleitenden Festkörperschichtstrukturen mit Silizium oder GaAs bei etwa 3 bis 5 µm. Funktionalisierte Festkörperoberflächen, zum Beispiel aktive Gebiete in Halbleiterbauelementen, elektrisch leitende Oxidschichten in transparenten Elektronikbauelementen, metallische magnetisierbare Einzel- und Mehrschichtstrukturen in magnetooptischen Sensormaterialien oder in Tunnelmagnetowiderstandsbauelemente sowie supraleitende Hochtemperaturoxidschichten, haben eine typische Dicke von 0 bis 2000 nm und können damit komplett oder teilweise mittels PLA thermisch behandelt werden.
Laser mit Pikosekunden-Laserpulsen müssen zum Erreichen der Phononenbesetzung, welche zum Aufschmelzen benötigt wird, eine extrem hohe Flächenleistungsdichte aufweisen. Dabei können meist nur dünne, oberflächennahe Schichten des Festkörpers mit einer Dicke von typischerweise 10 nm aufgeschmolzen werden. Größere Aufschmelztiefen lassen sich nicht erreichen, da bei der dafür erforderlichen Flächenleistungsdichte der Festkörper an der Oberfläche zunehmend abgetragen (abladiert) wird. Ablation wird bei der gepulsten Laserplasmaabscheidung zum Abtragen metallischer, halbleitender und oxidischer (keramischer) Targets verwendet. Die Ablationsrate von Atomen und/oder Ionen aus der Festkörperoberfläche hängt von der Spezies der Atombausteine des Festkörpers ab und kann in abladierten Festkörperoberflächen, welche aus Atomen verschiedener Spezies bestehen, zu einer Änderung der Stöchiometrie besonders in der Festkörperflächenähe führen.
Gepulste Laser mit Mikrosekunden-Laserpulsen benötigen zum Erreichen der Phononenbesetzung für das Aufschmelzen der Festkörperoberfläche nur eine geringe Flächenleistungsdichte. Jedoch wird bei der thermischen Behandlung mit Mikrosekunden-Laserpulsen die Zeit, während der der Festkörper erwärmt ist und während der Wärmeenergie von Festkörperoberfläche an benachbarte kältere Bereiche des Festkörpers abgegeben wird, im Vergleich zur PLA-Behandlung mit Nanosekunden-Laserpulsen um bis zu drei Größenordnungen erhöht. Damit wird eine höhere Energiedichte erforderlich.
Bei der thermischen Behandlung mit FLA wird die Festkörperoberfläche oder -rückseite mittels thermischer Behandlung vorgeheizt und damit wird die thermische Verspannung während des Spike-Annealings (Spitzen-Ausheilung) der Festkörperoberfläche oder -rückseite reduziert. Das Vorheizen des Festkörpers ist außerdem von Vorteil, da bei der thermischen Behandlung (Spike-Annealing) geringere Energiedichten benötigt werden, eine bessere Prozesskontrolle möglich ist und thermischen Verspannung reduziert werden können.
Fremdatome gettern (binden oder fangen ein) Verunreinigungen in Festkörpern während der thermischen Behandlung. Zum Beispiel wurde von S.M. Myers [Myers, S. M. u. a.: Mechanisms of transition-metal gettering in silicon. Journal of Applied Physics. 88 (2000), S. 3795–3819] gezeigt, wie das Phosphorgettern in verunreinigtem Silizium verwendet wird, um Metallatome in phosphordotierten Bereichen von Silizium, in denen die Metallatome eine erhöhte Löslichkeit besitzen, anzureichern und durch Bildung von Präzipitaten zu binden.
In metallischen Zweistoffsystemen mit vollständiger Löslichkeit (Substitutionsmischkristalle) sind die Fremdatome vollständig im festen Zustand gelöst. Typische metallische Substitutionsmischkristalle sind die Legierungen Eisen-Chrom, Eisen-Nickel, Gold-Kupfer, Gold-Silber und Kupfer-Nickel.
In metallischen Zweistoffsystemen mit vollständiger Unlöslichkeit (Kristallgemisch aus zwei Phasen), z.B. Eisen-Blei, sind zwar in der Schmelze die beiden Phasen ineinander gelöst, entmischen sich jedoch während der Kristallisation vollständig und bilden ein Kristallgemisch aus zwei Phasen, wobei jede Phase nur aus einer Komponente besteht und völlig frei ist von der anderen Komponente.
Die Löslichkeit von nicht-isovalenten Fremdatomen in Halbleitern (Si:P, Si:Mn, Ge:Mn) im festen Aggregatszustand beträgt typischer Weise 10¹⁶ bis zu 10²¹ Fremdatome je cm³.
Die Löslichkeit von isovalenten Fremdatomen in Halbleitern (ZnO:Co, Si:Ge) im festen Aggregatszustand beträgt typischerweise 10²¹ bis zu 10²² Fremdatome je cm³. Es können Mischkristalle gebildet werden.
Die Löslichkeit von Fremdatomen und Fremdmolekülgruppen in Isolatoren ist für bestimmte Phasen vollständig, z.B. bilden Cr₂O₃ in Al₂O₃ eine homogene Mischphase mit variabler Zusammensetzung.
Die Löslichkeit von Fremdatomen und Fremdmolekülgruppen in Isolatoren ist für bestimmte Phasen unvollständig, z.B. bilden SiO₂ und Na₂O im kristallinen Zustand zahlreiche definierte Phasen.
Die Löslichkeit von Fremdatomen und Fremdmolekülgruppen in Metallen, Halbleitern und Isolatoren im flüssigen Aggregatszustand ist im Vergleich zur Löslichkeit von Fremdatomen in Festkörpern im festen Aggregatszustand erhöht.
Ist nach der thermischen Behandlung die Konzentration von Fremdatomen in einem Festkörper im festen Aggregatzustand größer als die Löslichkeit der Fremdatome im Festkörper, dann befindet sich die Verteilung der Fremdatome in einem metastabilen Zustand. Die Umverteilung von Fremdatomen in einem Festkörper im festen Aggregatzustand, welche sich in einem metastabilen Zustand befinden, erfolgt in Abhängigkeit von den Diffusionsparametern der Fremdatome in dem Festkörper auf sehr langen Zeitskalen. Zum Beispiel findet bei Raumtemperatur durch Extrapolation des Mangan-Diffusionskoeffizienten in GaAs:Mn nur ein Mangan-Platzwechselvorgang im Mittel aller 10²⁰ Sekunden statt. Eine stabile Manganverteilung in GaAs:Mn wird theoretisch deswegen erst nach noch längeren Zeiten bei Raumtemperatur erreicht. Bei 600 bis 700°C kann die Phasenseparation aufgrund von Mangan-Platzwechselvorgängen auf wenige Sekunden verkürzt werden.
Atomare, molekulare und ionare Spezies eines Prozessgases können während der thermischen Behandlung in Bereichen eines Festkörpers im flüssigen Aggregatszustand, welche mit dem Prozessgas in Kontakt stehen, in diese Bereiche des Festkörpers eingebaut werden. Das verursacht eine Änderung der chemischen Komposition und Stöchiometrie der Festkörperbereiche, welche mit dem Prozessgas in Kontakt stehen. Zum Beispiel wird eine Siliziumoberfläche, welche einem sauerstoffhaltigen Prozessgas thermisch behandelt wird, oberflächennah oxidiert.
Amorphe Festkörper können unter der Wirkung von Laserlicht rekristallisieren und kristalline Festkörper können unter der Wirkung von Laserlicht amorphisieren. Zum Beispiel amorphisiert Silizium oberhalb einer Rekristallisationsgeschwindigkeit von 10 bis 15 m/s (in Abhängigkeit von der Kristallorientierung) und Germanium oberhalb einer Rekristallisationsgeschwindigkeit von 1,7 bis 4 ms^–1 (in Abhängigkeit von der Kristallorientierung).
Die Rekristallisationsgeschwindigkeit während der PLA-Behandlung hängt in Festkörpern von der Orientierung der flüssig-festen Grenzfläche ab. In Silizium ist die Rekristallisationsgeschwindigkeit für eine (111)-Grenzflächenorientierung am Größten und nimmt mit der Orientierung (112), (001) und (011) ab.
Konvektive Flüsse können innerhalb eines aufgeschmolzenen Festkörpers aufgrund von Dichteunterschieden entlang von Temperaturgradienten und aufgrund von Oberflächenspannungen auftreten. Wenn die Dicke der aufgeschmolzenen Festkörperoberfläche d₀‘ kleiner als die Kapillarlänge l_c ist, dann dominieren Oberflächenspannungseffekte. Die Kapillarlänge l_c gibt an, wie weit eine Flüssigkeit in Abhängigkeit von dem Kapillardurchmesser und der Dichte der Flüssigkeit und des umgebenden Mediums bei einem gegebenen Randwinkel steigt und damit die Wirkung der Oberflächenspannungseffekte ausgleicht.
Quantengräben und Quantenbarrieren können durch thermische Behandlung mittels PLA lokal selektiv vermischt werden. Stanowski [Stanowski, R. u. a.: Laser rapid thermal annealing of quantum semiconductor wafers: a one step bandgap engineering technique. Applied Physics A: Materials Science & Processing. 94 (2009), Heft 3, 667–674.] zeigte dies für InGaAsP/InP-Quantengrabenmikrostrukturen.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, funktionalisierte Festkörperoberflächen in Metallen, Halbleitern und Oxiden mit Fremdatomen für neuartige Materialien in der Metall- und Halbleitertechnologie und in der transparenten Elektronik anzugeben. Die neuartigen Materialien können aus Metallen, Halbleitern und Oxiden mit homogen oder inhomogen verteilten Fremdatomen bestehen. Die Herstellung und die möglichen Ausführungsvarianten der funktionalisierten Festkörperoberflächen werden beschrieben.
Grundzüge des Lösungsweges
Fremdatome werden während einer thermischen Behandlung unter Wahl der korrekten Ausheilparameter lokal umverteilt (lokale Phasenseparation) und weisen in Gebieten, welche eine andere Temperatur als benachbarte Gebiete aufweisen, eine andere Konzentration der Fremdatome als die benachbarten Gebiete auf. Die Phasenseparation kann durch lokale Laserbestrahlung des Festkörpers oder durch selbstorganisierte lokale Umverteilung hervorgerufen werden.
Vor der thermischen Behandlung auf der Nanosekunden-Mikrosekunden-Zeitskale vollständig amorphisierte Schichten mit Fremdatomen können (unter einem Prozessgas) vollständig als Einkristall rekristallisiert werden.
Vor der thermischen Behandlung auf der Nanosekunden-Mikrosekunden-Zeitskale unvollständig amorphisierte Festkörperoberflächen können (unter einem Prozessgas) als Polykristallit rekristallisieren, wenn die Energiedichte nur ausreicht, um nur die amorphen Bereiche der unvollständig amorphisierten Festkörperoberfläche aufzuschmelzen.
Die Grenzflächenstruktur der amorph/kristallinen Grenzfläche kann gestaltet werden, beispielsweise durch Verwendung von vorstrukturiertem kristallinen Substrat zum Tieftemperaturwachstum von amorphen Dünnfilmen auf diesem oder durch Verwendung von Ionen bestimmter Energie und Ladung bei der Implantation und Amorphisierung der Festkörperoberfläche.
Die Grenzfläche kann während der Implantation mit einem Ionentyp gestaltet werden. Mit einem anderen Ionentyp können gleichzeitig gezielt Fremdatome in der Festkörperoberfläche verteilt werden. Die Implantation kann durch Masken oder unterschiedlich dicke Deckschichten erfolgen.
Getterbereiche für Fremdatome in der Festkörperoberfläche werden während des Tieftemperaturwachstums und/oder während der Implantation definiert. Die Getterbereiche besitzen eine höhere Schmelztemperatur als das sie umgebende Festkörpermaterial und weisen im festen Zustand eine viel geringere Löslichkeit für Fremdatome als das sie umgebende Festkörpermaterial im flüssigen Zustand auf.
Die Tiefenverteilung der Fremdatome vor der thermischen Behandlung auf der Nanosekunden-Mikrosekunden-Zeitskala unter einem Prozessgas berücksichtigt den Schneepflugeffekt während der thermischen Behandlung. Die Umverteilung der Fremdatome in der flüssigen Phase des Festkörpers kann durch externe magnetische und/oder elektrische Felder gesteuert werden.
Die laterale Verteilung der Fremdatome vor der thermischen Behandlung auf der Nanosekunden-Mikrosekunden-Zeitskala unter einem Prozessgas berücksichtigt die von der Kristallorientierung abhängige Rekristallisationsgeschwindigkeit während der thermischen Behandlung.
Die Oberfläche von Festkörpermaterialien, welche aus mehreren Atomsorten bestehen, von denen mindestens eine Atomsorte im flüssigen Zustand des Festkörpermaterials leicht flüchtig ist, werden durch eine Getterschicht komplett abgedeckt und/oder unter einem Prozessgas unter Überdruck thermisch behandelt. Für die thermische Behandlung im Roll-to-Roll-Verfahren von Festkörpermaterialien für die transparente Elektronik sollte nahe des Tripelpunktes des Festkörpermaterials, zum Beispiel unter Ausnutzung des Bernoulli'schen Gesetzes mit bewegtem Prozessgas gearbeitet werden.
Wichtig ist die Verhinderung der Änderung der Stöchiometrie und chemischen Komposition von Festkörperoberflächen bei der thermischen Behandlung durch Ablations- und Evaporationseffekte. Ziel der Aufgabe ist es weiterhin, die thermische Verspannung während der lokalen Umverteilung von Fremdatomen in Metallen, Halbleitern und Isolatoren zu verringern.
Gleichzeitig kann die Herstellung regelmäßig angeordneter Segregationen von Fremdatomen an verschiedenen definierten Positionen im oberflächennahen Bereich des Festkörpers beschrieben werden.
Erzeugte Vorteile oder Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik
Herstellung von funktionalisierten Festkörperoberflächen von Metallen, Halbleitern und Isolatoren mit Nanostrukturen in einem bezüglich seiner lateralen und Tiefenposition definierten Bereich der Festkörperoberfläche durch Verwendung von strukturierten Grenzflächen zwischen einem Substrat mit kristalliner Oberfläche und der Schicht mit Fremdatomen, durch Verwendung von definiert lateral und tiefenverteilten Getterbereichen in der Schicht mit Fremdatomen sowie durch lokale Bestrahlung mit Laserlicht einer definierten Wellenlänge, Pulslänge und Energiedichte zur lokalen Erwärmung, Aufschmelzung, Rekristallisation und Umverteilung der Fremdatome in der Schicht mit Fremdatomen in den zu funktionalisierenden Festkörperoberflächen.
Die atomspezifische Evaporation und Ablation, welche zu einer Änderung der Stöchiometrie des Festkörpers im erwärmten oberflächennahen Bereich führt, kann durch thermische Behandlung des Festkörpers in einem Prozessgas reduziert werden, wobei die Relativgeschwindigkeit des Prozessgases und des Festkörpers sowie die Durchflussrate des Prozessgases möglichst groß gewählt werden sollte. Die atomspezifische Evaporation und Ablation wird ebenfalls durch die Verwendung einer Deckschicht mit Eigenschaften eines Gettermaterials reduziert.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
beschreibt die Herstellung funktionalisierter Festkörperoberflächen von Metallen, Halbleitern und Isolatoren mit Nanostrukturen vor der thermischen Behandlung und nach der thermischen Behandlung.
zeigt die Herstellung eines funktionalisierten Festkörpers mit definierten Nanostrukturen in einer Entfernung d_t von der Probenoberfläche.
verdeutlicht die Herstellung eines Netzwerkes aus magnetisierbaren Nanopartikeln in einer elektrisch leitenden oder in einer isolierenden Schicht eines Halbleiters und dessen Verwendung zur spinpolarisierten Streuung von Ladungsträgern und zur Sortierung von spinpolarisierten Ladungsträgern in Festkörpern aus Halbleitermaterial während eines Stromflusses zwischen strukturierten Kontakten.
zeigt die Herstellung und Verwendung eines Netzwerkes aus elektrisch polarisierbaren Nanopartikeln im Diffusionsgebiet von Solarzellen zur Sortierung von photogenerierten Ladungsträgern.
verdeutlicht die Herstellung von magnetischen, ferroelektrischen und multiferroischen Clustern mit Strukturanisotropie.
zeigt die Umverteilung von Fremdatomen in der Schicht durch lokale thermische Behandlung unter einem Prozessgas.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
zeigt die Herstellung der funktionalisierten Festkörperoberflächen von Metallen, Halbleitern und Isolatoren mit Nanostrukturen vor der thermischen Behandlung (2) und nach der thermischen Behandlung (2‘). Der Halbleiter kann zum Beispiel ein Elementhalbleiter (Ge, Si), ein III-V-Halbleiter (GaAs, GaP, GaN) oder ein II-VI-Halbleiter (ZnTe, ZnO) sein. Der Festkörper umfasst ein Substrat mit einer kristallinen Oberfläche (1), auf das eine amorph, amorph-kristalline oder kristalline Schicht mit Fremdatomen aufgebracht oder präpariert ist, wobei sich zwischen diesen beiden Schichten eine Grenzschicht (3) ausbildet, und diese strukturiert sein kann. Die Dicke d₀ der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) ist kleiner als 2000 nm und die laterale und vertikale der geclusterten und ungeclusterten Fremdatome in der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht wird bei der Präparation bestimmt. In die amorph, amorphkristalline oder kristalline Schicht (2) sind ein oder mehrere Getterbereiche (5) eingebracht, deren Schmelztemperatur höher als die Schmelztemperatur der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht ist. Auf die amorph, amorphkristalline oder kristalline Schicht ist eine Deckschicht (4) aufgebracht, deren Schmelztemperatur höher als die Schmelztemperatur der amorph, amorphkristallinen oder kristallinen Schicht ist. Nach der thermischen Behandlung ist die laterale und vertikale der Fremdatome in der amorphen, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht (2‘) geändert. Die thermische Behandlung führt zum Aufschmelzen der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht (2), vorzugsweise auch zu einem Aufschmelzen der Grenzschicht (3), besonders bevorzugt auch zu einem Aufschmelzen der an die Grenzfläche angrenzenden kristallinen Oberfläche des Substrates (2‘‘). Die Gesamtdicke der aufgeschmolzenen Schichten (2‘) und (2‘‘) beträgt d₀‘. Durch die thermische Behandlung, vorzugsweise unter einem Prozessgas der Geschwindigkeit v_G, werden definierte Nanostrukturen (6‘) durch laterale und vertikale Umverteilung der Fremdatome hergestellt. Auf der aufgeschmolzenen Schicht mit Fremdatomen (2‘) kann durch die thermische Behandlung und den Schneepflugeffekt eine Schicht mit geclusterten Fremdatomen (7) gebildet werden. Sowohl die Deckschicht mit Eigenschaften eines Gettermaterials (4) als auch die Schicht mit geclusterten Fremdatomen kann nach der thermischen Behandlung mittels physikalischer oder chemischer Ätzverfahren von der Festkörperoberfläche abgelöst werden.
zeigt die Herstellung des Festkörpers mit definierten Nanostrukturen in einer Entfernung d_t von der Probenoberfläche. In die Schicht mit Fremdatomen (2) ist ein durchgehender Getterbereich (5) eingebracht. Die Grenzfläche (3) zwischen der amorph, amorph-kristallinen und/oder kristallinen Schicht (2) und dem Substrat mit kristalliner Oberfläche (1) ist strukturiert. Während der thermischen Behandlung schmilzt der Festkörper bis in eine Tiefe von d₀‘ auf und rekristallisiert. Während der Rekristallisation über die Grenzfläche (3) hinweg beeinflussen die Strukturen der Grenzfläche (3) die Rekristallisationsgeschwindigkeit in der Schicht mit Fremdatomen (2) und die laterale und vertikale Umverteilung der Fremdatome in der Schicht mit Fremdatomen (2) nach der thermischen Behandlung (2‘). Aufgrund des Schneepflugeffektes wird ein großer Anteil der Fremdatome während der Rekristallisation der Schicht mit Fremdatomen immer in den flüssigen Bereich der Schicht mit Fremdatomen (2‘) transportiert. Lateral kann der Transport von Fremdatomen in der Schicht mit Fremdatomen (2‘) unterschiedlich sein und es kann in der Schicht mit Fremdatomen (2‘) Bereiche mit einer erhöhten Konzentration an Fremdatomen geben, welche an dem durchgehenden Getterbereich (5) in der Tiefe d_t Bereiche mit geclusterten Fremdatomen (6‘) in der Schicht (2‘) ausbilden. Die Form der Bereiche mit geclusterten Fremdatomen (6‘) ist hauptsächlich durch die Verteilung der Fremdatome in der Schicht (2) vor der thermischen Behandlung, durch die Struktur der Grenzfläche (3) und durch die Entfernung d_t und die Eigenschaften des durchgehenden Gettermaterials sowie durch die Anisotropie der Rekristallisationsgeschwindigkeit in der Schicht mit Fremdatomen bestimmt. Lokal regelmäßig angeordnete Nanopyramiden in Halbleitern mit geclusterten Fremdatomen werden für eine Aufschmelzrichtung entlang der (111)-Kristallorientierung erwartet. Inselförmige Nanostrukturen werden für eine Aufschmelzrichtung entlang der (100)-Kristallorientierung erwartet. Die regelmäßige Anordnung der Nanostrukturen wird durch das Muster der Grenzschicht (3) bestimmt. Als durchgehende Getterschicht kann die Komponente von Heterostrukturen, zum Beispiel AlAs in GaAs/AlAs-Heterostrukturen und Si in Si/Ge-Heterostrukturen, verwendet werden, welche einen höheren Schmelzpunkt aufweist. Es können regelmäßige () Fluktuationen in der Verteilung der Fremdatome in der Festkörperoberfläche (InGaAs in GaAs, GeSi) ohne komplette Entmischung der Fremdatome und des Festkörpermaterials durch thermische Behandlung hergestellt werden. Es können regelmäßig geformte Cluster mit neuartigen optischen, magnetischen und Transporteigenschaften hergestellt werden. Durch die thermische Behandlung wird die Verteilung der Fremdatome einer hohen Konzentration und geringen Löslichkeit in Quantenschichten, Quantendrähten, Quantenpunkten und Quantenpyramiden lateral und vertikal geändert.
zeigt die Herstellung eines Netzwerkes bestehend aus magnetisierbaren Nanopartikeln in den Knotenpunkten des Netzwerkes oder aus magnetisierbaren Nanopartikeln in den Knotenpunkten des Netzwerkes und magnetisierbaren Leitungspfaden zwischen den Knotenpunkten des Netzwerkes oder aus magnetisierbaren Leitungspfaden zwischen den Knotenpunkten des Netzwerkes (6‘) in einer elektrisch gut oder elektrisch schlecht leitenden Schicht eines Halbleiters und dessen Verwendung zur spinpolarisierten Streuung von Ladungsträgern und zur Sortierung von spinpolarisierten Ladungsträgern in Festkörpern aus Halbleitermaterial während eines Stromflusses zwischen den strukturierten Kontakten (15), wobei zwischen den strukturierten Kontakten mindestens ein Knotenpunkt des Netzwerkes liegt. Der Minimalabstand der strukturierten Kontakte beträgt beispielsweise im Ge:Mn-System etwa 10 nm. Es wird eine Schicht mit magnetischen Fremdatomen (2) einer hohen Konzentration und einer geringen Löslichkeit hergestellt. Durch die thermische Behandlung und durch die Strukturierung der Grenzschicht (3) werden die magnetischen Fremdatome umverteilt und an der Deckschicht mit Eigenschaften eines Gettermaterials (4) gegettert. Außerdem kann sich auf Schicht (2‘‘) eine durchgehende Schicht mit geclusterten Fremdatomen (6‘) ausbilden. Vor dem Aufbringen der strukturierten Kontakte (15) wird das Netzwerk mit magnetisierbaren Nanopartikeln durch chemisches oder physikalisches Ätzen der Deckschicht mit Eigenschaften eines Gettermaterials (4) sowie der Schicht mit geclusterten Fremdatomen auf Schicht (2) freigelegt. Dann werden die ferromagnetischen oder paramagnetischen Nanopartikel durch ein externes Magnetfeld B → magnetisiert. Lokale externe Magnetfelder B → im Bereich oberhalb der Koerzitivfeldstärke des Netzwerkes können durch oberhalb und/oder unterhalb fließender Ringströme in einem Abstand von wenigen nm vom Netzwerk erzeugt werden. Ein externes Magnetfeld von 0.3 T wird benötigt, um die Magnetisierungsrichtung in einem Netzwerk des Ge:Mn-Systems zu ändern. Die Ringströme oder ggf. Ströme durch das Netzwerk können zum Schreiben von Information verwendet werden. Als Lesestrom wird der Strom zwischen den strukturierten Kontakten verwendet. Fließt nun der Lesestrom zwischen den strukturierten Kontakten (15) durch das Netzwerk, dann werden spin-up polarisierte Ladungsträger (8) in der Schicht (2‘) in die eine Richtung des Netzwerkes senkrecht zur Richtung des Stromflusses und spin-down polarisierte Ladungsträger (9) in der Schicht (2‘) in die entgegengesetzte Richtung des Netzwerkes senkrecht zur Richtung des Stromflusses durch spinabhängige Streuung in dem Netzwerk abgelenkt. Nach Abschalten des Magnetfeldes tritt die durch den Halleffekt bedingte Trennung von negativen und positiven Ladungsträgern senkrecht zur Stromflussrichtung nicht auf. Trotzdem wird eine Spannung U_s gemessen, welche auf die Trennung von spin-up und spin-down polarisierten Ladungsträgern zurückzuführen ist. Die Größe der Spannung U_s ist durch den Unterschied im chemischen Potential der spin-up und spin-down polarisierten Ladungsträger gegeben.
zeigt die Herstellung eines Netzwerkes aus elektrisch polarisierbaren Nanopartikeln (6‘) im Diffusionsgebiet von Solarzellen zur Sortierung von photogenerierten Ladungsträgern. Die Dicke der Schicht, in der die photogenerierten Ladungsträger driften und Elektronen und Löcher getrennt werden beträgt d_PV. Es wird eine Schicht mit Fremdatomen (2) einer hohen Konzentration und geringen Löslichkeit, welche nach thermischer Behandlung ferroelektrische Cluster bilden, hergestellt. Die elektrisch polarisierbaren Nanopartikel sollen sich über den Tiefenbereich d₀’ gleichverteilt bilden. Dies wird durch gleichverteilt in der Schicht (2) eingebrachte Getterbereiche (6), durch die Verteilung der Fremdatome in der Schicht (2) vor der thermischen Behandlung und/oder durch die Verwendung von Laserlicht verschiedener Wellenlänge und damit verschiedener Eindringtiefe und Aufschmelztiefe für die thermische Behandlung erreicht. Die Schicht (2‘) soll nach der thermischen Behandlung durch chemisches oder physikalisches Ätzen der Deckschicht mit Eigenschaften eines Gettermaterials (4) sowie der Schicht mit geclusterten Fremdatomen (7) freigelegt werden. Die Metallisierung der Solarzelle zum Aufbringen des Frontkontaktes (11) auf die Oberflächenschicht (12) mit der Dicke d_PV und zum Aufbringen des Bottom-Kontaktes (Rückseitenkontakts) (11‘) erfolgt nach dem Entfernen der Deckschicht mit den Eigenschaften des Gettermaterials (4) sowie der Schicht mit geclusterten Fremdatomen (7). Die elektrisch polarisierbaren Nanopartikel besitzen eine große Anisotropie und werden durch einmaliges Anlegen eines elektrischen Feldes so polarisiert, dass die photogenerierten Ladungsträger im Bereich der lokalen elektrischen Felder der elektrisch polarisierbaren Nanopartikeln in Richtung des entsprechenden Kontaktes der Solarzelle driften. In driften Elektronen in den lokalen elektrischen Feldern im Diffusionsgebiet in Richtung des Frontkontaktes (11) und Löcher in den lokal elektrischen Feldern in Richtung des Rückseitenkontaktes (11’).
zeigt die Herstellung von magnetischen, ferroelektrischen und multiferroischen Clustern mit Strukturanisotropie (6’) in der aufgeschmolzenen Schicht mit Fremdatomen nach der thermischen Behandlung (2’). Ausgangspunkt für diese Herstellung ist eine Schicht mit Fremdatomen (2) mit sphärischen und/oder strukturanisotropen geclusterten Fremdatomen (6) in der Schicht mit Fremdatomen (2) vor der thermischen Behandlung. Die Bildung sphärischer Cluster (6) bei der Herstellung der Schicht mit Fremdatomen (2) ist energetisch am günstigsten. Mittels eines Transducers (16) wird der Festkörper im Bereich der sphärischen Cluster lokal, zum Beispiel mittels Maske, aufgeschmolzen und rekristallisiert danach wieder. Bei der Herstellung von Clustern mit Strukturanisotropie wird die laterale und vertikale Wärmeleitung verwendet, um eine laterale und vertikale Umverteilung der Fremdatome zu erreichen. Die an das direkt umgebende Festkörpermaterial abgegebene Rekristallisationswärme führt zu einer verzögerten Rekristallisation im Bereich der Cluster. Die Cluster und das Festkörpermaterial müssen eine unterschiedliche Dichte besitzen, damit sich in der flüssigen Phase die Fremdatome vorzugsweise normal zur Festkörperoberfläche umverteilen können. Transducer werden bereits beim wärmeunterstützten thermischen Schreiben (heat assisted thermal writing) für 25 × 25 nm² große Speicherzellen verwendet.
zeigt die Umverteilung von Fremdatomen in der Schicht (2) durch lokale thermische Behandlung unter einem Prozessgas, welches sich mit der Geschwindigkeit v_G über die Oberfläche des Festkörpers, welcher auf einer Prozessführung (17) gelagert ist, bewegt. Die Geschwindigkeit der Prozessführung v_P ist vorzugsweise entgegengesetzt der Geschwindigkeit des Prozessgases v_G gerichtet. Das Prozessgas (20), der Festkörper und die Probenführung (17) sind in einer Prozesskammer (18) angeordnet. Die lokale thermische Behandlung kann über einen Transducer (16) und über ein Eintrittsfenster (19) in der Prozesskammer (18) unter einem nicht-fließenden und/oder einem anderen fließenden Prozessgas erfolgen. Der statische Druck eines nicht-fließenden Prozessgases soll vorzugsweise oberhalb des Tripelpunktes des Festkörpers liegen. Die relative Geschwindigkeit (|v_G – v_P|) zwischen dem Prozessgas v_G und der Probenführung v_P sowie der Durchfluss des Prozessgases, welcher die Dichte des Prozessgases ρ_G bestimmt, sind vorzugsweise so zu wählen, dass der Staudruck ρ_G × (2(|v_G – v_P|))^–2 oberhalb des Tripelpunktes des Festkörpers liegt. Als Prozessgas können Sauerstoff, Stickstoff, Helium, Argon oder eine Mischung bzw. Verbindung mit diesen Stoffen und anderen Edelgasen verwendet werden. Bevorzugt sollte ein sauerstoffhaltiges Prozessgas bei oxidischen Festkörpern oder ein stickstoffhaltiges Prozessgas bei nitridischen Festkörpern gewählt werden. Dadurch werden Evaporations- und Ablationseffekte während der thermischen Behandlung reduziert und die Größe eines möglichen stöchiometrischen Ungleichgewichtes an der Oberfläche des Festkörpers nach der thermischen Behandlung reduziert. Die Umverteilung der Fremdatome unter einem Prozessgas ist für die Herstellung von transparenten leitenden Oxidschichten auf einem flexiblen Substrat im Roll-to-Roll-Verfahren vorzugsweise anzuwenden. So wird die Löslichkeit der Fremdatome in der flüssigen Phase des Festkörpers (ZnO:P) und die Entfernung (Ausheilung) intrinsischer, elektrisch aktiver Defekte (V₀) durch thermische Behandlung unter einem Prozessgas erst möglich.
Für die Bildung eines magnetisierbaren Netzwerkes durch Laserausheilung einer Schicht mit Fremdatomen (2) werden die Schichten mit Fremdatomen mittels Dünnfilmdeposition, z.B. Molekulstrahlepitaxie oder Magnetronsputtern, bevorzugt auf ein Substrat mit kristalliner Oberfläche (1) und/oder mittels Ionenimplantation in Festkörperoberflächen hergestellt. Die Konzentration der Fremdatome beträgt beispielsweise 1 bis 30 at%, vorzugsweise 5 bis 20 at%, besonders bevorzugt ca. 10 at%. Die Dicke der Schicht mit Fremdatomen (2) beträgt 1 bis 2000 nm, vorzugsweise 20 bis 500 nm und besonders bevorzugt etwa 80 bis 200 nm. Zur Bildung von zufällig perkolierenden und/oder nanostrukturierten Netzwerken durch
Laserausheilung der Schicht mit Fremdatomen (2) sollen die Fremdatome in der Schicht (2) magnetisch sein, vorzugsweise 3d-Übergangsmetalle oder 4f-Seltene Erdmetalle und/oder vorzugsweise eine geringe Löslichkeit im Festkörper besitzen und/oder vorzugsweise einen niedrigen rekristallisationsgeschwindigkeitsabhängigen Segregationskoeffizienten aufweisen. Beispielsweise sind zur Herstellung eines magnetisierbaren Netzwerkes in Silizium und Germanium die 3d-Übergangsmetalle oder 4f-Seltene Erdmetalle, vorzugsweise Mangan, Eisen und Vanadium in Silizium und Mangan, Cobalt, Eisen und Nickel in Germanium, besonders bevorzugt Mangan in Silizium oder Mangan in Germanium, geeignet. Bei der Verwendung von Lasern mit kurzen Laserpulsen mit Pulslängen unterhalb von 100 ns, beispielsweise bei Nd:YAG- oder Excimer-Laser, wird empfohlen, den Festkörper während der Laserausheilung zusätzlich, beispielweise mittels RTA, (vor)zuheizen. Dieses Vorheizen erniedrigt den Temperaturgradienten während der Laserausheilung, es werden geringere Energiedichten bei der Laserausheilung benötigt und durch die verminderte Rekristallisationsgeschwindigkeit und erhöhte Segregation der magnetischen Fremdatome lässt sich die Zellgröße eines zufällig perkolierenden Netzwerkes definiert einstellen.
Beispielsweise kann Mangan mit einem Anteil von 5 bis 20 at% Mangan bis zu einer Tiefe von 500 nm in Germanium implantiert werden. Zum Ausheilen einer amorphen, 500 nm dicken Ge-Schicht mit Mangan-Fremdatomen verwendet man 200 ns bis 1000 ns lange Laserpulse. Durch Selbstorganisation während der Rekristallisation entstehen in Ge:Mn-Strukturen zufällig perkolierende Netzwerke mit manganreichen, magnetisierbaren Nanopartikeln in den Knotenpunkten des Netzwerkes und mit manganreichen, magnetisierbaren Leitungspfaden zwischen den Knotenpunkten des Netzwerkes.
Bezugszeichen Tab. 1
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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S.M. Myers [Myers, S. M. u. a.: Mechanisms of transition-metal gettering in silicon. Journal of Applied Physics. 88 (2000), S. 3795–3819] [0013]
Stanowski, R. u. a.: Laser rapid thermal annealing of quantum semiconductor wafers: a one step bandgap engineering technique. Applied Physics A: Materials Science & Processing. 94 (2009), Heft 3, 667–674 [0026]

Claims

Festkörper, umfassend ein Substrat mit einer kristallinen Oberfläche (1) auf das eine amorph, amorph-kristalline oder kristalline Schicht mit Fremdatomen (2) aufgebracht oder präpariert ist, wobei sich zwischen diesen beiden Schichten eine Grenzfläche (3) ausbildet, und diese Grenzfläche und/oder die amorph, amorph-kristalline oder kristalline Schicht mit Fremdatomen (2) strukturiert ausgeführt sein können, dadurch gekennzeichnet, – dass die Dicke d₀ der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) kleiner als 2000 nm ist, und – dass die laterale und vertikale Verteilung der Fremdatome in der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) bei der Präparation durch die mittels anschließend thermischer Behandlung zu erreichende laterale und vertikale Verteilung der Fremdatome in der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) bestimmt wird, – wobei die thermische Behandlung der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) mit Laserlicht, vorzugsweise unter Verwendung eines Prozessgases, zu einem Aufschmelzen der amorph, amorphkristallinen oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) führt, vorzugsweise auch zu einem Aufschmelzen der Grenzfläche (3), besonders bevorzugt auch zu einem Aufschmelzen der an die Grenzfläche angrenzenden kristallinen Oberfläche des Substrates, und – wobei optional auch die Rückseite des Substrats thermisch behandelt werden kann, damit thermische Verspannungen reduziert werden können.
Festkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die amorph, amorphkristalline oder kristalline Schicht mit Fremdatomen (2) ein oder mehrere Getterbereiche (5) vor der thermischen Behandlung eingebracht sind, deren Schmelztemperatur höher als die Schmelztemperatur der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) ist.
Festkörper nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die amorph, amorph-kristalline oder kristalline Schicht mit Fremdatomen (2) aus mindestens einem Halbleitermaterial und/oder mindestens einem metallischen Material und/oder mindestens einem Isolatormaterial oder einer Kombination dieser Materialien besteht.
Festkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deckschicht 4 auf der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) aufgebracht ist, wobei deren Schmelztemperatur vorzugsweise höher als die Schmelztemperatur der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) ist.
Festkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flexibilität des rekristallisierten Festkörpers nach der thermischen Behandlung durch seinen amorph-kristallinen Zustand vor der thermischen Behandlung bestimmt wird.
Herstellung des Festkörpers mit definierten Nanostrukturen aus einem Festkörper der mindestens eine amorph, amorph-kristalline und/oder kristalline Schicht mit Fremdatomen (2) auf einem Substrat mit kristalliner Oberfläche (1), mit definierter Grenzfläche (3) umfasst, wobei zwischen der amorph, amorph-kristallinen und/oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) und dem Substrat mit kristalliner Oberfläche (1) sich eine Grenzfläche (3) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch thermische Behandlung mit Laserlicht, vorzugsweise unter einem Prozessgas eine definierte Grenzfläche ausbildet, wobei die definierte Grenzfläche durch die Oberfläche des Substrates mit kristalliner Oberfläche (1) bestimmt wird, bevorzugt durch Verwendung von strukturierten Substraten mit kristalliner Oberfläche (1).
Herstellung des Festkörpers mit definierten Nanostrukturen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdatome während des Wachstums der amorph, amorphkristallinen und/oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) lateral und vertikal homogen und/oder in Clustern verteilt werden.
Herstellung des Festkörpers mit definierten Nanostrukturen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdatome nach dem Wachstum der amorph, amorphkristallinen und/oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2), aber vor der thermischen Behandlung, definiert über Masken eingebracht werden, bevorzugt durch Implantation.
Herstellung des Festkörpers nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Getterbereiche (5), deren Schmelztemperatur höher als die Schmelztemperatur des umgebenden Bereiches ist, während des Wachstums der amorph, amorph-kristallinen und/oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) lateral und vertikal verteilt gebildet werden, bevorzugt durch Heterostrukturwachstum oder durch lokale Oxidation.
Herstellung des Festkörpers nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die eingetragene Energiedichte des verwendeten Laserlichts bei thermischer Behandlung von den Eigenschaften der amorph, amorph-kristallinen und/oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) bestimmt wird und diese Energiedichte des verwendeten Lasers pro abgegebenem Laserpuls kleiner als 5 Jcm^–2 ist und die Photonenenergie des verwendeten Laserlichts oberhalb der Bandlücke des Halbleiters liegt und dadurch das Laserlicht nahe der Oberfläche des Festkörpers absorbiert werden soll, damit ergeben sich für Ge:Mn-Systeme bevorzugte Pulslängen von 200 ns bis 1000 ns.
Herstellung des Festkörpers nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindringtiefe des verwendeten Laserlichtes in das zu prozessierende Material und die Wärmeleitung (thermische Diffusion) im Festkörper durch Verwendung von Masken oder absorbierenden Deckschichten lateral und vertikal variiert werden kann, wobei die Masken und die absorbierenden Deckschichten strukturiert ausgeführt sein können, und wobei die Masken und die strukturierten absorbierenden Deckschichten zusätzlich für die Lokalisierung der zu implantierenden Fremdatome vor der thermischen Behandlung genutzt werden können.
Herstellung des Festkörpers nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Laser mit verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig während der thermischen Behandlung verwendet werden können, wobei damit die gleichzeitige Kristallisierung und Amorphisierung des Festkörpers während der Umverteilung der Fremdatome in der amorph, amorph-kristallinen und/oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) zur Erzeugung von kristallinen und/oder amorphen Nanostrukturen genutzt werden kann, vorzugsweise durch lokales Aufschmelzen einzelner Bereiche.
Herstellung des Festkörpers nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass gepulste Laser verwendet werden können und die Pulsdauer im Nanosekunden- oder Mikrosekunden-Bereich liegt, bevorzugt im Nanosekunden-Bereich, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 1000 ns liegt, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 200 bis 400 ns liegt.
Herstellung des Festkörpers nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von cw-Lasern die Probe in einem Prozessgas unter Überdruck gerastert wird, bevorzugt dass die Probe unter dem Laser gerastert wird.
Herstellung des Festkörpers nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Transducer (16) verwendet werden, um die Energiedichte des Lasers auf der nm-Skala lokal einzutragen und ein vertikales und laterales Temperaturprofil in der Schicht mit Fremdatomen (2, 2‘) zu erzeugen.
Herstellung des Festkörpers nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung gepulster Laser oder bei Verwendung von Transducern (16) ein Überlapp im prozessierten Bereich verwendet wird, um diesen prozessierten Bereich mehrfach thermisch zu behandeln oder dass Mehrfach-Laserpulse auf einen zu prozessierenden Bereich des Festkörpers eingestrahlt werden.
Herstellung des Festkörpers nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Sauerstoff, Argon oder Stickstoff oder ein Gemisch mit mindestens einem dieser Stoffe als Prozessgas verwendet wird, welches unter Überdruck steht und/oder sich mit einer Geschwindigkeit über die Festkörperoberfläche bewegt, vorzugsweise liegt die Geschwindigkeit des Prozessgases nahe seiner Schallgeschwindigkeit.
Herstellung des Festkörpers nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung unter Überdruck in einer geschlossenen Druckkammer stattfindet oder dass die thermische Behandlung unter Überdruck in einer offenen Druckkammer mit gerichtet bewegtem Prozessgas stattfindet, wobei der Überdruck vorzugsweise nahe des Tripelpunktes des zu behandelnden Festkörpers eingestellt wird.
Herstellung des Festkörpers nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während der Herstellung die thermischen Behandlung mit der Ablation von Material verbunden wird.
Verwendung des Festkörpers zur Herstellung von ternären Nanopyramiden oder Quantenpunkten in Halbleiterheterostrukturen, vorzugsweise InGaAs in GaAs/AlAs oder SiGe in Si/Ge, wobei die Komponente der Heterostruktur mit der höheren Schmelztemperatur als Getterschicht dient.
Verwendung des Festkörpers als transparentes optoelektronisches Material, bevorzugt intrinsisch n-leitende Oxide, in denen die Löslichkeit akzeptorartiger Fremdatome in der flüssigen Phase während der thermischen Behandlung im Prozessgas vorzugsweise nahe des Tripelpunktes des behandelnden Festkörpers extrem erhöht wird, wobei sich die akzeptorartigen Fremdatome nach dem Abkühlen auf Gitterplätzen des Festkörpers anordnen.
Verwendung des Festkörpers als Komposit mit anisotropen Clustern, wobei die anisotropen Cluster magnetisierbar und/oder elektrisch polarisierbar sind, durch lokales Aufschmelzen mittels Transducern (16) vorzugsweise kugelförmiger Cluster im Festkörper, wobei die Dichte der Cluster größer als die Dichte des umgebenden Festkörpermaterials ist, Verwendung vorzugsweise als Sensor für elektrische oder magnetische Felder.
Verwendung von Netzwerken, umfassend magnetisierbare Nanopartikeln (6’) und/oder magnetisierbare Leitungspfaden (6’’), zur spinpolarisierten Streuung von Ladungsträgern in elektrisch-leitenden oder isolierenden Schichten eines Halbleitermaterials, oder zur Sortierung photogenerierter Ladungsträger im Diffusionsgebiet von Solarzellen, wobei die Netzwerke aus magnetisierbaren und/oder elektrisch polarisierbaren Nanopartikeln bestehen
Verwendung des Festkörpers zur Bildung gleichmäßiger/regelmäßiger Nanostrukturen, wobei die Nanostrukturen direkt genutzt werden können, oder chemisch spezifisch aus dem Festkörper herausgeätzt werden können und anschließend diese herausgeätzten Nanostrukturen mit anderen Materialien verfüllt werden.