DE102014109275A1

DE102014109275A1 - Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln, Nanopartikel und deren Verwendung

Info

Publication number: DE102014109275A1
Application number: DE102014109275.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Bauch; Rumen Deltschew
Original assignee: Spawnt Private SARL
Current assignee: Spawnt Private SARL
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2016-01-07

Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln, die Nanopartikel selbst und deren Verwendung. Nach zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Thermolyse von mindestens einem Präkursor unter Ausbildung der Nanopartikeln. Der Präkursor ist dabei aus einer Gruppe ausgewählt, die Polysilane, Polygermane, Polysilagermane, Polycarbosilane, Polycarbosilagermane und Kombinationen hiervon umfasst, und weist Wasserstoff- und/oder Halogen Substituenten auf. Die Nanopartikel umfassen ein wasserstoff- und/oder halogenidhaltiges Halbleitermaterial, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Silicium, Germanium, Siliciumgermanium, kohlenstoffdotiertes Silicium und kohlenstoffdotiertes Siliciumgermanium umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln, die Nanopartikel selbst und deren Verwendung.
Für Anwendungen in der Elektronik oder Photovoltaik werden besondere Halbleitermaterialien benötigt. Diese werden beispielsweise als sogenannte Nanodrähte (nano wires) erzeugt und können dann gegebenenfalls weiterverarbeitet werden. Ein Beispiel hierfür ist die Herstellung von Silicium-Nanodrähten durch Zersetzung von gasförmigen Silicium-Verbindungen in Gegenwart von katalytisch aktiven Metallen. So beschrieben beispielsweise E. C. Garnett, W. Liang und P. Yang (Advanced Materials 2007, 79, 2946) die Herstellung von Silicium-Nanodrähten durch chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD) von SiCl₄/H₂ mit einem Platin-Katalysator bei Atmosphärendruck und einer Temperatur von 805°C. Ein ähnlicher Prozess ist in der Publikation Y. Zhang, Q. Zhang, N. Wang, Y. Yan, H. Zhou, J. Zhu, Journal of Crystal Growth 2006, 221, 185 beschrieben, wobei Nickel als Katalysator bei einer Temperatur von 900°C verwendet wird. In der Publikation H.-Y. Tuan, D. C. Lee, T. Hanrath, B. A. Korgel, Nano Letters 2005, 5, 681 wird Si₃H₈ als Ausgangsverbindung und Nickel als Katalysator verwendet. In einer anderen Publikation (A. T. Heitsch, D. D. Fanfair, H.-Y. Tuan, B. A. Korgel, Journal of the American Chemical Society 2008, 130, 5436) wird diese Reaktion in einem hoch siedenden organischen Lösungsmittel bei Atmosphärendruck und einer Temperatur von 420°C bis 430°C durchgeführt.
Für einige Anwendungen könnten jedoch Nanopartikel von Halbleitermaterialien vorteilhaft sein, sofern diese eine hohe Reinheit und eine leichte Verarbeitbarkeit aufweisen sowie leicht und günstig herstellbar sind. Des Weiteren besteht Bedarf an neuartigen Nanopartikeln aus Halbleitermaterialien.
Der Anmeldung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein einfaches, verbessertes Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln, die ein Halbleitermaterial umfassen, anzugeben. Weitere Aufgaben sind es, neuartige Nanopartikel umfassend Halbleitermaterialien und die Verwendung von solchen Nanopartikeln anzugeben.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird durch das Verfahren, die Nanopartikel sowie die Verwendung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln angegeben. Nach zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren eine Thermolyse von mindestens einem Präkursor unter Ausbildung von Nanopartikeln, wobei der Präkursor aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polysilane, Polygermane, Polysilagermane, Polycarbosilane, Polycarbosilagermane und Kombinationen hiervon umfasst, und Wasserstoff- und/oder Halogen-Substituenten aufweist, und die Nanopartikel ein wasserstoff- und/oder halogenidhaltiges Halbleitermaterial umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Silicium, Germanium, Siliciumgermanium, kohlenstoffdotiertes Silicium und kohlenstoffdotiertes Siliciumgermanium umfasst.
Durch das anmeldungsgemäße Verfahren werden Nanopartikel der Halbleitermaterialien mit hoher Reinheit zugänglich gemacht, da die Präkursoren (engl. "precursors") grundsätzlich selbst in hoher Reinheit zugänglich sind und durch die Thermolyse die Nanopartikel kaum oder gar nicht mit Verunreinigungen kontaminiert werden. Die so gebildeten Nanopartikel besitzen daher eine ausreichende hohe Reinheit, sodass diese vorteilhafterweise auch ohne weitere Aufreinigungsschritte direkt für Anwendungen in der Elektronik beziehungsweise Photovoltaik geeignet sind.
Des Weiteren fallen die Nanopartikel mit den Wasserstoff- und/oder Halogenatomen vergleichsweise hoch funktionalisiert an und können so insbesondere leicht verarbeitet werden. Sie besitzen im Vergleich zu Nanodrähten entsprechender Stärke auch ein besseres Verhältnis von Masse zu Oberfläche. Sie können dadurch vorteilhafterweise bei niedrigeren Temperaturen in der Herstellungen von elektronischen Bauelementen oder Bauteilen, beispielsweise zur Erzeugung von Halbleiterschaltkreisen, eingesetzt werden, wodurch der thermische Stress auf die übrigen Materialien beziehungsweise ein Substrat gesenkt wird.
Das anmeldungsgemäße Verfahren zeichnet sich darüber hinaus durch eine leichte Durchführbarkeit aus, die ebenso die Herstellung von kleinen Mengen als auch von Bulkmengen an Nanopartikeln ermöglicht. Das Verfahren kann batchweise oder kontinuierlich durchgeführt werden und ist vergleichsweise kostengünstig. Die anmeldungsgemäßen Präkursoren erlauben aufgrund ihrer höheren Kettenlänge insbesondere niedrigere Reaktions- beziehungsweise Abscheidungstemperaturen als dies bei der Zersetzung von Monosilanen oder Monogermanen der Fall ist. Hierdurch wird der thermische Stress für die zur Herstellung verwendete Vorrichtung oder etwaige Substrate verringert.
Die Zusammensetzungen des Halbleitermaterials der Nanopartikel lässt sich durch die Wahl des Präkursors oder durch Kombination mehrerer Präkursoren gezielt steuern. Somit wird durch das anmeldungsgemäße Verfahren eine einfache Herstellung maßgeschneiderter Nanopartikel ermöglicht.
Die Bezeichnung "wasserstoff- und/oder halogenidhaltiges Halbleitermaterial" bedeutet, dass das Halbleitermaterial, also Silicium, Germanium, etc. Wasserstoff- und/oder Halogenatome enthält. Demnach umfassen die Nanopartikel wasserstoff- und/oder halogenihaltiges Silicium, wasserstoff- und/oder halogenihaltiges Germanium, wasserstoff- und/oder halogenihaltiges Siliciumgermanium beziehungsweise kohlenstoffdotiertes, wasserstoff- und/oder halogenihaltiges Silicium oder Siliciumgermanium. Die Nanopartikel können auch aus diesen Materialien bestehen. Siliciumgermanium ist eine Mischverbindung aus Silicium und Germanium. In den kohlenstoffdotierten Materialien ist der Kohlenstoff vorzugsweise homogen verteilt. Das "wasserstoff- und/oder halogenidhaltige Halbleitermaterial" kann im Folgenden auch kurz als "Halbleitermaterial" bezeichnet sein.
Wie oben bereits erwähnt, bestimmt die Wahl des Präkursors beziehungsweise der Präkursoren die Zusammensetzung des gebildeten wasserstoff- und/oder halogenidhaltigen Halbleitermaterials. Silicium oder Germanium werden dabei aus mindestens einem Polysilan beziehungsweise mindestens einem Polygerman gebildet. Unter einer Kombination von Präkursoren werden also auch Gemische mehrerer Präkursoren der gleichen Art, wie zum Beispiel mehrere unterschiedliche Polysilane, verstanden. Siliciumgermanium kann aus mindestens einem Polysilagerman, das gegebenenfalls mit mindestens einem Polysilan und/oder mindestens einem Polygerman kombiniert ist, oder nur aus mindestens einem Polysilan und mindestens einem Polygerman hergestellt werden. Für kohlenstoffdotierte Materialien wird zumindest ein kohlenstoffhaltiger Präkursor (Polycarbosilane, Polycarbosilagermane) eingesetzt, wobei dieser gegebenenfalls mit mindestens einem weiteren Präkursor kombiniert wird, um den Kohlenstoffgehalt zu steuern.
Die Präkursoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie jeweils eine Kettenlänge von mindestens zwei, also mindestens zwei Atome ausgewählt aus der Gruppe Silicium, Germanium und Kohlenstoff aufweisen und diese mindestens zwei Atome über direkte σ-Bindungen miteinander verbunden sind, sodass eine Kette erhalten wird. Die Substituenten an diesen Atomen sind vorzugsweise Wasserstoff- und/oder Halogenatome. Halogenatome können jeweils unabhängig voneinander aus F, Cl, Br und I ausgewählt sein, sodass ein Präkursormolekül auch unterschiedliche Halogenatome aufweisen kann. In der Regel sind mindestens 90%, insbesondere mindestens 95%, bevorzugt mindestens 98% oder sämtliche Substituenten der Präkursoren aus Wasserstoff- und/oder Halogenatomen ausgewählt. Die Präkursoren sind also bevorzugt aus hydrierten und/oder halogenierten Polysilanen (PXS), Polygermanen (PXG), Polysilagermanen (PXSG), Polycarbosilanen (PXCS) und Polycarbosilagermanen (PXCSG) ausgewählt.
Die Präkursoren können linear, verzweigt oder auch cyclisch aufgebaut sein. In Polycarbosilanen beziehungsweise Polycarbosilagermanen kann eine organische, kohlenstoffhaltige Gruppe endständig oder auch innerhalb einer Kette, zum Beispiel als (teilweise oder vollständig halogenierte) Methylenbrücke wie in Disilylmethanen, eingebaut sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Präkursor aus einer Gruppe ausgewählt, die
Polysilane der Formel Si_nH_pX_q mit n ≥ 2, p + q = 2n oder 2n + 2,
Polygermane der Formel Ge_nH_pX_q mit n ≥ 2, p + q = 2n oder 2n + 2,
Polysilagermane der Formel Si_nGe_mH_pX_q mit n ≥ 1, m ≥ 1, p + q = 2(n + m) oder 2(n + m) + 2,
Polycarbosilane der Formel Si_nC_oH_pX_q mit n ≥ 1, o ≥ 1, p + q = 2(n + o) oder 2(n + o) + 2,
Polycarbosilagermane der Formel Si_nGe_mC_oH_pX_q mit n ≥ 1, m ≥ 1, o ≥ 1, p + q = 2(n + m + o) oder 2(n + m + o) + 2
und Kombinationen hiervon umfasst.
Es sind hierbei n, m und o natürliche Zahlen; p und q sind natürliche Zahlen ≥ 0. X ist jeweils unabhängig voneinander aus F, Cl, Br oder I ausgewählt. Dies gilt auch innerhalb eines Präkursormoleküls. X ist bevorzugt F oder Cl, insbesondere Cl.
In Polysilanen ist insbesondere n = 2 bis 12, bevorzugt 3 bis 10. In Polygermanen ist insbesondere n = 2 bis 12, bevorzugt 3 bis 10. In Polysilagermanen ist insbesondere n + m = 2 bis 12, bevorzugt 3 bis 10. Es können sowohl Verbindungen mit n ≥ m als auch Verbindungen mit n < m verwendet werden. In Polycarbosilanen ist insbesondere n + o = 2 bis 12, bevorzugt 3 bis 10. In Polycarbosilagermanen ist insbesondere n + m + o = 3 bis 12, bevorzugt 4 bis 10.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist bei einem als Präkursor eingesetzten Polysilan und/oder Polygerman n ≥ 4, insbesondere n ≥ 5, bei einem als Präkursor eingesetzten Polysilagerman n + m ≥ 4, bei einem als Präkursor eingesetzten Polycarbosilan n ≥ 2, und/oder bei einem als Präkursor eingesetzten Polycarbosilagerman n + m ≥ 3.
Die Präkursoren sind – mit Ausnahme von beispielsweise Si₂H₆ – vorteilhafterweise bei Standardbedingungen (Raumtemperatur, Atmosphärendruck) flüssig oder sogar fest und können somit leichter und insbesondere sicherer gehandhabt werden als Monosilane oder Monogermane. Ihre Thermolyse kann bei niedrigeren Temperaturen als bei Monosilanen beziehungsweise Monogermanen erfolgen, was einen kontrollierten und selektiveren Aufbau der Nanopartikel ermöglicht. Gleichwohl können bei der Ausbildung der Nanopartikel Monosilane oder Monogermane durch Disproportionierungsreaktionen entstehen. Diese werden jedoch in der Regel nicht weiter zu Nanopartikeln umgesetzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Präkursoren thermisch oder plasmachemisch hergestellt worden sein. Die Herstellungsweise hat Auswirkung auf den Verzweigungsgrad und Anteil der cyclischen Verbindungen. Diese Herstellungsverfahren sind vergleichsweise kostengünstig.
Es können beispielsweise Präkursoren verwendet werden, welche nahezu keine Ringe enthalten, wobei der Gehalt an Ringen bezogen auf das gesamte Produktgemisch unter < 2 Massen-% beträgt.
Des Weiteren können Präkursoren verwendet werden, welche nahezu keine verzweigten Ketten enthalten, wobei der Gehalt an Verzweigungsstellen bezogen auf das gesamte Produktgemisch unter < 5 Massen-%, bevorzugt < 2 Massen-% beträgt. Beispielsweise können halogenierte Polysilane mit einem geringen Anteil an Ringen und wenig verzweigten Ketten verwendet werden, wie sie in der PCT-Anmeldung WO 2009/143823 A2 beschrieben sind, auf die hiermit in Bezug auf deren Eigenschaften und Synthese vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Weiterhin können auch Präkursoren verwendet werden, die überwiegend, also zu mindestens 50 Gew-%, aus verzweigten Ketten bestehen. Beispielsweise können halogenierte Polysilane mit einem hohen Anteil an Ringen und verzweigten Ketten verwendet werden, wie sie in der PCT-Anmeldung WO 2009/143824 A1 beschrieben sind, auf die hiermit in Bezug auf deren Eigenschaften und Synthese vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Präkursor aus einer Gruppe ausgewählt, die Polysilane, Polygermane und Polysilagermane und Kombinationen hiervon umfasst, und die Polysilane, Polygermane und Polysilagermane einen Wasserstoffgehalt von weniger als 4 Atom-%, insbesondere weniger als 2 Atom-%, aufweisen. Demnach sind diese Präkursoren zu mindestens 96 Atom-%, insbesondere mindestens 98 Atom-%, mit Halogenatomen substituiert. Die Halogenatome sind jeweils unabhängig voneinander aus F, Cl, Br und I ausgewählt, insbesondere aus F und Cl, bevorzugt Cl, ausgewählt. Der mindestens eine Präkursor kann nur aus dieser Gruppe ausgewählt sein oder mit mindestens einem Polycarbosilan und/oder Polycarbosilagerman kombiniert werden.
Die stark halogenierte Präkursoren bringen den Vorteil mit sich, dass sie sicherer zu handhaben sind als stark mit Wasserstoff substituierte Verbindungen. Nur mit Wasserstoff substituierte Silane sind in der Regel leicht entflammbar, oftmals sogar pyrophor. Nur mit Wasserstoff substituierte Germane sind mitunter sogar explosiv.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wachsen die Nanopartikel während der Thermolyse weitgehend oder vollständig ungerichtet. Weitgehend bedeutet hierbei, dass mindestens 90%, insbesondere mindestens 95%, der Nanopartikel ungerichtet wachsen. Die gebildeten Nanopartikel sind daher in der Regel polykristallin und/oder amorph ausgebildet. Sie verfügen insbesondere nicht über eine (vorgegebene) Wachstumsrichtung, wie es bei den sogenannten Nanodrähten der Fall ist. Die Ausdehnung ist in der Regel in den drei Dimensionen ungefähr gleich, die Nanopartikel haben oftmals näherungsweise eine Kugelform.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bei mindestens 90%, insbesondere mindestens 95% oder sämtlichen, der gebildeten Nanopartikel der maximaler Durchmesser d_max höchstens doppelt so groß ist wie der minimale Durchmesser d_min des Nanopartikels. In der Regel ist d_max höchstens 1,8-mal, insbesondere höchstens 1,5-mal, so groß wie d_min.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Thermolyse in Abwesenheit von metallischen Katalysatoren, metallischen Wachstumskeimen und katalytisch aktiven Übergangsmetallverbindungen durchgeführt. Halbleitende Elemente wie Silicium oder Germanium werden anmeldungsgemäß nicht zu den Metallen gezählt. Mit Vorteil sind die gebildeten Nanopartikel somit weitgehend frei von störenden Metallen, insbesondere von störenden Übergangsmetallen. Der Gehalt an Übergangsmetallen ist in der Regel < 1 ppm (ppm = parts per million), sodass diese nicht aufwendig abgetrennt werden müssen. Insbesondere der Gehalt an Au, Ni oder Ag ist gering und kann in der Regel < 2 ppb (ppb = parts per billion) sein. Die gebildeten Nanopartikel können so unmittelbar zur Herstellung von elektronischen beziehungsweise photovoltaischen Vorrichtungen eingesetzt werden.
Gegebenenfalls kann die Thermolyse in Gegenwart eines Kristallisationskeimes aus halogenidhaltigem Silicium erfolgen. Halogenidhaltiges Silicium ist eine Siliciumspezies, die durch die empirische Summenformel SiX_n mit n = 0,05 bis 1, insbesondere n = 0,2 bis 0,8, beschrieben wird. Bevorzugt ist das Holgenid hierbei Cl. Die Herstellung des halogenidhaltigen Siliciums ist in der PCT-Anmeldung WO 2009/143825 A2 beschreiben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Mit solchen Kristallisationskeimen wird ein zügigeres Wachstum der Nanopartikel während der Thermolyse ermöglicht. Hierdurch kann auch die Darstellung großer Nanopartikel erleichtert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Thermolyse bei einer Temperatur im Bereich von 250°C bis 1100°C, insbesondere 350°C bis 950°C, durchgeführt. Niedrige Temperaturen eignen sich für längerkettige Präkursoren, höhere Temperaturen eher für kurzkettige. In der Regel werden in dem Verfahren bei Temperaturen von oberhalb 850°C, insbesondere im Bereich von 850°C bis 950°C, weitgehend polykristalline Nanopartikel gebildet.
Mit den oben beschriebenen Präkursoren können auch sehr gut amorphe Nanopartikel hergestellt werden. Die Erfinder stellten überraschend fest, dass dies, insbesondere auch in Abwesenheit von Metallkatalysatoren, metallischen Wachstumskeimen und katalytisch aktiven Übergangsmetallverbindungen, bei ausgesprochen niedrigen Temperaturen, also Temperaturen von ≤ 800°C möglich ist.
Gemäß einer Weiterbildung der obigen Ausführungsform kann die Thermolyse bei einer Temperatur von ≤ 800°C, insbesondere ≤ 700°C, durchgeführt werden. Die Temperatur liegt insbesondere in einem Bereich von 250°C bis 700°C, bevorzugt von 450°C bis 650°C. Nach dieser Ausführungsform werden insbesondere amorphe Nanopartikel gebildet werden. Amorphe Nanopartikel aus den Halbleitermaterialen lassen sich leichter verarbeiten als polykristalline Partikel. Sie zeigen insbesondere eine bessere Anhaftung an Träger und ermöglichen so eine leichtere Herstellung von Schaltkreisen oder Schichten, die das Halbleitermaterial enthalten oder daraus bestehen. Somit wird durch diese Nanopartikel auch die Herstellung von Bauelementen und Bauteilen aus der Elektronik beziehungsweise Photovoltaik verbessert.
Des Weiteren werden durch die niedrigen Thermolysetemperaturen auch die verwendeten Apparaturen geschont, da der thermische Stress verringert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Thermolyse bei einem Druck von 0,01 bis 2000 mbar durchgeführt. Für einige Anwendungen, zum Beispiel wenn aus der Gasphase Nanopartikel abgeschieden werden, eignen sich eher niedrige Drücke von 0,01 bis 1000 mbar, insbesondere 0,1 bis 700 mbar, bevorzugt 100 bis 500 mbar. Bei anderen Anwendungen, zum Beispiel bei einer Abscheidung von Nanopartikeln aus einer flüssigen Phase, eignen sich eher höhere Drücke von 1 bis 2000 mbar, insbesondere 100 bis 1500 mbar, bevorzugt 500 bis 1400 mbar und besonders bevorzugt 1000 bis 1300 mbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Thermolyse des Präkursors in einem Verdünnungsmittel. Das Verdünnungsmittel ist insbesondere aus einer Gruppe ausgewählt, die Silikonöl, Squalen, SiCl₄, Si₂Cl₆, Si₃Cl₈, Si₄Cl₁₀ Si₅Cl₁₂, Si₆Cl₁₄ und Kombinationen hiervon umfasst. Während beispielsweise SiCl₄ unter den Thermolysebedingungen in der Regel nicht reagiert, können die Verdünnungsmittel Si₂Cl₆, Si₃Cl₈, Si₄Cl₁₀ Si₅Cl₁₂ und Si₆Cl₁₄ in Abhängigkeit der Reaktionsbedingungen gegebenenfalls auch anteilig zersetzt werden und so zum Aufbau der Nanopartikel beitragen. Es handelt sich dann um sogenannte Aktivlösungsmittel. Die Thermolyse von Si₂Cl₆ erfolgt bei Standarddruck ab etwa 700°C; Si₆Cl₁₄ kann beispielsweise schon ab etwa 300°C zersetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Thermolyse in der Gasphase oder in einer flüssigen Phase.
Eine Thermolyse in der Gasphase kann beispielsweise in einem Quarzrohr als Reaktor durchgeführt werden. Natürlich sind auch andere unter den Reaktionsbedingungen inerte Materialien denkbar. Die Nanopartikel fallen bei einer Thermolyse in der Gasphase als Aerosol oder als eine Art feiner Staub an. Die Nanopartikel können mit einem Gasstrom transportiert werden, sodass diese Variante sich sehr gut für eine kontinuierliche Verfahrensführung eignet. Es ist auch möglich, die Präkursoren unter den Reaktionsbedingungen zuzuführen beziehungsweise nachzufüttern, sodass der Aufwand für das Verfahren gering ist.
Die Ausbildung der Nanopartikel kann sehr rasch, mitunter sogar schlagartig durchgeführt werden. Hierfür bietet sich beispielsweise ein als sogenannte Flashpyrolyse ausgestaltetes Verfahren an. Dabei werden die Präkursoren, zum Beispiel in einem Gasstrom, für eine kurze Zeitspanne auf die Thermolysetemperatur erhitzt.
Bei einer Abscheidung aus der Gasphase können die Präkursoren auch mit einem Verdünnungsmittel verdünnt sein. Hierfür eignen sich beispielsweise SiCl₄, Si₂Cl₆, Si₃Cl₈ und Kombinationen hiervon. Während SiCl₄ in der Regel unter den Thermolysebedingungen inert bleibt, können Si₂Cl₆ oder Si₃Cl₈ auch anteilig zersetzt werden.
Bei einer Thermolyse in flüssiger Phase kommen in der Regel Verdünnungsmittel zum Einsatz. Hierfür eignen sich insbesondere Silikonöl, Squalen, SiCl₄, Si₅Cl₁₂, Si₆Cl₁₄ und Kombinationen hiervon. Die Nanopartikel können dabei als Suspension oder, zum Beispiel beim Entfernen des Verdünnungsmittels, auch nur als Feststoff erhalten werden.
Die Zugabe des Präkursors kann in Lösung, zum Beispiel in einem der oben genannten Verdünnungsmittel, erfolgen. Es kann auch ein Gasstrom des Präkursors in eine Lösung eingeleitet werden. Es ist hierbei eine batchweise und ebenso eine kontinuierliche Reaktionsführung möglich. Der Präkursor kann auch unter den Reaktionsbedingungen zugeführt beziehungsweise nachgefüttert werden.
Bei der Abscheidung aus einer Gasphase oder einer flüssigen Phase kann auf ein Abscheidungssubstrat verzichtet werden, sodass die Nanopartikel auch unmittelbar in der Gasphase beziehungsweise der flüssigen Phasen anfallen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Nanopartikel auf einem Substrat, insbesondere aus Silicium oder SiO₂, abgeschieden. Ein Synonym für Substrat ist ein Träger. Die Nanopartikel werden in der Regel als diskrete Partikel ausgebildet, die nicht miteinander verbunden sind. Dies lässt sich unter dem Elektronenmikroskop beobachten. Es werden also auch bei der Abscheidung auf einem festen Träger keine drahtartigen Strukturen oder zusammenhängende Schichten ausgebildet. Die Nanopartikel können mit einem Lösungsmittel, beispielsweise einem aromatischen Kohlenwasserstoff wie Benzol oder Toluol, von dem Substrat abgelöst werden. Somit ist auch problemlos eine Isolierung oder ein Transfer der Nanopartikel möglich.
Die Nanopartikel können bei dieser Ausführungsform aus der Gasphase oder auch aus der flüssigen Phase abgeschieden werden. Bei der ersten Variante wird ein entsprechendes Gas oder Gasgemisch, das den Präkursor enthält oder daraus besteht, in Gegenwart des Substrats der Thermolyse unterzogen. Bei der Abscheidung aus der flüssigen Phase kann beispielsweise eine Lösung des Präkursors oder ein flüssiger Präkursor auf das Substrat gegeben und dann einer Thermolyse unterzogen werden. Das Auftragen kann beispielsweise durch Aufsprühen oder Spin-Coating gesehen.
Bei der Thermolyse der Nanopartikel kann die Zersetzung unmittelbar auf der Oberfläche des Substrates erfolgen. Dies gilt gleichermaßen, ob diese aus der Gasphase beziehungsweise aus der flüssigen Phase abgeschieden werden. Es ist auch möglich, eine aufgetragene Lösung oder Suspension des Präkursors auf ein Substrat aufzutragen, zu trocken und dann einer Thermolyse zu unterziehen.
Mit Vorteil kann bei den niedrigen Thermolysetemperaturen der thermische Stress, der auf das Substrat einwirkt, gering gehalten werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Wachstum der Nanopartikel während der Thermolyse nach einem VLS-Mechanismus (VLS = vapour liquid solid) oder nach einem VSS-Mechanismus (VSS = vapour solid solid). Diese Mechanismen sind an sich von der Bildung von Nanodrähten bekannt und können, obgleich die Ausbildung der Nanopartikel bevorzugt ungerichtet erfolgt, auch beim Wachstum der Nanopartikel auftreten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Thermolyse in Gegenwart von mindestens einem Dotierstoffpräkursor, sodass das wasserstoff- und/oder halogenidhaltige Halbleitermaterial mindestens einen Dotierstoff enthält, wobei der Dotierstoffpräkursor aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Verbindungen von Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut und Kombinationen hiervon umfasst. Nach dieser Ausführungsform kann der Dotierstoff insbesondere homogen verteilt in die Nanopartikeln eingebracht werden. Mit Vorteil kann durch das thermolytische Verfahren so ein maßgeschneidertes, dotiertes Halbleitermaterial gebildet werden, dass unmittelbar für Anwendungen in der (Mikro-)Elektronik und Photovoltaik einsetzbar ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform werden die Nanopartikel nach der Thermolyse in einem weiteren Verfahrensschritt mit Dotierstoffen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut oder eine Kombination hiervon umfasst, dotiert. Nach dieser Ausführungsform weisen die Nanopartikel in der Regel einen Gradienten bezüglich der Dotierstoffe auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Nanopartikel in einem weiteren Verfahrensschritt einem Ätzschritt, insbesondere mit HF oder HCl, unterzogen. Ein solcher Ätzschritt kann dazu verwendet werden, den Durchmesser der Nanopartikel zu verringern beziehungsweise einzustellen, sodass auch sehr kleine Nanopartikel zugänglich gemacht werden können. Des Weiteren werden durch das Ätzen Halogenatome von der Oberfläche der Nanopartikel entfernt. Die Wasserstoffsubstitution kann, insbesondere an der Oberfläche der Nanopartikel, durch das Ätzen steigen. Die Nanopartikel können so auf ihrer Oberfläche ein Verhältnis von Wasserstoffatomen zu Halogenatomen von größer 90:10, insbesondere größer 95:5, aufweisen. Die Halogenatome können auch vollständig von der Oberfläche der Nanopartikel entfernt werden, sodass diese nur noch Wasserstoffatome als Substituenten aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können Wasserstoffatome an der Oberfläche der Nanopartikel durch einen Halogenierungsschritt durch Halogenatome ersetzt werden. Beispielsweise kann eine Substitution mit Chloratomen mittels Chlorierung erhalten werden.
Als weiterer Aspekt der Anmeldung werden Nanopartikel angegeben. Nach zumindest einer Ausführungsform umfassen die Nanopartikel ein wasserstoff- und/oder halogenidhaltiges Halbleitermaterial oder sie bestehen daraus, wobei das wasserstoff- und/oder halogenidhaltige Halbleitermaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Silicium, Germanium, Siliciumgermanium, kohlenstoffdotiertes Silicium und kohlenstoffdotiertes Siliciumgermanium umfasst.
Die Nanopartikel können insbesondere über ein Verfahren nach zumindest einer anmeldungsgemäßen Ausführungsform, zum Beispiel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, hergestellt werden. Die zum Verfahren gemachten Angaben bezüglich der hergestellten Nanopartikeln und die sich aus dem Herstellungsverfahren ergebenden Eigenschaften haben daher – je nach Ausführungsform – auch entsprechend für diesen Aspekt Geltung und umgekehrt haben natürlich auch die nachfolgenden Angaben für zumindest einige Ausführungsformen des Verfahrens Geltung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das wasserstoff- und/oder halogenidhaltige Halbleitermaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, die
wasserstoff- und/oder halogenidhaltiges Silicium der Formel SiH_xX_y mit 0,01 ≤ x + y < 0,5, insbesondere 0,05 ≤ x + y ≤ 0,3,
wasserstoff- und/oder halogenidhaltiges Germanium der Formel GeH_xX_y mit 0,01 ≤ x + y < 0,5, insbesondere 0,05 ≤ x + y ≤ 0,3,
wasserstoff- und/oder halogenidhaltiges Siliciumgermanium der Formel Si_aGe_bH_xX_y mit 0,01·(a + b) ≤ x + y < 0,5·(a + b),
insbesondere 0,05·(a + b) ≤ x + y ≤ 0,3·(a + b),
kohlenstoffdotiertes, wasserstoff- und/oder halogenidhaltiges Silicium der Formel Si_aC_cH_xX_y mit 0,01·(a + c) ≤ x + y < 0,5·(a + c), insbesondere 0,05·(a + c) ≤ x + y ≤ 0,3·(a + c), kohlenstoffdotiertes, wasserstoff- und/oder halogenidhaltiges Siliciumgermanium der Formel Si_aGe_bC_cH_xX_y mit und 0,01·(a + b + c) ≤ x + y < 0,5·(a + b + c), insbesondere 0,05·(a + b + c) ≤ x + y ≤ 0,3·(a + b + c)
sowie p- und/oder n-dotierte Derivate hiervon umfasst. Hierbei sind a, b und c reelle Zahlen > 0 und x und y sind reelle Zahlen ≥ 0. Es ist X jeweils unabhängig voneinander aus F, Cl, Br oder I ausgewählt. X ist insbesondere aus F und Cl ausgewählt, bevorzugt ist X = Cl. Bei den hier angegebenen Formeln handelt es sich um empirische Summenformeln.
Der Wasserstoff- und/oder Halogenidgehalt des wasserstoff- und/oder halogenidhaltigen Halbleitermaterials kann also insgesamt mindestens 1 Atom-% und weniger als 50 Atom-%, insbesondere 5 Atom-% bis 30 Atom-%, betragen.
Dass anmeldungsgemäße Verfahren nach zumindest einigen Ausführungsformen eignet sich dazu, maßgeschneiderte Nanopartikel, zum Beispiel mit "gemischten" Halbleitermaterialien wie Siliciumgermanium, kohlenstoffdotiertes Silicium oder kohlenstoffdotiertes Siliciumgermanium herzustellen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das wasserstoff- und/oder halogenidhaltige Halbleitermaterial daher aus Siliciumgermanium, kohlenstoffdotiertem Silicium oder kohlenstoffdotiertem Siliciumgermanium ausgewählt. Es kann insbesondere aus kohlenstoffdotiertem Silicium oder kohlenstoffdotiertem Siliciumgermanium ausgewählt sein. Das Halbleitermaterial ist insbesondere homogen mit Kohlenstoff dotiert.
Über die Wahl des Präkursors, insbesondere der Kombination mehrerer unterschiedlicher Präkursoren, können ohne weiteres sowohl niedrige als auch hohe Kohlenstoffkonzentrationen erzielt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das wasserstoff- und/oder halogenidhaltige Halbleitermaterial aus kohlenstoffdotiertem Silicium oder kohlenstoffdotiertem Siliciumgermanium ausgewählt und die Nanopartikel sind hierbei mit bis zu 20 Gew-% Kohlenstoff dotiert (Gew-% = Gewichtsprozent). Die Halbleiterpartikel sind insbesondere mit 0,1 bis 15 Gew-%, bevorzugt 1 bis 10 Gew-%, Kohlenstoff dotiert.
Während die Kohlenstoffdotierung bevorzugt homogen erfolgt, können die Wasserstoff- und/oder Halogenatome in der Regel aufgrund der bevorzugten Wachstumsmechanismen nicht homogen in den Nanopartikeln verteilt sein. Dies gilt ebenso für kohlenstoffdotierte wie nicht kohlenstoffdotierte Halbleitermaterialien.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Wasserstoff- und/oder Halogenatome des wasserstoff- und/oder halogenidhaltigen Halbleitermaterials zu mindestens 80%, insbesondere zu mindestens 90%, bevorzugt zu mindestens 95% oder auch vollständig, an der Oberfläche der Nanopartikel angebunden. Der Gehalt an Wasserstoff- und/oder Halogenatomen kann über die Wahl der Präkursoren gesteuert werden. Es ist jedoch auch möglich, den Gehalt an Wasserstoffbeziehungsweise Halogenatomen nachträglich, insbesondere an der Oberfläche der Nanopartikel, zu modifizieren. Über einen Ätzschritt mit Säuren, insbesondere HF oder HCl, werden Halogenatome entfernt und Wasserstoffatome eingeführt.
Ebenso können durch halogenierte Präkursoren oder einen nachträglichen Halogenierungsschritt auch weitgehend oder vollständig an der Oberfläche halogensubstituierte Nanopartikel gebildet werden. Die Nanopartikel können so auf ihrer Oberfläche ein Verhältnis von Halogenatomen zu Wasserstoffatomen von größer 90:10, insbesondere größer 95:5, aufweisen.
Wie oben bereits erwähnt, können die Nanopartikel in Abwesenheit von Metallkatalysatoren, metallischen Wachstumskeimen oder katalytisch aktiven Übergangsmetallverbindungen hergestellt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthalten die Nanopartikel < 1 ppm, insbesondere < 0,5 ppm, Übergangsmetalle. Bevorzugt kann insbesondere der Gehalt an Au, Ni oder Ag gering sein. Er kann weniger als 2 ppb betragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Nanopartikel zu mindestens 80 Gew-% amorph. Diese Angabe bezieht sich auf die Gesamtmenge der hergestellten Nanopartikel. Hierbei können vereinzelt polykristalline Nanopartikel enthalten sein und/oder auch Nanopartikel lediglich (poly-)kristalline Teilbereiche aufweisen. Die Nanopartikel sind insbesondere zu mindestens 90 Gew-%, bevorzugt mindestens 95 Gew-%, oder auch vollständig amorph ausgebildet, was mit den oben beschriebenen Vorteilen verbunden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Nanopartikel einen mittleren Durchmesser von < 1 µm, insbesondere ≤ 300 nm, auf. Der mittlere Durchmesser kann aus einem Bereich von 10 nm bis 300 nm, insbesondere 20 nm bis 250 nm, bevorzugt 40 nm bis 200 nm, ausgewählt sein. Während über das Herstellungsverfahren mittels Thermolyse insbesondere Nanopartikel mit einem mittleren Durchmesser von 40 bis 300 nm, insbesondere 70 bis 250 nm, bevorzugt 100 bis 200 nm, direkt erhalten werden, kann der Partikeldurchmesser auch nachträglich, insbesondere durch einen Ätzschritt, gezielt verringert werden. Hierdurch werden auch kleinere Nanopartikel mit einem mittleren Durchmesser von beispielsweise 10 bis 200 nm, insbesondere 20 bis 150 nm, bevorzugt 40 bis 100 nm, zugänglich gemacht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das wasserstoff- und/oder halogenidhaltige Halbleitermaterial mit Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut oder einer Kombination hiervon dotiert.
Die Eigenschaften der Nanopartikel werden weitestgehend durch das Herstellungsverfahren bestimmt. Es werden daher auch Nanopartikel angegeben, die durch ein Verfahren nach zumindest einer anmeldungsgemäßen Ausführungsform, insbesondere nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, erhältlich sind.
Als weiterer Aspekt der Anmeldung wird eine Verwendung der Nanopartikel nach zumindest einer anmeldungsgemäßen Ausführungsform, insbesondere Nanopartikel nach einem der Ansprüche 13 bis 21, angegeben. Nach zumindest einer Ausführungsform der Verwendung werden die Nanopartikel zur Herstellung von insbesondere elektronischen Bauelementen oder Bauteilen, insbesondere zur Herstellung von Nanodots, Nanodrähten, Schaltkreisen, Transistoren, Solarzellen, oder zur Erzeugung von Hartschichten und Halbleiterschichten verwendet.
Vorteile bei der Verwendung ergeben sich aus der hohen Reinheit der Nanopartikel, zum Beispiel dem geringen Gehalt an Metallen beziehungsweise Übergangsmetallen. Auch ein hoher amorpher Anteil bei den Nanopartikeln ist vorteilhaft, da diese leichter, insbesondere bei niedrigeren Temperaturen, verarbeitet werden können und besser auf einem Träger anhaften. Dies ist beispielsweise für die Erzeugung von Halbleiterschaltkreisen wichtig. Ein weiterer Vorteil für diese Verwendungen ergibt sich daraus, dass "maßgeschneiderte" Nanopartikel verwendet werden können, was sich insbesondere auf die Zusammensetzung beziehungsweise Dotierung des Halbleitermaterials, dessen Funktionalisierung mit Wasserstoff- und/oder Halogenatomen und die Partikelgröße bezieht.
Die Erfindung umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen und jede Kombination in der Beschreibung beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder der Beschreibung angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/143823 A2 [0021]
WO 2009/143824 A1 [0022]
WO 2009/143825 A2 [0028]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

E. C. Garnett, W. Liang und P. Yang (Advanced Materials 2007, 79, 2946 [0002]
Y. Zhang, Q. Zhang, N. Wang, Y. Yan, H. Zhou, J. Zhu, Journal of Crystal Growth 2006, 221, 185 [0002]
H.-Y. Tuan, D. C. Lee, T. Hanrath, B. A. Korgel, Nano Letters 2005, 5, 681 [0002]
A. T. Heitsch, D. D. Fanfair, H.-Y. Tuan, B. A. Korgel, Journal of the American Chemical Society 2008, 130, 5436 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln, umfassend: Thermolyse von mindestens einem Präkursor unter Ausbildung von Nanopartikeln, wobei der Präkursor aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polysilane, Polygermane, Polysilagermane, Polycarbosilane, Polycarbosilagermane und Kombinationen hiervon umfasst, und Wasserstoff- und/oder Halogen-Substituenten aufweist, und die Nanopartikel ein wasserstoff- und/oder halogenidhaltiges Halbleitermaterial umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Silicium, Germanium, Siliciumgermanium, kohlenstoffdotiertes Silicium und kohlenstoffdotiertes Siliciumgermanium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Präkursor aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polysilane der Formel Si_nH_pX_q mit n ≥ 2, p + q = 2n oder 2n + 2, Polygermane der Formel Ge_nH_pX_q mit n ≥ 2, p + q = 2n oder 2n + 2, Polysilagermane der Formel Si_nGe_mH_pX_q mit n ≥ 1, m ≥ 1, p + q = 2(n + m) oder 2(n + m) + 2, Polycarbosilane der Formel Si_nC_oH_pX_q mit n ≥ 1, o ≥ 1, p + q = 2(n + o) oder 2(n + o) + 2, Polycarbosilagermane der Formel Si_nGe_mC_oH_pX_q mit n ≥ 1, m ≥ 1, o ≥ 1, p + q = 2(n + m + o) oder 2(n + m + o) + 2 und Kombinationen hiervon umfasst, und hierbei n, m und o natürliche Zahlen sind, p und q natürliche Zahlen ≥ 0 sind und X jeweils unabhängig voneinander aus F, Cl, Br oder I ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei bei einem als Präkursor eingesetzten Polysilan und/oder Polygerman n ≥ 4 ist, bei einem als Präkursor eingesetzten Polysilagerman n + m ≥ 4, bei einem als Präkursor eingesetzten Polycarbosilan n ≥ 2, und/oder bei einem als Präkursor eingesetzten Polycarbosilagerman n + m ≥ 3 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Nanopartikel während der Thermolyse weitgehend ungerichtet wachsen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Thermolyse in Abwesenheit von metallischen Katalysatoren, metallischen Wachstumskeimen und katalytisch aktiven Übergangsmetallverbindungen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Thermolyse bei einer Temperatur im Bereich von 250°C bis 1100°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Thermolyse bei einer Temperatur von ≤ 800°C, insbesondere ≤ 700°C, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Thermolyse des Präkursors in einem Verdünnungsmittel erfolgt, das insbesondere aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Silikonöl, Squalen, SiCl₄, Si₂Cl₆, Si₃Cl₈, Si₄Cl₁₀ Si₅Cl₁₂, Si₆Cl₁₄ und Kombinationen hiervon umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Thermolyse in der Gasphase oder in einer flüssigen Phase erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Nanopartikel auf einem Substrat abgeschieden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Thermolyse in Gegenwart von mindestens einem Dotierstoffpräkursor erfolgt, sodass das wasserstoff- und/oder halogenidhaltige Halbleitermaterial mindestens einen Dotierstoff enthält, und wobei der Dotierstoffpräkursor aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Verbindungen von Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut und Kombinationen hiervon umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Nanopartikel in einem weiteren Verfahrensschritt einem Ätzschritt, insbesondere mit HF oder HCl, unterzogen werden.
Nanopartikel, umfassend ein wasserstoff- und/oder halogenidhaltiges Halbleitermaterial, wobei das wasserstoff- und/oder halogenidhaltige Halbleitermaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Silicium, Germanium, Siliciumgermanium, kohlenstoffdotiertes Silicium und kohlenstoffdotiertes Siliciumgermanium umfasst.
Nanopartikel nach Anspruch 13, wobei das wasserstoff- und/oder halogenidhaltige Halbleitermaterial aus Siliciumgermanium, kohlenstoffdotiertem Silicium oder kohlenstoffdotiertem Siliciumgermanium ausgewählt ist.
Nanopartikel nach Anspruch 13 oder 14, wobei das wasserstoff- und/oder halogenidhaltige Halbleitermaterial aus kohlenstoffdotiertem Silicium oder kohlenstoffdotiertem Siliciumgermanium ausgewählt ist und die Nanopartikel mit bis zu 20 Gew-% Kohlenstoff dotiert sind.
Nanopartikel nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der Wasserstoff- und/oder Halogenidgehalt in dem wasserstoff- und/oder halogenidhaltigen Halbleitermaterial insgesamt mindestens 1 Atom-% und weniger als 50 Atom-% beträgt.
Nanopartikel nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Wasserstoff- und/oder Halogenatome des wasserstoff- und/oder halogenidhaltigen Halbleitermaterials zu mindestens 80% an der Oberfläche der Nanopartikel angebunden sind.
Nanopartikel nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Nanopartikel einen Gehalt an Übergangsmetallen von < 1 ppm aufweisen.
Nanopartikel nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Nanopartikel zu mindestens 80 Gew-% amorph sind.
Nanopartikel nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die Nanopartikel einen mittleren Durchmesser von < 1 µm, insbesondere ≤ 300 nm, aufweisen.
Nanopartikel nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei das wasserstoff- und/oder halogenidhaltige Halbleitermaterial mit Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut oder einer Kombination hiervon dotiert ist.
Verwendung von Nanopartikeln nach einem der Ansprüche 13 bis 21 zur Herstellung von insbesondere elektronischen Bauelementen oder Bauteilen, insbesondere zur Herstellung von Nanodots, Nanodrähte, Schaltkreisen, Transistoren, Solarzellen, oder zur Erzeugung von Hartschichten und Halbleiterschichten.