Inx(M)2-xO3-Nanopartikel

Unser Vorhaben orientiert auf die Entwicklung eines Modellsystems für das Design von nanoskaligen Thermoelektrika und die Messung ihrer Eigenschaften in einem Membran-basierenden System im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1386: “Nanostrukturierte Thermoelectrika”. In der erste Förderperiode schaffen und charakterisieren wir die Materialbasis für Nanopartikelfilme als thermoelektrische Werkstoffe und entwickeln ein MEMS-basierendes Messsystem zur Charakterisierung dieser Materialien in definierter Umgebung.

Nanopartikelfilme zeichnen sich im Gegensatz zu den Volumenmaterialien durch eine hohe Dichte von Körnern und Korngrenzen aus. In einem nanostrukturierten Halbleiter mit intrinsischer Oberflächenakkumulation von Ladungsträgern verringern diese Korngrenzen die thermische Leitfähigkeit und erhöhen dabei die elektrische, was in einem positiven Einfluß auf die thermoelektrischen Eigenschaften resultiert. Diese Besonderheit zeichnet einige Indiumverbindungen wie InN, InAs, and In2O3 aus. Im Rahmen dieses Projektes schlagen wir vor, InxM2-xO3 Nanopartikel (M=Zn, Ga, Ni, Ti) als thermoelektrisches Material zu untersuchen. Das Hauptziel der ersten Förderperiode besteht in der Einstellung von bestimmten elektrischen und Phononenleitfähigkeiten durch gezielte Variation der Partikelgröße und systematischer Manipulation der Eigenschaften der Partikeloberflächen. Das Hauptinstrument bildet dabei die Einstellung des Ferminiveaus (Austrittsarbeit) und der Oberflächenbandverbiegung durch spezifische Gasabsorption. Die entsprechenden Referenzwerte werden mit Hilfe der in situ Photoelektronenspektroskopie bestimmt. Als Ausblick sollen die untersuchten Phänomene unter Nutzung optimierte Nanopartikelfilme zur Herstellung hochempfindlicher Seebeck Gassensorsysteme mit eigener Stromquelle verwendet werden.