Realisierung photonischer Bandstrukturen in makroporösem Silizium:
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NATURWISSENSCHAFTLICHEN FAKULTAETEN DER FRIEDRICH-ALEXANDER-UNIVERSITAET
ERLANGEN-NUERNBERG ZUR ERLANGUNG DES DOKTORGRADES VORGELEGT VON ULRIKE
GRIMING AUS REGEN INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1 2 PHOTONISCHE
BANDSTRUKTUREN 3 2.1 EINFUEHRUNG 4 2.2 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN IN
RAEUMLICH PERIODISCHEN GITTERN 6 2.2.1 DIE MAKROSKOPISCHEN
MAXWELLGLEICHUNGEN 6 2.2.2 BESCHREIBUNG PERIODISCHER STRUKTUREN 7
2.2.2.1 REZIPROKES GITTER 8 2.2.2.2 BLOCHFUNKTIONEN 9 2.2.3
EINDIMENSIONALER FALL: PERIODISCHE MEHRFACHSCHICHTFILME 10 2.3
PHOTONISCHE KRISTALLE 11 2.3.1 ENTWICKLUNG NACH PARTIALWELLEN 11 2.3.1.1
ZWEIDIMENSIONALER FALL: BERECHNUNG DER BANDSTRUKTUR 12 2.3.1.2
DREIDIMENSIONALER FALL: BEISPIELE 16 2.3.2 TRANSMISSIONSKOEFFIZIENTEN
MITTELS DER TRANSFERMATRIXMETHODE... 17 2.3.3 SYMMETRIEN 17 2.4
VERGLEICH: ELEKTRONEN UND PHOTONEN IN PERIODISCHEN STRUKTUREN.... 19 2.5
DEFEKTE IN PHOTONISCHEN GITTERN UND ANWENDUNGEN 19 2.6 EXPERIMENTELLE
REALISIERUNGSKONZEPTE 21 3 ELEKTROCHEMISCHES AETZEN VON SILIZIUM 23 3.1
GRUNDLEGENDES 23 3.1.1 HALBLEITER-ELEKTROLYT-KONTAKTE 24 3.1.2 CHEMISCHE
REAKTIONEN AN DER ELEKTRODENGRENZFLAECHE 25 3.2 KENNLINIEN VON
SILIZIUM-ELEKTROLYT-SYSTEMEN 26 II INHALTSVERZEICHNIS 3.3 MORPHOLOGIE
UND PORENWACHSTUM 29 3.4 MODELL FUER PORENBILDUNG IN MAKROPOROESEM
SILIZIUM 32 3.4.1 FESTLEGUNG DES PORENDURCHMESSERS 34 3.4.2 VARIATION
DES KRITISCHEN AETZSTROMS MIT DER TIEFE 35 4 UNTERSUCHUNGEN ZUM
PORENWACHSTUM IN SILIZIUM 36 4.1 EXPERIMENTELLER AUFBAU 37 4.2
VORPROZESSIERUNG DER WAFER UND PROBENCHARAKTERISIERUNG 39 4.3
STABILITAETSUNTERSUCHUNG DER AETZPARAMETER 42 4.3.1 VARIATION VON
DOTIERUNG, RASTER- UND PORENGROESSEN 42 4.3.2 VARIATION DER SPANNUNG 46
4.4 ERWEITERUNG DES MODELLS ZUR MAKROPORENAETZUNG 47 4.5 UNTERSUCHUNG DER
AETZGESCHWINDIGKEIT 61 4.5.1 GRUNDMODELL FUER DIE PARAMETER DES
AETZPROZESSES 62 4.5.2 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG DER AETZPARAMETER BEI
QUADRATISCHER NAEHERUNG 65 4.5.2.1 PARAMETER A UND KRITISCHE STROMDICHTE
JPS 69 4.5.2.2 PARAMETER B UND DIFFUSIONSKONSTANTE D 71 4.5.2.3
ELEKTROLYTABKONZENTRATION 73 4.5.3 ERWEITERUNGEN DES GRUNDMODELLS 75
4.5.3.1 GENAUIGKEIT DER TAYLORNAEHERUNG 76 4.5.3.2 VERBRAUCH VON HF AN
DER PORENWAND DURCH DUNKELSTROM 77 4.5.3.3 EINFLUSS DER PORENFORM 78
4.5.4 BESTIMMUNG DER PARAMETER BEI KUBISCHER NAEHERUNG 79 4.5.4.1
VORVERSUCH: DUNKELSTROMMESSUNGEN 82 4.5.4.2 BESTIMMUNG DER BEITRAEGE ZUM
KUBISCHEN PARAMETER 84 4.5.5 BESTIMMUNG DER AETZSTROM-ZEIT-FUNKTION 87
4.5.6 LIMITIERUNG DER PORENTIEFE 89 5 MAKROPOROESES SILIZIUM ALS MATERIAL
MIT PHOTONISCHER BAND- LUECKE 92 5.1 NACHWEIS EINER PHOTONISCHEN
BANDSTRUKTUR IM WELLENLAENGENBEREICH VON 20 BIS 40 UM 92
INHALTSVERZEICHNIS III 5.1.1 FOURIERTRANSFORMATIONSSPEKTROSKOPIE 93
5.1.2 PROBENPRAEPARATION UND OPTISCHER AUFBAU 94 5.1.3 BERECHNUNG DER
BANDSTRUKTUR 96 5.1.4 ERGEBNISSE DER TRANSMISSIONSMESSUNG UND DISKUSSION
97 5.1.5 ZUSAMMENFASSUNG UND FOLGERUNGEN 99 5.2 VERBESSERTER
HERSTELLUNGSPROZESS FUER PHOTONISCHE GITTER MIT KOMPLETTER
ZWEIDIMENSIONALER BANDLUECKE BEI 5 P_M 100 5.2.1
MIKROSTRAKTURIERUNGSTECHNIK ZUR ERZEUGUNG VON VERTIKALEN WAENDEN 100
5.2.2 PROBENPRAEPARATION UND OPTISCHER VERSUCHSAUFBAU 102 5.2.3
BERECHNUNG DER BANDSTRUKTUR 104 5.2.4 ERGEBNISSE UND DISKUSSION 105 5.3
WEITERFUEHRENDE STRUKTURIERUNGSMOEGLICHKEITEN 107 5.3.1 VERAENDERUNG DER
PORENFORM 107 5.3.1.1 CHEMISCHES NACHAETZEN IN HF 108 5.3.1.2 OXIDATION
108 5.3.2 REALISIERUNG VON DEFEKTSTRAKTUREN IN MAKROPOROESEN PHOTONI-
SCHEN GITTERN 109 5.3.3 VERTIKALE STRUKTURIERUNGSMOEGLICHKEITEN DURCH
STEUERUNG DES AETZSTROMS 111 5.3.4 NEGATIVTECHNIK ZUR ERZEUGUNG
DIELEKTRISCHER ZYLINDER 112 6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 115 ANHANG A
MISCHUNG DER ELEKTROLYTKONZENTRATIONEN 118 LITERATURVERZEICHNIS 121
DANKSAGUNG 126 LEBENSLAUF 127
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