WO2013075712A1 - Solid body surfaces from two and multiple material systems with composite nanostructures from metals, semiconductors or insulators - Google Patents

Solid body surfaces from two and multiple material systems with composite nanostructures from metals, semiconductors or insulators Download PDF

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thermal treatment
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Danilo BÜRGER
Heidemarie Schmidt
Ilona Skorupa
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Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E.V.
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    • H10N70/881Switching materials
    • H10N70/884Switching materials based on at least one element of group IIIA, IVA or VA, e.g. elemental or compound semiconductors

Definitions

  • the invention relates to functionalized solid surfaces of metals
  • Semiconductors and insulators which have a defined chemical composition on the nanometer and micrometer length scale.
  • the thermal treatment of solid surfaces includes Rapid Thermal Annealing (RTA) on the second-time scale, Flash Lamp Annealing (FLA) on the millisecond to microsecond timescale, and pulsed laser Annealing (PLA - pulsed
  • the advantage of the PLA results from the fact that after absorption of the laser light of a defined wavelength and energy density in the solid surface emitted by the laser light electrons on a time scale of 1 ps to 1 ns deliver the absorbed energy to the atomic lattice of the solid. This takes the
  • the time dependence of the lateral and vertical temperature profile is determined by the locally applied PLA parameters and by the dependent on the properties of the solid heat transport in the heated solid surface during and after the thermal treatment with PLA.
  • phase change is accompanied by a change in thermodynamic quantities, latent heat and specific heat. Any change in the composition of a two- and multi-component system is accompanied by a change in the crystal structure.
  • Non-variant reactions are those in which in binary systems three phases are in equilibrium.
  • Solid body of different two- and multi-component systems at a high critical temperature and at a high critical pressure called.
  • an irregular, lamellar eutectic microstructure of Si plates in an Al matrix forms when an AlSi binary system is thermally treated and has a low solidification rate of less than 0.1 m / s (RTA, FLA).
  • the plate spacing depends on the solidification rate.
  • Dotants in semiconductor materials can be locally thermally activated by thermal treatment by means of PLA.
  • Makarovsky [Makarovsky, O. u. a .: Direct writing of nanoscale light-emitting diodes. Advanced Materials. 22 (2010), 3176-3180.] Showed this for manganese acceptors in the p-type GaMnAs layer of nanoscale light-emitting diodes.
  • EP 1 738 402 B1 describes the production of solar cells, especially the dilution of dopants, also called uniform redistribution of dopants.
  • DE 10 2010 044 480 A1 describes the production of thin-film solar cells, the recrystallization of an amorphous first layer of a semiconductor material and the epitaxial growth of a layer-wise applied and recrystallized second layer of a second semiconductor material. The dopants should not redistributed and an unstructured seed layer is used for uniform recrystallization.
  • semiconductors in the PLA treatment become about 1000 nm
  • the heating of the semiconductor can also take place at a depth of 10 ⁇ to 50 ⁇ , wherein the temperature in the deeper areas of the semiconductor is much lower, so possibly lying there
  • temperature sensitive materials e.g. Polymers
  • the melting point for the semiconducting solids is typically up to 1000 nm. In poorly thermally conductive solids, such as silicon and GaAs, is typically up to 1000 nm. In poorly thermally conductive solids, such as silicon and GaAs, is typically up to 1000 nm. In poorly thermally conductive solids, such as silicon and GaAs, is typically up to 1000 nm. In poorly thermally conductive solids, such as silicon and GaAs, is typically up to 1000 nm. In poorly thermally conductive
  • the melting depth of solids can be greater and is for semiconducting
  • Solid state layer structures with silicon or GaAs at about 3 to 5 ⁇ are solid state layer structures with silicon or GaAs at about 3 to 5 ⁇ .
  • High-temperature oxide layers have a typical thickness of 0 to 2000 nm and can thus be completely or partially thermally treated by means of PLA.
  • Phononenbelus which is required for melting, have an extremely high surface power density. In this case, usually only thin, near-surface layers of the solid with a thickness of typically 10 nm
  • Pulsed lasers with microsecond laser pulses require to reach the
  • Phonon occupation for the melting of the solid surface only a low surface power density.
  • the time during which the solid is heated and dissipated during heat energy from the solid surface to adjacent colder regions of the solid is up to three orders of magnitude compared to PLA treatment with nanosecond laser pulses elevated. This requires a higher energy density.
  • the solid surface or - back side is preheated by thermal treatment and thus the thermal stress during spike annealing (peak healing) of the
  • the preheating of the solid is also advantageous because in the thermal treatment (spike annealing) lower energy densities are needed, a better process control is possible and thermal stresses can be reduced.
  • contaminated silicon is used to enrich metal atoms in phosphorus doped regions of silicon in which the metal atoms have an increased solubility and to bind by forming precipitates.
  • substitutionsmischkristalle the foreign atoms are completely dissolved in the solid state.
  • Typical metallic substitution mixed crystals are the alloys iron-chromium, iron-nickel, gold-copper, gold-silver and copper-nickel.
  • the solubility of non-isovalent impurities in semiconductors (Si: P, Si: Mn, Ge: Mn) in the solid state is typically 10 16 to 10 21 impurities per cm 3 .
  • solid state of aggregation is typically 10 21 to 10 22 foreign atoms per cm 3 .
  • Mixed crystals can be formed.
  • solubility of foreign atoms and foreign molecule groups in insulators is incomplete for certain phases, for example, form Si0 2 and Na 2 0 in the crystalline state numerous defined phases.
  • the solubility of foreign atoms and foreign molecule groups in metals, semiconductors and insulators in the liquid state is increased compared to the solubility of impurities in solids in the solid state.
  • the concentration of foreign atoms in a solid in the solid state is greater than the solubility of the foreign atoms in the solid, then the distribution of the foreign atoms is in a metastable state. The redistribution of foreign atoms in a solid in the solid
  • Physical state which is in a metastable state, is dependent on the diffusion parameters of the foreign atoms in the solid on very long time scales. For example, place at room temperature by extrapolation of the diffusion coefficient manganese in GaAs: Mn manganese only a space-changing operation in the average of all 10 20 seconds instead.
  • Mn manganese only a space-changing operation in the average of all 10 20 seconds instead.
  • Mn is theoretically achieved only after even longer times at room temperature. At 600 to 700 ° C, the phase separation can be shortened to a few seconds due to manganese exchange processes.
  • Power semiconductors with a field stop layer by performing at least a short-term first temperature treatment with ⁇ and a relatively longer temperature treatment with T 2 , wherein Ti is greater than T 2 and wherein the
  • Dopant concentration between 1 ⁇ 10 12 / cm 3 and 1 ⁇ 10 15 / cm 3 may be.
  • Atomic, molecular and ionic species of a process gas can during the thermal treatment in areas of a solid in the liquid
  • Solid surface to be incorporated dopants contains.
  • uniform distribution of the dopants in the recrystallized solids can be achieved with a maximum surface concentration of about 8 x 10 14 cm "2.
  • a medium can be applied to the solid body that contains the dopant. The gas atmosphere reduces the evaporation of dopant.
  • Amorphous Solids can recrystallize under the action of laser light, and crystalline solids can amorphize under the action of laser light, for example, silicon amorphizes above a recrystallization rate of 10 to 15 m / s (depending on crystal orientation) and germanium above one
  • the recrystallization rate during the PLA treatment depends on
  • Convective flows may occur within a molten solid due to density differences along temperature gradients and surface tensions.
  • Solid surface d 0 ' is smaller than the capillary length l c , then dominate
  • the capillary length l c indicates how much a liquid, depending on the capillary diameter and the density of the liquid and the surrounding medium, increases at a given contact angle, thereby compensating for the effect of the surface tension effects.
  • Quantum trenches and quantum barriers can be selectively mixed locally by thermal treatment by means of PLA.
  • Stanowski Stanowski, R. et al .: Laser rapid thermal annealing of quantum semiconductor wafers: a one step bandgap engineering technique.
  • Applied Physics A Materials Science & Processing. 94 (2009), No. 3, 667-674.
  • the object of the invention is to functionalized solid surfaces
  • novel materials Indicate metals, semiconductors and insulators for novel materials in metal semiconductor and ceramic technology.
  • the novel materials should have a defined chemical composition on the nanometer and micrometer length scale.
  • phase separation correct redistribution parameters locally redistributed (local phase separation) and have in areas which have a different temperature than adjacent areas, a different concentration of impurities than the adjacent areas.
  • the phase separation can be caused by local laser irradiation of the solid or by self-organized local redistribution.
  • Process gas are completely recrystallized as a single crystal.
  • the interfacial structure of the amorphous / crystalline interface may be designed, for example, by using prestructured crystalline substrate for low temperature growth of amorphous thin films on or through it
  • the interface may be designed during implantation with an ion type.
  • Solid surface be distributed.
  • the implantation can be done through masks or cover layers of different thicknesses. Getter regions for impurities in the solid surface are defined during low temperature growth and / or during implantation.
  • Getter areas have a higher melting temperature than the surrounding solid state material and have a much lower solubility for impurities in the solid state than the surrounding solid state material in the liquid state.
  • Nanosecond microsecond time scale under a process gas accounts for the snow plowing effect during thermal processing.
  • the redistribution of the foreign atoms in the liquid phase of the solid can be achieved by external
  • Nanosecond microsecond time scale under a process gas takes into account the crystal orientation-dependent recrystallization rate during the thermal treatment.
  • Solid material is easily volatile, are completely covered by a Getter für and / or thermally treated under a process gas under pressure.
  • thermal treatment in the roll-to-roll process of solid materials for the transparent electronics should be close to the triple point of the
  • Solid state material for example, using Bernoulli's law with moving process gas to be worked.
  • composition of solid surfaces during thermal treatment by ablation and evaporation effects is also to reduce the thermal stress during the local redistribution of impurities in metals, semiconductors and insulators.
  • Solid surface by using structured interfaces between a crystalline or amorphous surface substrate and the impurity or surface layer with two- and multi-phase systems, by using defined lateral and depth getter regions in the impurity or surface layer, as well as local
  • Stoichiometry of the solid leads in the heated near-surface region can be reduced by thermal treatment of the solid in a process gas, the relative velocity of the process gas and the solid and the flow rate of the process gas should be as large as possible. Atom specific evaporation and ablation is also reduced by the use of a capping layer with properties of a getter material.
  • the advantage of this production method is the high flexibility in the preparation of various chemical compositions for new PhaseChange materials (PCM), the integrability of the PhaseChange materials in germanium, silicon and germanium silicon technology when using multi-phase systems with Ge or silicon without damage to underlying areas, the low conductivity of the surface layer outside the segregated regions and (Fig. 5 c) the ability to specifically adjust the shape and volume of the PhaseChangeMaterials by an appropriate distribution of the multi-phase system in the surface layer, by the structuring of the cover layer and by the Laserausheilparameter. It eliminates the top-down processing step to define the phase change material. Furthermore, the write signal is used to reach the High Resistance State (HRS) and the Low Resistance State (LRS) in the
  • PhaseChangeMaterial better separated.
  • the shape of the PhaseChangeMaterial determines the number of non-volatile writable states.
  • the number of nonvolatile resistive states increase with increasing deviation of the shape of the PhaseChange material from the spherical shape.
  • the advantage of this production method in the production of support materials with a network of biocidal and biocompatible or biophilic areas is the transferability to arbitrarily shaped support materials, the integrability for support materials in the silicon and germanium technology, the structuring of selected areas in two- or three-dimensional support materials.
  • the cell size d s of the network can be determined before the thermal treatment by selecting the chemical composition of the multiphase system (A, B) in the
  • Laser Ausheilparameter be determined. After the thermal treatment, the overgrowth of the cell walls can be controlled by local application of heat to the electrically conductive cell walls of the network of biocidal material ( ⁇ '), as well as by local energy supply by light absorption in the network cells, the growth of biomaterial can be controlled in the network cells.
  • ⁇ ' electrically conductive cell walls of the network of biocidal material
  • One advantage is that the network can be produced over a large area and quickly, without damaging the underlying substrate (1).
  • Multiphase systems in quantum layers, quantum wires, quantum dots and quantum pyramids changed laterally and vertically.
  • Fig. 1 describes the production of functionalized solid surfaces of
  • Fig. 2 a, b shows the preparation of a functionalized solid with defined nanostructures at a distance d t from the sample surface.
  • Fig. 2 c, d, e shows the preparation and use of defined SiGeC nanostructures for the integration of photonics in silicon technology.
  • Fig. 3 a, b, c illustrates the production of a network of magnetizable nanoparticles in an electrically conductive or in an insulating layer of a semiconductor and its use for the spin-polarized scattering of
  • FIG. 3 d, e, f illustrates the preparation of a network of biocidal nanoparticles and microparticles in an electrically conductive or in an insulating layer of a biophilic material to increase the adhesion of biomaterials to support materials.
  • FIG. 4 a, b shows the production and use of a network of electrically polarizable nanoparticles in the diffusion region of solar cells for the sorting of photogenerated charge carriers.
  • Fig. 4 c, d, e shows the preparation of a functionalized solid with defined nanostructures for
  • PhaseChange materials in an insulating matrix on the sample surface PhaseChange materials in an insulating matrix on the sample surface.
  • Fig. 5 a, b illustrates the production of magnetic, ferroelectric
  • Fig. 5 c, d shows the modification of defined SiGeC nanostructures for the integration of photonics in silicon and germanium technology.
  • Fig. 6 shows the redistribution of components of one or more metallic multiphase systems in the surface layer (2) by local thermal
  • FIG. 7 illustrates the possibility of successively performing the deposition and thermal treatment of surface layers (2m ') on a substrate to prepare regions having different mixing phases (A, ⁇ ', B, B ', C, C).
  • Fig. 8 shows the redistribution of impurities in the layer by local
  • the lateral mixing of different two-phase and multi-phase systems is less than 100 nm, preferably less than 50 nm and particularly preferably less than 10 nm.
  • the two- and multi-phase system areas or the surface layer (2) are amorphous, amorphous-crystalline or crystalline and consist of at least one semiconductor material and / or at least one metallic material and / or at least one insulator material.
  • the settable composition or distribution of the impurities or compositions of the bicomponent and polyphase system regions in the functionalized surface layer becomes after the thermal treatment by the combination the mixtures of metallic, semiconducting and insulating material limited prior to the thermal treatment
  • a cover layer may be applied to the surface layer, wherein the melting temperature of the cover layer 4 is preferably higher than the melting temperature of the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer 2.
  • the components of the two- and multi-phase system or the amorphous, amorphous crystalline, or crystalline surface layer with impurities may form a network structure upon certain application of the surface layers.
  • network structure consists of biocidal network walls and biophilic network cells.
  • the solid is produced by the following steps:
  • an interface (3) can form between the substrate and the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer (2) with foreign atoms.
  • a cover layer can be applied before the thermal treatment, which can be removed after the thermal treatment together with the continuous segregated area on the surface of the surface layer 2 '.
  • the surface layer or the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer is prepared by growth with foreign atoms, it can be distributed laterally and vertically homogeneously and / or in clusters.
  • the amorphous-amorphous-crystalline surface layer 2 can be made of at least one mixture of semiconductor material and / or of metallic material and / or of insulator material or a combination of these mixtures, wherein one or more getter regions 5 can be introduced before the thermal treatment and whose melting temperature is higher than the melting temperature of the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer 2 at the location of the getter regions 5.
  • the registered energy density of the laser light used in thermal treatment of the properties of amorphous, amorphous crystalline and / or crystalline layer with impurities (2) or the surface layer (2) is determined and this energy density is less than 5 Jcm "2 per emitted laser pulse and the photon energy of the laser light used is above the band gap of the semiconductor
  • the backside of the substrate may be thermally treated to reduce thermal stresses.
  • one or more lasers of different wavelengths may be used locally in the thermal anneal.
  • the solid may be used as a new phase-change material prepared in the top-down process, wherein the shape of the phase-change material may vary between spherical and pyrimdal-tropic, and wherein the phase-change material having a shape deviating from the spherical shape has multiple resistance states.
  • the solid can be used as a network with biocidal components ( ⁇ ') in the cell walls and biophilic or biocompatible components ( ⁇ ') in the network cells to increase the adhesion of biomaterials to the support material, the mesh size being comparable to that of the biomaterial is.
  • the solid thus produced may be used as an optoelectronic device comprising nanopyramids, quantum dots, quantum wells, and quantum wells of SiGeC, SiGeSn, and SiSnC, wherein the electronic band gap of the composite nanostructures is smaller than the electronic band gap of the surrounding host material and wherein the emitted light can be emitted from the side edges light or perpendicular to the surface by using a getter as a waveguide, the solid state.
  • the solid according to the invention can be used as a carrier material for the production of thin, locally n- or p-doped carbon materials (for example graphene, graphite) by surface doping.
  • n- or p-doped carbon materials for example graphene, graphite
  • the solid according to the invention is as a network for spin-polarized scattering of charge carriers in electrically conductive or insulating layers of a semiconductor material, or for sorting photogenerated charge carriers in the diffusion region of solar cells, the networks of magnetizable and / or electrically polarizable nanoparticles (6 ') and / or magnetizable and / or electrically polarizable line paths (6 ") exist.
  • the solid according to the invention can be used as an optoelectronic component with ternary nanopyramids or quantum dots in semiconductor heterostructures, preferably InGaAs in GaAs / AIAs or SiGe in Si / Ge, wherein the component of the heterostructure having the higher melting temperature serves as the getter layer.
  • Another use is as a transparent optoelectronic device of intrinsically n-type oxides in which the solubility of acceptor-like impurities in the liquid phase during the thermal treatment in the process gas is extremely increased, so that the acceptor-like impurities after cooling on lattice sites of the Arrange solids.
  • Another possible use is as a sensor for electric or magnetic fields, wherein the solid in the surface layer (2) a Composite with anisotropic clusters and wherein the anisotropic clusters are electrically polarizable and / or magnetizable.
  • the solid body can be used as uniform / regular nanostructures, for example for nanoimprint lithography, wherein the nanostructures can be used directly as masks, or can be chemically specifically etched out of the solid and subsequently these etched out nanostructures are filled with other materials.
  • Fig. 1 a, b shows the preparation of the functionalized solid surfaces of metals, semiconductors and insulators with nanostructures before the thermal
  • the semiconductor may be, for example, an element semiconductor (Ge, Si), an Ill-V semiconductor (GaAs, GaP, GaN) or an Il-Vl semiconductor (ZnTe, ZnO).
  • the solid body comprises a substrate having a crystalline surface (1), on which an amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer with impurities is applied or prepared, wherein an interface layer (3) is formed between these two layers, and this can be structured.
  • the thickness d 0 of the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer with impurities (2f) is less than 2000 nm, and the lateral and vertical of the clustered and non-patterned impurities in the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer is determined in the preparation.
  • the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer (2f) one or more getter regions (5) are introduced whose melting temperature is higher than the melting temperature of the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer.
  • a cover layer (4) is applied, whose
  • Melting temperature is higher than the melting temperature of the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer.
  • the lateral and vertical of the impurity in the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer (2 ') is changed. The thermal treatment leads to
  • molten layers (2 ') and (2") are preferably also to a melting of the boundary layer (3), particularly preferably also to a melting of the bordering on the interface crystalline surface of the substrate (2 ") .
  • the total thickness of the molten layers (2 ') and (2") is d 0 '. Due to the thermal treatment, preferably under a process gas of velocity v G , defined nanostructures (6 ') are produced by lateral and vertical redistribution of the foreign atoms. On the molten layer with impurities (2 ') can be caused by the thermal
  • Both the cover layer with properties of a getter material (4) and the layer with clustered impurities can be after the thermal treatment by physical or chemical etching of the
  • Fig. 1 c, d describes the production of functionalized solid surfaces with bi- and Mehrstoffsystemen of metals, semiconductors and insulators, which have a defined chemical composition on the nanometer and micrometer length scale before the thermal treatment (Fig. 1 c) and after the thermal treatment (Fig. 1 d).
  • the multi-substance system may be, for example, SiGeC, GeSbTe, AIP, Ag-Cu-Mg.
  • the solid body comprises a substrate having a crystalline surface (1 k) or having an amorphous surface (1 a), on which an amorphous, amorphous crystalline or crystalline surface layer having two- or multiphase systems (2) is applied or prepared, between them two layers forms an interface (3), and this can be structured.
  • the thickness d 0 of the amorphous, amorphous crystalline or crystalline surface layer with two or more phase systems (2) is less than 2000 nm and the lateral and vertical distribution of different two- and multi-phase systems in the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer (2) becomes of the preparation.
  • the amorphous, amorphous crystalline or crystalline surface layer (2) are one or more
  • a cover layer (4) whose melting temperature is higher than the melting temperature of the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer (2).
  • the thermal treatment leads to the melting of the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer (2), preferably also to a melting over the boundary surface (3), more preferably also to a melting of the boundary surface adjacent crystalline or amorphous surface of the substrate ( 1 ).
  • the total thickness of the molten layers (2 ') and (2 ") is denoted d 0 ' by the thermal treatment, preferably under a process gas which is at a velocity v G relative to the surface layer 2 moved, defined nano- and microstructures of two and
  • Multiphase systems B produced by lateral and vertical redistribution of the two- and multi-phase systems. In the depth of the melted
  • a layer with a very high concentration of a component of a two- and multi-phase system ( ⁇ ') are formed. Both the cover layer with properties of a getter material (4) and the continuous segregated region on the surface of the layer 2 'with a very high concentration of individual
  • Fig. 2 a, b shows the preparation of the solid with defined nanostructures at a distance d t from the sample surface.
  • the layer with foreign atoms (2) has a continuous getter area (5) is introduced.
  • the interface (3) between the amorphous, amorphous crystalline and / or crystalline layer (2f) and the crystalline surface substrate (1) is structured.
  • the thermal treatment of the solid melts to a depth of d 0 'and recrystallized.
  • the structures of the interface (3) influence the recrystallization rate in the impurity layer (2f) and the lateral and vertical redistribution of impurities in the impurity layer (2) after the thermal treatment (2f ). Due to the
  • Impurities may be different in the impurity layer (2f) and there may be areas with an increased concentration of foreign atoms in the impurity layer (2f) which is on the continuous Getter Scheme (5) in the depth d of t areas with clustered impurity (6 ') in the layer (2f) form.
  • the shape of the regions of clustered impurity atoms (6 ') is mainly due to the distribution of impurities in the layer (2f) before the thermal treatment, the structure of the interface (3) and the distance d t and
  • Foreign atoms are used for a melting direction along the (1 1 1) - Crystal orientation expected.
  • Island-shaped nanostructures are expected for a melting direction along the (100) crystal orientation.
  • the regular arrangement of the nanostructures is determined by the pattern of the boundary layer (3).
  • the component of heterostructures for example AlAs in GaAs / AIAs heterostructures and Si in Si / Ge heterostructures, can be used which has a higher melting point. There may be regular fluctuations in the distribution of the foreign atoms in the
  • Solid state surface (InGaAs in GaAs, GeSi) can be prepared by complete thermal treatment without complete separation of the foreign atoms and the solid state material. Regularly formed clusters with novel optical, magnetic and transport properties can be produced. The thermal treatment changes the distribution of foreign atoms of high concentration and low solubility in quantum layers, quantum wires, quantum dots, and quantum pyramids laterally and vertically.
  • Fig. 2 c, d, e shows the preparation and use of defined SiGeC nanostructures for the integration of photonics in silicon and germanium technology.
  • Nanostructures may take the form of quantum dots and quantum pyramids and are formed at a distance d t from the sample surface.
  • the getter region may consist of a single continuous layer or of several, preferably two, continuous layers of a total thickness d g of the superposed layers
  • the getter layer (5) As a continuous getter layer (5), components of heterostructures, for example, SiC in SiC / GeC heterostructures or Si in Si / Ge heterostructures, may be used, provided that they have a higher melting point than the surface layer (2m).
  • the getter layer (5) may also be used as a waveguide for the light emitted by the GeC nanostructures ( ⁇ ') formed at a depth d t . In this case, the emitted light (21) is transported to the ends of the waveguide.
  • the material can be metallized.
  • the getter layer (5) causes a band bending of the adjacent regions of the surface layer (2m '), so that upon application of an electrical voltage to the front-side electrode (S) and the back-side electrode (O) charge carriers are injected into the GeC nanostructures and radiantly recombine there ,
  • Polyphase system ( ⁇ ', ⁇ ') can be produced without complete separation of the multiphase systems by thermal treatment.
  • Fig. 3 a, b, c) shows the production of a network consisting of magnetizable nanoparticles in the nodes of the network or of magnetizable nanoparticles in the nodes of the network and magnetizable
  • a layer with magnetic impurity atoms (2f) of a high concentration and a low solubility is produced.
  • the thermal treatment and by the structuring of the boundary layer (3) the magnetic impurities are redistributed and gassed on the cover layer with properties of a getter material (4).
  • a continuous layer with clustered foreign atoms (6 ') can form on layer (2f ").
  • the network of magnetizable nanoparticles is chemically or physically etched the cover layer with properties of a getter material (4). and the layer of clustered impurities exposed on layer (2f)
  • Magnetic field B magnetized. Local external magnetic fields B in the region above the coercive field strength of the network can be generated by above and / or below flowing ring currents at a distance of a few nm from the network. An external magnetic field of 0.3 T is needed to complete the
  • the ring currents or possibly currents through the network can be used to write information.
  • the current used between the structured contacts is used as read current. If the read current now flows through the network between the structured contacts (15) then spin-up polarized charge carriers (8) in the layer (2f) are propagated in one direction of the network perpendicular to the direction of the current flow and spin-down polarized charge carriers (9 ) in the layer (2f) in the opposite direction of the network perpendicular to Direction of the current flow is deflected by spin-dependent scattering in the network. After switching off the magnetic field occurs due to the Hall effect caused separation of negative and positive charge carriers perpendicular to
  • the magnitude of the voltage U s is given by the difference in the chemical potential of the spin-up and spin-down polarized charge carriers.
  • Fig. 3 d, e, f shows the preparation of a network of biocidal nano-
  • the adhesion correlates with the match between feature size of the biophilic or biocompatible surface areas of the support material, ie the size of the network cells.
  • It is a surface layer (2m) with locally on the nanometer and micrometer scale varying laterally and vertically distributed components of a multi-phase system (A, B) in the surface layer (2m) applied to a preferably structured substrate (1).
  • a thickness d 0 of the surface layer of about 100 nm is sufficient for use as a carrier material for biomaterials.
  • the surface layer (2) preferably consists of a mixed phase containing Ag, Cu and / or Mg for use as a carrier material for biomaterials.
  • the surface layer (2) should be thicker than 5 nm, more preferably thicker than 10 nm.
  • biophilic material also one or more of the following components C, H, O, N, P, S, Cl, I, Br, Ca, K, Na, V, Fe, Mn can be used.
  • a network with biocidal walls By using a network with biocidal walls, the adhesion of the biomaterials to the area of the network cells is limited. This allows the separation of biomaterials in individual network cells.
  • a network with different sized network cells By using a network with different sized biomaterials can be deposited in the individual network cells.
  • the segregation of the biocidal material ( ⁇ ') is particularly high and can reach a maximum depth of d 0 ( Figure 3 e).
  • the sample is moved under the laser (sample scan). If the network is two-dimensional, an xy table can be used for the sample scan. If the sample is three-dimensional, an xyz table can be used for the sample scan.
  • the sample scan and the scan site dependent laser annealing parameters are correlated to set a particular cell size.
  • Fig. 4 a, b shows the preparation of a network of electrically polarizable
  • the electrically polarizable nanoparticles are said to be accessible via the
  • Form depth range d 0 evenly distributed. This is achieved by getter regions (6) introduced in the same way in the layer (2f), by the distribution of the foreign atoms in the layer (2f) before the thermal treatment and / or by the use of laser light of different wavelengths and thus different penetration depths and
  • the layer (2f) is to be exposed after the thermal treatment by chemical or physical etching of the cover layer with properties of a getter material (4) and the layer of clustered impurities (7).
  • the metallization of the solar cell for applying the front contact (11) on the surface layer (12) with the thickness dpv and for applying the bottom contact (backside contact) (11 ') takes place after removing the cover layer with the properties of
  • the electrically polarizable nanoparticles have a large anisotropy and are polarized by a single application of an electric field so that the photogenerated charge carriers drift in the region of the local electric fields of the electrically polarizable nanoparticles in the direction of the corresponding contact of the solar cell.
  • electrons in the local electric fields in the diffusion region drift in the direction of the front contact (11) and holes in the local electric fields in the direction of the back contact (11 ').
  • Fig. 4 c, d, e) shows the preparation of a functionalized solid with defined nanostructures in an insulating matrix ( ⁇ ') on the sample surface of a surface layer (2m) with locally on the nanometer and micrometer scale varying laterally and vertically distributed components of a multiphase system (A, B) in the functionalized surface layer before (Fig. 4 c)), during and after (Fig. 4 d, e) of a partial separation of the components of the multiphase system by thermal treatment.
  • a backside electrode (O) for example in the form of a strip grid, for example as a 1 ⁇ m wide aluminum strip or platinum strip, is applied to the substrate (FIG. 4c).
  • the melting point of the multiphase system (B) is lowest in the area above the backside electrode (O).
  • the surface layer is structured such that the regions ( ⁇ ') above the backside electrode are highest and are about 10 to 20 nm higher than the adjacent regions ( ⁇ '), compare FIG. 4 d).
  • the specific material removal during physical etching can be used.
  • a transparent cover layer (4) having a melting point higher than the melting point of the surface layer (2) is applied to the surface layer (2) and a laser is scanned over the entire surface or only selectively above the regions ( ⁇ ') of the back surface electrode (O) (Fig. 4d)).
  • the parameters of the laser radiation are adjusted so that the components of the multiphase system segregate in the region ( ⁇ ') above the backside electrode.
  • a 10 to 20 nm thick layer is removed from the surface layer and the continuous segregated region.
  • Front side electrode (S) for example in the form of a strip grid
  • Fig. 5 a, b shows the production of magnetic, ferroelectric
  • the starting point for this preparation is a layer of foreign atoms (2f) with spherical and / or structurally anisotropic clustered impurities (6) in the impurity layer (2f) prior to thermal treatment.
  • the formation of spherical clusters (6) in the formation of the layer with foreign atoms (2f) is energetically most favorable.
  • the solid body in the region of the spherical clusters is locally melted, for example by means of a mask, and then recrystallized again.
  • the lateral and vertical heat conduction is used to provide lateral and vertical redistribution
  • the recrystallization heat delivered to the directly surrounding solid material leads to a delayed recrystallization in the region of the clusters.
  • the clusters and the solid state material must have a
  • Transducers are already being used in heat assisted thermal writing for 25x25 nm 2 large memory cells.
  • Fig. 5 c, d) shows the modification of defined SiGeC nanostructures for the integration of photonics in the silicon and germanium technology.
  • the starting point is formed by existing GeC nanostructures, which were formed in segregated areas of the SiGeC layer of the surface layer (2 '), for example in the form of quantum dots and quantum pyramids.
  • Further thermal treatment modifies the GeC nanostructures to have anisotropic properties after modification.
  • anisotropic GeC nanostructures generate charge carriers by absorbing light. These photogenerated charge carriers can recombine and the light emitted thereby has its starting point in the GeC nanostructures and is preferably emitted in the direction perpendicular to the surface layer.
  • the wavelength of the emitted light (21) depends on the anisotropy of the GeC nanostructures, on radiative recombination centers, and on the position of quantized states on the energy scale in the GeC nanostructures.
  • anisotropic, optically active nanostructures is not limited to SiGeC structures.
  • Other mixed phase systems may consist of SiGeSn, SiSnC and GeSnC.
  • the forming nanostructures and the solid state material must have a different density, so that in the liquid phase
  • Nanostructures can move relative to the surrounding solid state material.
  • FIG. 6 shows the redistribution of components of one or more metallic multiphase systems in the surface layer (2m) by local thermal treatment under a process gas.
  • the areas to be thermally treated locally may be roughened or shadow or resist masks may be used. These areas are labeled 2ma.
  • the resulting metallic surface has regions of defined lateral composition variation and can be used as a substrate for the preparation of thin, locally n- or p-doped carbon materials
  • graphene, graphite can be used by surface doping.
  • Surface doping results in electron exchange between carbon layers and a dopant (contained in A, B, B 'or A') deposited on the surface layer (2m ') onto which the carbon materials, e.g. are prepared by CVD, see FIG. 6.
  • Fig. 7 illustrates the possibility of successively performing the deposition and thermal treatment of surface layers (2m ') on a substrate to prepare regions having different mixed phases (A, ⁇ ', B, B ', C, C).
  • regions having different mixed phases A, ⁇ ', B, B ', C, C.
  • Carbon materials are prepared. After the preparation of the
  • Carbon materials, these are detached from the surface layer and applied to a silicon substrate with a thermally or naturally grown silicon dioxide cover layer.
  • the surface layer (2m ') on crystalline (1 k) or amorphous substrate (1 a) may be flexible.
  • this method for the first time enables the surface doping of n- and p-doped regions in thin carbon materials.
  • Fig. 8 shows the redistribution of impurities in the layer (2f) by local
  • Litigation process (17) is stored.
  • the speed of the process control v P is preferably directed opposite to the speed of the process gas v G.
  • the process gas (20), the solid and the sample guide (17) are in a process chamber (18) arranged.
  • the local thermal treatment can take place via a transducer (16) and via an inlet window (19) in the process chamber (18) under a non-flowing and / or another flowing process gas.
  • the static pressure of a non-flowing process gas should preferably be above the triple point of the solid.
  • ) between the process gas v G and the sample guide v P and the flow of the process gas which determines the density of the process gas p G are
  • triple point of the solid lies.
  • oxygen, nitrogen, helium, argon or a mixture or compound with these substances and other noble gases can be used.
  • an oxygen-containing process gas should be selected in oxidic solids or a nitrogen-containing process gas in nitridic solids. This reduces evaporation and ablation effects during the thermal treatment and reduces the magnitude of a possible stoichiometric imbalance on the surface of the solid after thermal treatment.
  • the redistribution of the impurity atoms under a process gas is preferably used for the production of transparent conductive oxide layers on a flexible substrate in a roll-to-roll process.
  • the solubility of the foreign atoms in the liquid phase of the solid (ZnO: P) and the removal (annealing) of intrinsic, electrically active defects (V 0 ) by thermal treatment under a process gas only possible.

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Abstract

The invention relates to functionalized solid body surfaces with composites from two and multiple material systems from metals, semiconductors and insulators or foreign atoms, which have a defined chemical composition based on the nanometer and micrometer-length scale for novel composite nano and microstructures.

Description

Funktionalisierte Festkörperoberflächen aus Zwei- und Mehrstoffsystemen mit Komposit-Nanostrukturen aus Metallen, Halbleitern oder Isolatoren  Functionalized solid surfaces of two- and multi-component systems with composite nanostructures of metals, semiconductors or insulators
Technisches Gebiet  Technical area
[0001] Die Erfindung betrifft funktionalisierte Festkörperoberflächen aus Metallen,  The invention relates to functionalized solid surfaces of metals,
Halbleitern und Isolatoren, welche eine definierte chemische Komposition auf der Nanometer und Mikrometer-Längenskala aufweisen.  Semiconductors and insulators, which have a defined chemical composition on the nanometer and micrometer length scale.
Stand der Technik  State of the art
[0002] Die thermische Behandlung von Festkörpern wird benutzt, um die kristallinen  The thermal treatment of solids is used to the crystalline
Eigenschaften der Festkörperoberflächen zu verbessern, um Beschichtungen auf die Festkörperoberfläche aufzubringen oder um Fremdatome an substitutioneilen Gitterplätzen einzubauen.  Improve properties of the solid surfaces to apply coatings on the solid surface or to incorporate impurities at substitutional lattice sites.
[0003] 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  The thermal treatment of solid surfaces includes Rapid Thermal Annealing (RTA) on the second-time scale, Flash Lamp Annealing (FLA) on the millisecond to microsecond timescale, and pulsed laser Annealing (PLA - pulsed
Laserausheilung) auf der Nanosekunden- bis Mikrosekunden-Zeitskala.  Laser annealing) on the nanosecond to microsecond time scale.
[0004] 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  The advantage of the PLA results from the fact that after absorption of the laser light of a defined wavelength and energy density in the solid surface emitted by the laser light electrons on a time scale of 1 ps to 1 ns deliver the absorbed energy to the atomic lattice of the solid. This takes the
Gittertemperatur des Festkörpers entsprechend der Bose- Einstein-Statistik mit einer Heizrate von bis zu 1011 K/s zu. Lattice temperature of the solid according to the Bose-Einstein statistics with a heating rate of up to 10 11 K / s.
[0005] 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.  The time dependence of the lateral and vertical temperature profile is determined by the locally applied PLA parameters and by the dependent on the properties of the solid heat transport in the heated solid surface during and after the thermal treatment with PLA.
[0006] Wird die Festkörperoberfläche aus mischbaren und nichtmischbaren Zwei- und  If the solid surface of miscible and immiscible two- and
Mehrstoffsystemen gebildet, und werden diese durch thermische Behandlung oberhalb ihrer Schmelztemperatur erwärmt, dann kann bei vollständiger Mischbarkeit und stark segregierenden Zwei- und Mehrstoffsystemen während der Rekristallisation eine laterale und vertikale Entmischung der Zwei- und Mehrstoffsysteme auftreten.  Formed Mehrstoffsystemen, and these are heated by thermal treatment above its melting temperature, then with complete miscibility and highly segregating two- and multi-material systems during recrystallization lateral and vertical segregation of the two- and multi-component systems occur.
[0007] Jede Phasenänderung ist von einer Änderung thermodynamischer Größen, latente Wärme und spezifische Wärme, begleitet. [0008] Jede Änderung der Zusammensetzung eines Zwei- und Mehrstoffsystems ist von einer Änderung der Kristallstruktur begleitet. Each phase change is accompanied by a change in thermodynamic quantities, latent heat and specific heat. Any change in the composition of a two- and multi-component system is accompanied by a change in the crystal structure.
[0009] Im Gebiet der Mischungslücke koexistieren Schmelzen oder Festkörper  Melt or solid coexist in the region of the miscibility gap
unterschiedlicher Zwei- und Mehrstoffsysteme.  different bi- and multi-component systems.
[0010] Non-variante Reaktionen sind solche, bei denen in Zweistoffsystemen drei Phasen im Gleichgewicht sind.  Non-variant reactions are those in which in binary systems three phases are in equilibrium.
[0011] Als eutektische Reaktion wird die simultane Umwandlung einer Schmelze in zwei As a eutectic reaction is the simultaneous conversion of a melt in two
Festkörper unterschiedlicher Zwei- und Mehrstoffsysteme bei einer hohen kritischen Temperatur und bei einem hohen kritischen Druck bezeichnet. Solid body of different two- and multi-component systems at a high critical temperature and at a high critical pressure called.
[0012] Zum Beispiel bildet sich ein irreguläres, lamellenartiges eutektisches Gefüge aus Si- Platten in einer AI-Matrix, wenn ein AlSi-Zweistoffsystem thermisch behandelt wird und eine geringe Erstarrungsgeschwindigkeit von weniger als 0.1 m/s (RTA, FLA) aufweist. Der Plattenabstand hängt von der Erstarrungsgeschwindigkeit ab.  For example, an irregular, lamellar eutectic microstructure of Si plates in an Al matrix forms when an AlSi binary system is thermally treated and has a low solidification rate of less than 0.1 m / s (RTA, FLA). The plate spacing depends on the solidification rate.
[0013] Bei Peritektika liegt die peritektische Temperatur immer zwischen den  In Peritektika the peritectic temperature is always between the
Schmelztemperaturen der beteiligten Zwei- und Mehrstoffsysteme. Peritektische Reaktionen sind sehr langsam, da sie Festkörperdiffusion erfordern, und für thermische Behandlungsmethoden mit langsamen Abkühlraten (RTA, FLA) zu erwarten.  Melting temperatures of the two- and multi-component systems involved. Peritectic reactions are very slow because they require solid-state diffusion and are expected for slow-cooling (RTA, FLA) thermal treatments.
[0014] Als monotektische Reaktion wird der Zerfall zweier Schmelzen in einen Festkörper und in eine Schmelze bei exakt der monotektischen Temperatur bezeichnet.  As a monotectic reaction, the decay of two melts in a solid and in a melt at exactly the monotectic temperature is called.
Monotektische Reaktionen setzen einen hohen Temperaturgradienten und kleie Erstarrungsgeschwindigkeiten voraus.  Monotectic reactions require a high temperature gradient and small solidification rates.
[0015] 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.  Dotants in semiconductor materials can be locally thermally activated by thermal treatment by means of PLA. Makarovsky [Makarovsky, O. u. a .: Direct writing of nanoscale light-emitting diodes. Advanced Materials. 22 (2010), 3176-3180.] Showed this for manganese acceptors in the p-type GaMnAs layer of nanoscale light-emitting diodes.
[0016] EP 1 738 402 B1 beschreibt die Herstellung von Solarzellen, speziell die Verdünnung von Dotierstoffen, auch gleichmäßige Umverteilung von Dotierstoffen genannt. DE 10 2010 044 480 A1 beschreibt die Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen, wobei die Rekristallisation einer amorphen ersten Schicht eines Halbleitermaterials und das epitaktische Aufwachsen einer lagenweise aufgebrachten und rekristallisierten zweiten Schicht eines zweiten Halbleitermaterials betrifft. Die Dotanden sollen nicht umverteilt werden und es wird eine unstrukturierte Keimschicht für die gleichmäßige Rekristallisation verwendet. EP 1 738 402 B1 describes the production of solar cells, especially the dilution of dopants, also called uniform redistribution of dopants. DE 10 2010 044 480 A1 describes the production of thin-film solar cells, the recrystallization of an amorphous first layer of a semiconductor material and the epitaxial growth of a layer-wise applied and recrystallized second layer of a second semiconductor material. The dopants should not redistributed and an unstructured seed layer is used for uniform recrystallization.
[0017] Die Zeitabhängigkeit des Temperaturprofils und die thermische Diffusion unter  The time dependence of the temperature profile and the thermal diffusion under
Berücksichtigung der Schmelzenthalpie und Rekristallisationswärme unterliegt deutlichen Verzögerungen im Vergleich zur Zeitabhängigkeit des Temperaturprofils im nicht aufgeschmolzenen Material.  Consideration of the enthalpy of fusion and recrystallization heat is subject to significant delays compared to the time dependence of the temperature profile in the unfused material.
[0018] Typischerweise werden Halbleiter bei der PLA-Behandlung bis etwa 1000 nm  Typically, semiconductors in the PLA treatment become about 1000 nm
aufgeschmolzen. Die Erwärmung des Halbleiters kann auch noch in einer Tiefe von 10 μηι bis 50 μηι stattfinden, wobei die Temperatur in den tieferliegenden Bereichen des Halbleiters viel geringer ist, sodass möglicherweise dort liegende  melted. The heating of the semiconductor can also take place at a depth of 10 μηι to 50 μηι, wherein the temperature in the deeper areas of the semiconductor is much lower, so possibly lying there
temperaturempfindliche Materialien, z.B. Polymere, nicht durch Erwärmung zerstört werden.  temperature sensitive materials, e.g. Polymers, should not be destroyed by heating.
[0019] Die Aufschmelztiefe für die halbleitenden Festkörper, beispielsweise Silizium und GaAs, beträgt typischerweise bis zu 1000 nm. Bei schlecht wärmeleitenden  The melting point for the semiconducting solids, such as silicon and GaAs, is typically up to 1000 nm. In poorly thermally conductive
Trägermaterialien für die Festkörper, beispielsweise Glas oder Saphir, kann die Aufschmelztiefe der Festkörper größer sein und liegt für halbleitende  Support materials for the solid, such as glass or sapphire, the melting depth of solids can be greater and is for semiconducting
Festkörperschichtstrukturen mit Silizium oder GaAs bei etwa 3 bis 5 μηι.  Solid state layer structures with silicon or GaAs at about 3 to 5 μηι.
Funktionalisierte Festkörperoberflächen, zum Beispiel aktive Gebiete in  Functionalized solid surfaces, for example active areas in
Halbleiterbauelementen, elektrisch leitende Oxidschichten in transparenten  Semiconductor devices, electrically conductive oxide layers in transparent
Elektronikbauelementen, metallische magnetisierbare Einzel- und  Electronic components, metal magnetic single and
Mehrschichtstrukturen in magnetooptischen Sensormaterialien oder in  Multilayer structures in magnetooptical sensor materials or in
Tunnelmagnetowiderstandsbauelemente sowie supraleitende  Tunnel magnetoresistance devices as well as superconducting
Hochtemperaturoxidschichten, haben eine typische Dicke von 0 bis 2000 nm und können damit komplett oder teilweise mittels PLA thermisch behandelt werden.  High-temperature oxide layers have a typical thickness of 0 to 2000 nm and can thus be completely or partially thermally treated by means of PLA.
[0020] Laser mit Pikosekunden-Laserpulsen müssen zum Erreichen der  Lasers with picosecond laser pulses must to achieve the
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  Phononenbesetzung, which is required for melting, have an extremely high surface power density. In this case, usually only thin, near-surface layers of the solid with a thickness of typically 10 nm
aufgeschmolzen werden. Größere Aufschmelztiefen lassen sich nicht erreichen, da bei der dafür erforderlichen Flächenleistungsdichte der Festkörper an der  be melted. Greater melting depths can not be achieved, since the solids required at the required surface power density at the
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. Surface increasingly worn (abladiert) is. Ablation is used in pulsed laser plasma deposition to ablate metallic, semiconducting and oxide (ceramic) targets. The ablation rate of atoms and / or ions from the solid surface depends on the species of the atomic units of the solid and can be in ablated solid surfaces, which consist of atoms different species exist, leading to a change in stoichiometry, especially in the Festkörperflächenähe.
[0021] Gepulste Laser mit Mikrosekunden-Laserpulsen benötigen zum Erreichen der  Pulsed lasers with microsecond laser pulses require to reach the
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 der 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.  Phonon occupation for the melting of the solid surface only a low surface power density. However, in thermal treatment with microsecond laser pulses, the time during which the solid is heated and dissipated during heat energy from the solid surface to adjacent colder regions of the solid is up to three orders of magnitude compared to PLA treatment with nanosecond laser pulses elevated. This requires a higher energy density.
[0022] 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  In the thermal treatment with FLA, the solid surface or - back side is preheated by thermal treatment and thus the thermal stress during spike annealing (peak healing) of the
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 thermische Verspannungen reduziert werden können.  Solid surface or back reduced. The preheating of the solid is also advantageous because in the thermal treatment (spike annealing) lower energy densities are needed, a better process control is possible and thermal stresses can be reduced.
[0023] Fremdatome gettern (binden oder fangen ein) Verunreinigungen in Festkörpern  Foreign atoms getter (bind or trap) impurities in solids
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  during the thermal treatment. For example, S.M. Myers [Myers, S.M. a .: Mechanisms of transition metal gettering in Silicon. Journal of Applied Physics. 88 (2000), pp. 3795-3819], as the phosphorus getter 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.  contaminated silicon is used to enrich metal atoms in phosphorus doped regions of silicon in which the metal atoms have an increased solubility and to bind by forming precipitates.
[0024] In metallischen Zweistoffsystemen mit vollständiger Löslichkeit  In metallic binary systems with complete solubility
(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.  (Substitutionsmischkristalle) the foreign atoms are completely dissolved in the solid state. Typical metallic substitution mixed crystals are the alloys iron-chromium, iron-nickel, gold-copper, gold-silver and copper-nickel.
[0025] 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  In metallic binary systems with complete insolubility (crystal mixture of two phases), e.g. Iron-lead, although in the melt, the two phases are dissolved in each other, but segregate completely during crystallization and form a crystal mixture of two phases, each phase of only one
Komponente besteht und völlig frei ist von der anderen Komponente. [0026] 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. Component exists and is completely free from the other component. The solubility of non-isovalent impurities in semiconductors (Si: P, Si: Mn, Ge: Mn) in the solid state is typically 10 16 to 10 21 impurities per cm 3 .
[0027] Die Löslichkeit von isovalenten Fremdatomen in Halbleitern (ZnO:Co, Si:Ge) im  The solubility of isovalent impurities in semiconductors (ZnO: Co, Si: Ge) in
festen Aggregatszustand beträgt typischerweise 1021 bis zu 1022 Fremdatome je cm3. Es können Mischkristalle gebildet werden. solid state of aggregation is typically 10 21 to 10 22 foreign atoms per cm 3 . Mixed crystals can be formed.
[0028] Die Löslichkeit von Fremdatomen und Fremdmolekülgruppen in Isolatoren ist für bestimmte Phasen vollständig, z.B. bilden Cr203 in Al203 eine homogene Mischphase mit variabler Zusammensetzung. The solubility of foreign atoms and foreign molecule groups in insulators is complete for certain phases, eg Cr 2 0 3 in Al 2 0 3 form a homogeneous mixed phase with variable composition.
[0029] Die Löslichkeit von Fremdatomen und Fremdmolekülgruppen in Isolatoren ist für bestimmte Phasen unvollständig, z.B. bilden Si02 und Na20 im kristallinen Zustand zahlreiche definierte Phasen. The solubility of foreign atoms and foreign molecule groups in insulators is incomplete for certain phases, for example, form Si0 2 and Na 2 0 in the crystalline state numerous defined phases.
[0030] Die Löslichkeit von Fremdatomen und Fremdmolekülgruppen in Metallen, Halbleitern und Isolatoren im flüssigen Aggregatzustand ist im Vergleich zur Löslichkeit von Fremdatomen in Festkörpern im festen Aggregatszustand erhöht.  The solubility of foreign atoms and foreign molecule groups in metals, semiconductors and insulators in the liquid state is increased compared to the solubility of impurities in solids in the solid state.
[0031] 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  If, after the thermal treatment, the concentration of foreign atoms in a solid in the solid state is greater than the solubility of the foreign atoms in the solid, then the distribution of the foreign atoms is in a metastable state. The redistribution of foreign atoms in a solid in the solid
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 Physical state, which is in a metastable state, is dependent on the diffusion parameters of the foreign atoms in the solid on very long time scales. For example, place at room temperature by extrapolation of the diffusion coefficient manganese in GaAs: Mn manganese only a space-changing operation in the average of all 10 20 seconds instead. A stable
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.  Manganese distribution in GaAs: Mn is theoretically achieved only after even longer times at room temperature. At 600 to 700 ° C, the phase separation can be shortened to a few seconds due to manganese exchange processes.
[0032] DE 10 2007 017 788 A1 beschreibt die Herstellung einer Dotierzone in  DE 10 2007 017 788 A1 describes the preparation of a doping zone in
Leistungshalbleitern mit einer Feldstoppschicht mittels Durchführen zumindest einer kurzzeitigen ersten Temperaturbehandlung mit ΤΊ und einer vergleichsweise längeren Temperaturbehandlung mit T2, wobei T-i größer als T2 ist und wobei die Power semiconductors with a field stop layer by performing at least a short-term first temperature treatment with ΤΊ and a relatively longer temperature treatment with T 2 , wherein Ti is greater than T 2 and wherein the
Dotierstoffkonzentration zwischen 1 χ 1012/cm3 und 1 χ 1015/cm3 liegen kann. [0033] Atomare, molekulare und ionare Spezies eines Prozessgases können während der thermischen Behandlung in Bereichen eines Festkörpers im flüssigen Dopant concentration between 1 χ 10 12 / cm 3 and 1 χ 10 15 / cm 3 may be. Atomic, molecular and ionic species of a process gas can during the thermal treatment in areas of a solid in the liquid
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 in einem sauerstoffhaltigen Prozessgas thermisch behandelt wird, oberflächennah oxidiert.  State of aggregation, which are in contact with the process gas to be installed in these areas of the solid. This causes a change in the chemical composition and stoichiometry of the solid areas which are in contact with the process gas. For example, a silicon surface that is thermally treated in an oxygen-containing process gas is oxidized near the surface.
[0034] US 5,918, 140 B beschreibt das Aufschmelzen und die Bestrahlung einer  US 5,918,140 B describes the melting and the irradiation of a
Festkörperoberfläche unter einer Gasatmosphäre, welche die in die  Solid surface under a gas atmosphere, which in the
Festkörperoberfläche einzubauenden Dotanden enthält. Damit können gleichmäßige Verteilungen der Dotanden im rekristallisierten Festkörper mit einer maximalen Oberflächenkonzentration von ca. 8 x 1014 cm"2 erreicht werden. Außerdem kann ein Medium auf dem Festkörper aufgebracht sein, dass die Dotanden enthält. Die Gasatmosphäre reduziert das Abdampfen der Dotanden. 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 Solid surface to be incorporated dopants contains. Thus, uniform distribution of the dopants in the recrystallized solids can be achieved with a maximum surface concentration of about 8 x 10 14 cm "2. In addition, a medium can be applied to the solid body that contains the dopant. The gas atmosphere reduces the evaporation of dopant. Amorphous Solids can recrystallize under the action of laser light, and crystalline solids can amorphize under the action of laser light, for example, silicon amorphizes above a recrystallization rate of 10 to 15 m / s (depending on crystal orientation) and germanium above one
Rekristallisationsgeschwindigkeit von 1 ,7 bis 4,0 ms"1 (in Abhängigkeit von der Kristallorientierung). Recrystallization rate of 1, 7 to 4.0 ms "1 (depending on the crystal orientation).
[0035] Die Rekristallisationsgeschwindigkeit während der PLA-Behandlung hängt in  The recrystallization rate during the PLA treatment depends on
Festkörpern von der Orientierung der flüssig-festen Grenzfläche ab. In Silizium ist die Rekristallisationsgeschwindigkeit für eine (1 1 1 )-Grenzflächenorientierung am größten und nimmt mit der Orientierung (1 12), (001 ) und (01 1 ) ab.  Solid bodies from the orientation of the liquid-solid interface. In silicon, the recrystallization rate is greatest for a (1 1 1) interface orientation and decreases with orientation (1 12), (001), and (01 1).
[0036] Konvektive Flüsse können innerhalb eines aufgeschmolzenen Festkörpers aufgrund von Dichteunterschieden entlang von Temperaturgradienten und aufgrund von Oberflächenspannungen auftreten. Wenn die Dicke der aufgeschmolzenen  Convective flows may occur within a molten solid due to density differences along temperature gradients and surface tensions. When the thickness of the melted
Festkörperoberfläche d0' kleiner als die Kapillarlänge lc ist, dann dominieren Solid surface d 0 'is smaller than the capillary length l c , then dominate
Oberflächenspannungseffekte. Die Kapillarlänge lc 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. Surface tension effects. The capillary length l c indicates how much a liquid, depending on the capillary diameter and the density of the liquid and the surrounding medium, increases at a given contact angle, thereby compensating for the effect of the surface tension effects.
[0037] 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/lnP-Quantengrabenmikro- strukturen. Quantum trenches and quantum barriers can be selectively mixed locally by thermal treatment by means of PLA. Stanowski [Stanowski, R. et al .: Laser rapid thermal annealing of quantum semiconductor wafers: a one step bandgap engineering technique. Applied Physics A: Materials Science & Processing. 94 (2009), No. 3, 667-674.] Showed this for InGaAsP / InP quantum well microstructures.
Aufgabe der Erfindung  Object of the invention
[0038] Die Aufgabe der Erfindung ist es, funktionalisierte Festkörperoberflächen aus  The object of the invention is to functionalized solid surfaces
Metallen, Halbleitern und Isolatoren für neuartige Materialien in der Metall- Halbleiterund Keramiktechnologie anzugeben. Die neuartigen Materialien sollen eine definierte chemische Komposition auf der Nanometer- und Mikrometer-Längenskala aufweisen. Indicate metals, semiconductors and insulators for novel materials in metal semiconductor and ceramic technology. The novel materials should have a defined chemical composition on the nanometer and micrometer length scale.
Grundzüge des Lösungsweges Main features of the solution
[0039] Fremdatome werden während einer thermischen Behandlung unter Wahl der  Foreign atoms are during a thermal treatment with choice of
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.  correct redistribution parameters locally redistributed (local phase separation) and have in areas which have a different temperature than adjacent areas, a different concentration of impurities than the adjacent areas. The phase separation can be caused by local laser irradiation of the solid or by self-organized local redistribution.
[0040] Vor der thermischen Behandlung auf der Nanosekunden-Mikrosekunden-Zeitskale vollständig amorphisierte Schichten mit Fremdatomen können (unter einem  Before the thermal treatment on the nanosecond microsecond timescale fully amorphized layers with impurities can (under a
Prozessgas) vollständig als Einkristall rekristallisiert werden.  Process gas) are completely recrystallized as a single crystal.
[0041] Vor der thermischen Behandlung auf der Nanosekunden-Mikrosekunden-Zeitskale unvollständig amorphisierte Festkörperoberflächen können (unter einem Prozessgas) als Polykristallit rekristallisieren, wenn die Energiedichte gerade so ausreicht, um nur die amorphen Bereiche der unvollständig amorphisierten Festkörperoberfläche aufzuschmelzen.  Before the thermal treatment on the nanosecond microsecond time scale incompletely amorphized solid surfaces can recrystallise (under a process gas) as polycrystallite, if the energy density is just sufficient to melt only the amorphous regions of the incompletely amorphized solid surface.
[0042] 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  The interfacial structure of the amorphous / crystalline interface may be designed, for example, by using prestructured crystalline substrate for low temperature growth of amorphous thin films on or through it
Verwendung von Ionen bestimmter Energie und Ladung bei der Implantation und Amorphisierung der Festkörperoberfläche.  Use of ions of specific energy and charge during implantation and amorphization of the solid surface.
[0043] Die Grenzfläche kann während der Implantation mit einem lonentyp gestaltet werden.  The interface may be designed during implantation with an ion type.
Mit einem anderen lonentyp können gleichzeitig gezielt Fremdatome in der  With a different ion type, foreign atoms can be targeted in the same time
Festkörperoberfläche verteilt werden. Die Implantation kann durch Masken oder unterschiedlich dicke Deckschichten hindurch erfolgen. [0044] Getterbereiche für Fremdatome in der Festkörperoberfläche werden während des Tieftemperaturwachstums und/oder während der Implantation definiert. Die Solid surface be distributed. The implantation can be done through masks or cover layers of different thicknesses. Getter regions for impurities in the solid surface are defined during low temperature growth and / or during implantation. The
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.  Getter areas have a higher melting temperature than the surrounding solid state material and have a much lower solubility for impurities in the solid state than the surrounding solid state material in the liquid state.
[0045] Die Tiefenverteilung der Fremdatome vor der thermischen Behandlung auf der  The depth distribution of the foreign atoms before the thermal treatment on the
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  Nanosecond microsecond time scale under a process gas accounts for the snow plowing effect during thermal processing. The redistribution of the foreign atoms in the liquid phase of the solid can be achieved by external
magnetische und/oder elektrische Felder gesteuert werden.  magnetic and / or electric fields are controlled.
[0046] Die laterale Verteilung der Fremdatome vor der thermischen Behandlung auf der The lateral distribution of the foreign atoms before the thermal treatment on the
Nanosekunden-Mikrosekunden-Zeitskala unter einem Prozessgas berücksichtigt die von der Kristallorientierung abhängige Rekristallisationsgeschwindigkeit während der thermischen Behandlung. Nanosecond microsecond time scale under a process gas takes into account the crystal orientation-dependent recrystallization rate during the thermal treatment.
[0047] Die Oberfläche von Festkörpermaterialien, welche aus mehreren Atomsorten  The surface of solid materials, which consists of several types of atoms
bestehen, von denen mindestens eine Atomsorte im flüssigen Zustand des  of which at least one atomic species in the liquid state of
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  Solid material is easily volatile, are completely covered by a Getterschicht and / or thermally treated under a process gas under pressure. For the thermal treatment in the roll-to-roll process of solid materials for the transparent electronics should be close to the triple point of the
Festkörpermaterials, zum Beispiel unter Ausnutzung des Bernoulli'schen Gesetzes mit bewegtem Prozessgas gearbeitet werden.  Solid state material, for example, using Bernoulli's law with moving process gas to be worked.
[0048] Wichtig ist die Verhinderung der Änderung der Stöchiometrie und chemischen  It is important to prevent the change of stoichiometry and chemical
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.  Composition of solid surfaces during thermal treatment by ablation and evaporation effects. The object of the task is also to reduce the thermal stress during the local redistribution of impurities in metals, semiconductors and insulators.
[0049] Gleichzeitig kann die Herstellung regelmäßig angeordneter Segregationen von  At the same time, the production of regularly arranged segregations of
Fremdatomen an verschiedenen definierten Positionen im oberflächennahen Bereich des Festkörpers beschrieben werden. Erzeugte Vorteile oder Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik Foreign atoms at different defined positions in the near-surface region of the solid can be described. Generated benefits or improvements over the prior art
[0050] Herstellung von funktionalisierten Festkörperoberflächen aus Metallen, Halbleitern und Isolatoren mit geclusterten und/oder Komposit-Nanostrukturen in einem bezüglich seiner lateralen und Tiefenposition definierten Bereich der  Production of functionalized solid surfaces of metals, semiconductors and insulators with clustered and / or composite nanostructures in a defined with respect to its lateral and depth position range of
Festkörperoberfläche durch Verwendung von strukturierten Grenzflächen zwischen einem Substrat mit kristalliner oder amorpher Oberfläche und der Schicht mit Fremdatomen oder der Oberflächenschicht mit Zwei- und Mehrphasensytemen, durch Verwendung von definiert lateral und tiefenverteilten Getterbereichen in der Schicht mit Fremdatomen oder in der Oberflächenschicht sowie durch lokale  Solid surface by using structured interfaces between a crystalline or amorphous surface substrate and the impurity or surface layer with two- and multi-phase systems, by using defined lateral and depth getter regions in the impurity or surface layer, as well as local
Bestrahlung mit Laserlicht einer definierten Wellenlänge, Pulslänge und  Irradiation with laser light of a defined wavelength, pulse length and
Energiedichte zur lokalen Erwärmung, Aufschmelzung, Rekristallisation und  Energy density for local heating, melting, recrystallization and
Umverteilung der Fremdatome in der Schicht mit Fremdatomen oder der Zwei- und Mehrphasensysteme in der Oberflächenschicht in den zu funktionalisierenden Festkörperoberflächen.  Redistribution of the foreign atoms in the layer with foreign atoms or the two- and multi-phase systems in the surface layer in the solid surfaces to be functionalized.
[0051] Die atomspezifische Evaporation und Ablation, welche zu einer Änderung der  The atom-specific evaporation and ablation, which leads to a change in the
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.  Stoichiometry of the solid leads in the heated near-surface region can be reduced by thermal treatment of the solid in a process gas, the relative velocity of the process gas and the solid and the flow rate of the process gas should be as large as possible. Atom specific evaporation and ablation is also reduced by the use of a capping layer with properties of a getter material.
[0052] Der Vorteil dieser Herstellungsmethode ist die hohe Flexibilität bei der Herstellung verschiedener chemischer Kompositionen für neue PhaseChangeMaterialien (PCM), die Integrierbarkeit der PhaseChangeMaterialien in Germanium-, Silizium- und Germaniumsiliziumtechnologie bei Verwendung von Mehrphasensystemen mit Ge- oder Silizium ohne Schädigung darunterliegender Bereiche, die geringe Leitfähigkeit der Oberflächenschicht außerhalb der segregierten Bereiche sowie (Fig. 5 c) die Möglichkeit, die Form und das Volumen des PhaseChangeMaterials durch eine entsprechende Verteilung des Mehrphasensystems in der Oberflächenschicht, durch die Strukturierung der Deckschicht sowie durch die Laserausheilparameter gezielt einzustellen. Es entfällt der top-down-Prozessierungsschritt zur Definition des PhaseChangeMaterials. Desweiteren wird das Schreibsignal zum Erreichen des High Resistance State (HRS) und des Low Resistance State (LRS) im  The advantage of this production method is the high flexibility in the preparation of various chemical compositions for new PhaseChange materials (PCM), the integrability of the PhaseChange materials in germanium, silicon and germanium silicon technology when using multi-phase systems with Ge or silicon without damage to underlying areas, the low conductivity of the surface layer outside the segregated regions and (Fig. 5 c) the ability to specifically adjust the shape and volume of the PhaseChangeMaterials by an appropriate distribution of the multi-phase system in the surface layer, by the structuring of the cover layer and by the Laserausheilparameter. It eliminates the top-down processing step to define the phase change material. Furthermore, the write signal is used to reach the High Resistance State (HRS) and the Low Resistance State (LRS) in the
PhaseChangeMaterial besser getrennt. Die Form des PhaseChangeMaterials bestimmt die Zahl der nichtflüchtig schreibbaren Zustände. Die Zahl der nichtflüchtigen Widerstandszustände steigt mit zunehmender Abweichung der Form des PhaseChangeMaterials von der Kugelform. PhaseChangeMaterial better separated. The shape of the PhaseChangeMaterial determines the number of non-volatile writable states. The number of nonvolatile resistive states increase with increasing deviation of the shape of the PhaseChange material from the spherical shape.
[0053] Der Vorteil dieser Herstellungsmethode bei der Herstellung von Trägermaterialien mit einem Netzwerk aus bioziden und biokompatiblen oder biophilen Bereichen ist die Übertragbarkeit auf beliebig geformte Trägermaterialien, die Integrierbarkeit für Trägermaterialien in die Silizium- und Germaniumtechnologie, die Strukturierung ausgewählter Bereiche in zwei- oder dreidimensionalen Trägermaterialien. Die Zellgröße ds des Netzwerkes kann vor der thermischen Behandlung durch die Auswahl der chemische Komposition des Mehrphasensystems (A,B) in der The advantage of this production method in the production of support materials with a network of biocidal and biocompatible or biophilic areas is the transferability to arbitrarily shaped support materials, the integrability for support materials in the silicon and germanium technology, the structuring of selected areas in two- or three-dimensional support materials. The cell size d s of the network can be determined before the thermal treatment by selecting the chemical composition of the multiphase system (A, B) in the
Oberflächenschicht (2m), der Dicke der Oberflächenschicht d0 der Surface layer (2m), the thickness of the surface layer d 0 of
Laserausheilparameter bestimmt werden. Nach der thermischen Behandlung kann durch lokale Wärmezufuhr in die elektrisch leitenden Zellwände des Netzwerkes aus biozidem Material (Β') das Überwachsen der Zellwände gesteuert werden, sowie durch lokale Energiezufuhr durch Lichtabsorption in den Netzzellen kann das Aufwachsen von Biomaterial in die Netzzellen gesteuert werden. Ein Vorteil ist, dass das Netzwerk großflächig und schnell herstellbar ist, ohne dass das darunterliegende Substrat (1 ) geschädigt wird.  Laser Ausheilparameter be determined. After the thermal treatment, the overgrowth of the cell walls can be controlled by local application of heat to the electrically conductive cell walls of the network of biocidal material (Β '), as well as by local energy supply by light absorption in the network cells, the growth of biomaterial can be controlled in the network cells. One advantage is that the network can be produced over a large area and quickly, without damaging the underlying substrate (1).
[0054] Der Vorteil dieser Herstellungsmethode bei der Herstellung von definierten SiGeC- Nanostrukturen zur Integration von Photonik in die Silizium-, Germanium- und Siliziumgermaniumtechnologie ist die Herstellbarkeit regelmäßig geformter Cluster mit neuartigen optischen und thermischen Eigenschaften. Durch die thermische Behandlung wird die chemische Komposition von SiGeC-Zwei- und  The advantage of this production method in the production of defined SiGeC nanostructures for the integration of photonics in the silicon, germanium and silicon germanium technology is the producibility of regularly shaped clusters with novel optical and thermal properties. By the thermal treatment, the chemical composition of SiGeC-two and
Mehrphasensystemen in Quantenschichten, Quantendrähten, Quantenpunkten und Quantenpyramiden lateral und vertikal geändert.  Multiphase systems in quantum layers, quantum wires, quantum dots and quantum pyramids changed laterally and vertically.
[0055] Der Vorteil dieser Herstellungsmethode bei der Herstellung von Trägermaterial für die Präparation von dünnen, lokal n- oder p-dotierten Kohlenstoffmaterialien  The advantage of this manufacturing method in the production of carrier material for the preparation of thin, locally n- or p-doped carbon materials
(beispielsweise Graphen, Graphit) durch Oberflächendotierung Verfahrens liegt darin begründet, dass die laterale Dotierprofilierung von dünnen Kohlenstoffmaterialien durch die Oberflächenschicht (2m') realisiert werden kann, dass dadurch die  (For example, graphene, graphite) by surface doping method is due to the fact that the lateral Dotierprofilierung of thin carbon materials through the surface layer (2m ') can be realized, thereby
Oberflächenschicht für die nachfolgende Herstellung mehrerer Kohlenstoffmaterialien verwendbar ist und dass die laterale Kompositionsvariation auf der Nanometer- und Mikrometerskale periodisch wiederholbar und damit hochskalierbar ist. Kurze Beschreibung der Abbildungen Surface layer is useful for the subsequent production of multiple carbon materials and that the lateral composition variation on the nanometer and micrometer scale is periodically repeatable and thus hochskalierbar. Brief description of the illustrations
[0056] Fig. 1 beschreibt die Herstellung funktionalisierter Festkörperoberflächen von  Fig. 1 describes the production of functionalized solid surfaces of
Metallen, Halbleitern und Isolatoren mit Nanostrukturen vor der thermischen  Metals, semiconductors and insulators with nanostructures before the thermal
Behandlung und nach der thermischen Behandlung (Fig. 1 a,b) und die Herstellung funktionalisierter Festkörperoberflächen mit Zwei- und Mehrstoffsystemen aus Metallen, Halbleitern und Isolatoren mit Fremdatomen, welche eine definierte chemische Komposition auf der Nanometer und Mikrometer-Längenskala aufweisen vor der thermischen Behandlung und nach der thermischen Behandlung (Fig. 1 c,d).  Treatment and after the thermal treatment (Figure 1 a, b) and the production of functionalized solid surfaces with bimetallic and multicomponent systems of metals, semiconductors and insulators with impurities, which have a defined chemical composition on the nanometer and micrometer length scale before the thermal treatment and after the thermal treatment (Fig. 1 c, d).
[0057] Fig. 2 a, b zeigt die Herstellung eines funktionalisierten Festkörpers mit definierten Nanostrukturen in einer Entfernung dt von der Probenoberfläche. Fig. 2 c,d,e) zeigt die Herstellung und Verwendung definierter SiGeC-Nanostrukturen zur Integration von Photonik in die Siliziumtechnologie. Fig. 2 a, b shows the preparation of a functionalized solid with defined nanostructures at a distance d t from the sample surface. Fig. 2 c, d, e) shows the preparation and use of defined SiGeC nanostructures for the integration of photonics in silicon technology.
[0058] Fig. 3 a,b,c 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  Fig. 3 a, b, c illustrates the production of a network of magnetizable nanoparticles in an electrically conductive or in an insulating layer of a semiconductor and its use for the spin-polarized scattering of
Ladungsträgern und zur Sortierung von spinpolarisierten Ladungsträgern in  Charge carriers and for the sorting of spin-polarized charge carriers in
Festkörpern aus Halbleitermaterial während eines Stromflusses zwischen strukturierten Kontakten. Fig. 3 d,e,f verdeutlicht die Herstellung eines Netzwerkes aus bioziden Nano- und Mikropartikeln in einer elektrisch leitenden oder in einer isolierenden Schicht eines biophilien Materials zur Erhöhung der Haftfähigkeit von Biomaterialien an Trägermaterialien.  Solids of semiconductor material during a current flow between structured contacts. Fig. 3 d, e, f illustrates the preparation of a network of biocidal nanoparticles and microparticles in an electrically conductive or in an insulating layer of a biophilic material to increase the adhesion of biomaterials to support materials.
[0059] Fig. 4 a,b zeigt die Herstellung und Verwendung eines Netzwerkes aus elektrisch polarisierbaren Nanopartikeln im Diffusionsgebiet von Solarzellen zur Sortierung von photogenerierten Ladungsträgern. Fig. 4 c,d,e zeigt die Herstellung eines funktionalisierten Festkörpers mit definierten Nanostrukturen für  4 a, b shows the production and use of a network of electrically polarizable nanoparticles in the diffusion region of solar cells for the sorting of photogenerated charge carriers. Fig. 4 c, d, e shows the preparation of a functionalized solid with defined nanostructures for
PhaseChangeMaterialien in einer isolierenden Matrix an der Probenoberfläche.  PhaseChange materials in an insulating matrix on the sample surface.
[0060] Fig. 5 a,b verdeutlicht die Herstellung von magnetischen, ferroelektrischen und  Fig. 5 a, b illustrates the production of magnetic, ferroelectric and
multiferroischen Clustern in der Schicht mit Fremdatomen mit Strukturanisotropie. Fig. 5 c,d zeigt die Modifizierung definierter SiGeC-Nanostrukturen zur Integration von Photonik in die Silizium- und Germaniumtechnologie.  multiferroic clusters in the impurity layer with structural anisotropy. Fig. 5 c, d shows the modification of defined SiGeC nanostructures for the integration of photonics in silicon and germanium technology.
[0061] Fig. 6 zeigt die Umverteilung von Komponenten einer oder mehrerer metallischer Mehrphasensysteme in der Oberflächenschicht (2) durch lokale thermische  Fig. 6 shows the redistribution of components of one or more metallic multiphase systems in the surface layer (2) by local thermal
Behandlung unter einem Prozessgas. [0062] Fig. 7 verdeutlicht die Möglichkeit der sukzessiven Ausführung der Abscheidung und thermischen Behandlung von Oberflächenschichten (2m') auf einem Substrat, um Bereiche mit unterschiedlichen Mischphasen (A, Α', B, B', C, C) zu präparieren. Treatment under a process gas. Fig. 7 illustrates the possibility of successively performing the deposition and thermal treatment of surface layers (2m ') on a substrate to prepare regions having different mixing phases (A, Α', B, B ', C, C).
[0063] Fig. 8 zeigt die Umverteilung von Fremdatomen in der Schicht durch lokale  Fig. 8 shows the redistribution of impurities in the layer by local
thermische Behandlung unter einem Prozessgas.  thermal treatment under a process gas.
Beschreibung der Erfindung  Description of the invention
[0064] Festkörper mit funktionalisierter Oberflächenschicht mit lokal auf der Nanometer- und Mikrometerskale variierenden lateral und vertikal verteilten Komponenten eines oder mehrerer Zwei- und Mehrphasensysteme nach einer partiellen Entmischung der Komponenten des Zwei- oder Mehrphasensystems durch thermischen Behandlung, wobei während einer einzigen thermischen Behandlung die laterale Durchmischung verschiedener Zwei- und Mehrphasensysteme kleiner als 500 nm ist und die maximale vertikale Durchmischung kleiner als 2000 nm ist.  Solid with functionalized surface layer with locally on the nanometer and micrometer scale varying laterally and vertically distributed components of one or more two- and multi-phase systems after a partial separation of the components of the two- or multi-phase system by thermal treatment, wherein during a single thermal treatment lateral mixing of different two- and multi-phase systems is less than 500 nm and the maximum vertical mixing is less than 2000 nm.
[0065] Festkörper mit funktionalisierter Oberflächenschicht einer maximalen Dicke kleiner als 2000 nm mit gezielt lokal inhomogen, durch thermische Behandlung in der Festkörperoberfläche umverteilten Fremdatomen, wobei die Löslichkeit der Fremdatome in der Festkörperoberfläche gering ist, d.h. kleiner als 1021 Fremdatome je cm3, und die Fremdatome lokal in hoher Konzentration vorliegen, d.h. im Bereich von 1 bis 30 at%. Solid with functionalized surface layer of a maximum thickness smaller than 2000 nm with targeted locally inhomogeneous, redistributed by thermal treatment in the solid surface foreign atoms, the solubility of the impurities in the solid surface is low, ie less than 10 21 foreign atoms per cm 3 , and the foreign atoms are locally present in high concentration, ie in the range of 1 to 30 at%.
[0066] Die laterale Durchmischung verschiedener Zwei- und Mehrphasensysteme ist kleiner als 100 nm ist, bevorzugt kleiner als 50 nm und besonders bevorzugt kleiner als 10 nm.  The lateral mixing of different two-phase and multi-phase systems is less than 100 nm, preferably less than 50 nm and particularly preferably less than 10 nm.
[0067] Nach dem Aufbringen der funktionalisierten Oberflächenschicht und dem thermischen Ausheilen dieser funktionalisierten Oberflächenschicht können weitere Zwei- und Mehrphasensysteme aufgebracht werden.  After application of the functionalized surface layer and the thermal annealing of this functionalized surface layer further two-phase and multi-phase systems can be applied.
[0068] Die Zwei- und Mehrphasensystembereiche oder die Oberflächenschicht (2) sind amorph, amorph-kristallin oder kristallin und bestehen aus mindestens einem Halbleitermaterial und/oder mindestens einem metallischen Material und/oder mindestens einem Isolatormaterial.  The two- and multi-phase system areas or the surface layer (2) are amorphous, amorphous-crystalline or crystalline and consist of at least one semiconductor material and / or at least one metallic material and / or at least one insulator material.
[0069] Die einstellbare Komposition oder Verteilung der Fremdatome oder Kompositionen der Zwei- und Mehrphasensystembereiche in der funktionalisierten Oberflächenschicht wird nach der thermischen Behandlung durch die Kombination der Gemische aus metallischem, halbleitendem und isolierendem Material vor der thermischen Behandlung begrenzt The settable composition or distribution of the impurities or compositions of the bicomponent and polyphase system regions in the functionalized surface layer becomes after the thermal treatment by the combination the mixtures of metallic, semiconducting and insulating material limited prior to the thermal treatment
[0070] Optional kann eine Deckschicht auf die Oberflächenschicht aufgebracht sein, wobei die Schmelztemperatur der Deckschicht 4 vorzugsweise höher als die Schmelztemperatur der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht 2 ist.  Optionally, a cover layer may be applied to the surface layer, wherein the melting temperature of the cover layer 4 is preferably higher than the melting temperature of the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer 2.
[0071] Die Komponenten des Zwei- und Mehrphasensystems oder der amorph, amorphkristallinen, oder kristallen Oberflächenschicht mit Fremdatomen kann bei bestimmtem Aufbringen der Oberflächenschichten eine Netzstruktur bilden.  The components of the two- and multi-phase system or the amorphous, amorphous crystalline, or crystalline surface layer with impurities may form a network structure upon certain application of the surface layers.
[0072] Dabei kann Netzstruktur aus bioziden Netzwänden und biophilen Netzzellen besteht.  In this case, network structure consists of biocidal network walls and biophilic network cells.
[0073] Die Herstellung des Festkörpers erfolgt mit folgenden Schritten:  The solid is produced by the following steps:
a. Nutzung eines Substrats 1 mit optionaler strukturierter Oberfläche, b. Herstellung oder Aufbringung aller nebeneinanderliegenden Bereiche der zu funktionalisierenden Oberflächenschicht aus amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Material 2, wobei die Bereiche aus unterschiedlichen Gemischen bestehen können und jedes Gemisch aus Halbleitermaterialien und/oder aus metallischen Materialien und/oder aus Isolatormaterialien mit einer maximalen Dicke d0 kleiner als 2000 nm auf dem Substrat und wobei die Gemische aus metallischem, halbleitendem und isolierendem Material mischbar oder nichtmischbar sein können oder die Schicht Fremdatome enthält und wobei die Löslichkeit der Fremdatome in der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht gering ist, d.h. kleiner als 1021 Fremdatome je cm3, und die Fremdatome in hoher Konzentration in der amorph, amorphkristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht vorliegen, d.h. im Bereich von 1 bis 30at%., a. Using a substrate 1 with optional structured surface, b. Production or application of all adjoining areas of the surface layer to be functionalized of amorphous, amorphous crystalline or crystalline material 2, wherein the areas may consist of different mixtures and any mixture of semiconductor materials and / or of metallic materials and / or of insulating materials with a maximum thickness d 0 less than 2000 nm on the substrate and wherein the mixtures of metallic, semiconducting and insulating material may be miscible or immiscible or the layer contains impurities and wherein the solubility of the impurities in the amorphous, amorphous crystalline or crystalline surface layer is low, ie smaller as 10 21 foreign atoms per cm 3 , and the foreign atoms are present in high concentration in the amorphous, amorphous crystalline or crystalline surface layer, ie in the range of 1 to 30at%.,
c. anschließende thermische Behandlung der Festkörperoberfläche zur gezielt lokal inhomogenen Umverteilung der Gemische oder Fremdatome aus metallischem, halbleitendem und isolierendem Material in der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht ohne oder mit Verwendung eines Prozessgases, wobei die zu funktionalisierende Oberflächenschicht aufgeschmolzen wird. [0074] Bei der eben beschriebenen Herstellung kann sich zwischen dem Substrat und der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht (2) mit Fremdatomen eine Grenzfläche (3) ausbildet. c. subsequent thermal treatment of the solid surface for targeted locally inhomogeneous redistribution of the mixtures or impurities of metallic, semiconducting and insulating material in the amorphous, amorphous crystalline or crystalline surface layer without or with the use of a process gas, wherein the functionalized surface layer is melted. In the preparation just described, an interface (3) can form between the substrate and the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer (2) with foreign atoms.
[0075] Optional kann vor der thermischen Behandlung eine Deckschicht aufgebracht sein, die nach der thermischen Behandlung zusammen mit der durchgehenden segregierten Bereiches an der Oberfläche der Oberflächenschicht 2' abgetragen werden kann.  Optionally, a cover layer can be applied before the thermal treatment, which can be removed after the thermal treatment together with the continuous segregated area on the surface of the surface layer 2 '.
[0076] Wird die Oberflächenschicht oder die amorph, amorph-kristalle oder kristalline Oberflächenschicht mit Fremdatomen durch Wachstum hergestellt, können lateral und vertikal homogen und/oder in Clustern verteilt werden.  If the surface layer or the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer is prepared by growth with foreign atoms, it can be distributed laterally and vertically homogeneously and / or in clusters.
[0077] Die amorph-amorph-kristalline Oberflächenschicht 2 kann aus mindestens einem Gemisch aus Halbleitermaterial und/oder aus metallischen Material und/oder aus Isolatormaterial oder einer Kombination dieser Gemische, wobei ein oder mehrere Getterbereiche 5 vor der thermischen Behandlung eingebracht sein können und wobei deren Schmelztemperatur höher als die Schmelztemperatur der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht 2 am Ort der Getterbereiche 5 ist.  The amorphous-amorphous-crystalline surface layer 2 can be made of at least one mixture of semiconductor material and / or of metallic material and / or of insulator material or a combination of these mixtures, wherein one or more getter regions 5 can be introduced before the thermal treatment and whose melting temperature is higher than the melting temperature of the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer 2 at the location of the getter regions 5.
[0078] Wird für die thermische Ausheilung ein Laser verwendet, so ist die eingetragene Energiedichte des verwendeten Laserlichts bei thermischer Behandlung von den Eigenschaften der amorph, amorph-kristallinen und/oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) bzw. der Oberflächenschicht (2) bestimmt und diese Energiedichte ist pro abgegebenem Laserpuls kleiner als 5 Jcm"2 ist und die Photonenenergie des verwendeten Laserlichts liegt oberhalb der Bandlücke des Halbleiters liegt If a laser is used for the thermal annealing, the registered energy density of the laser light used in thermal treatment of the properties of amorphous, amorphous crystalline and / or crystalline layer with impurities (2) or the surface layer (2) is determined and this energy density is less than 5 Jcm "2 per emitted laser pulse and the photon energy of the laser light used is above the band gap of the semiconductor
[0079] Die Rückseite des Substrats kann thermisch behandelt sein, um thermische Verspannungen zu reduzieren.  The backside of the substrate may be thermally treated to reduce thermal stresses.
[0080] Zur Erzeugung von kristallinen und oder amorphen Nanostrukturen kann ein oder mehrere Laser mit unterschiedlicher Wellenlänge lokal bei der thermischen Ausheilung verwendet werden,.  To produce crystalline and / or amorphous nanostructures, one or more lasers of different wavelengths may be used locally in the thermal anneal.
[0081] Der Festkörper kann als im Top-Down-Verfahren hergestelltes neuem PhaseChangeMaterial verwendet werden, wobei die Form des PhaseChangeMaterials zwischen sphärisch und pyrimdal-tropenfförmig variieren kann und wobei das PhaseChangeMaterial mit einer von der sphärischen Form abweichenden Form mehrere Widerständszustände hat. [0082] Der Festkörper kann als Netzwerk mit bioziden Komponenten (Β') in den Zellwänden und biophilen oder biokompatiblen Komponenten (Α') in den Netzwerkszellen zur Erhöhung der Haftfähigkeit von Biomaterialien am Trägermaterial verwendet werden, wobei die Netzgröße vergleichbar groß wie die das Biomaterial ist. The solid may be used as a new phase-change material prepared in the top-down process, wherein the shape of the phase-change material may vary between spherical and pyrimdal-tropic, and wherein the phase-change material having a shape deviating from the spherical shape has multiple resistance states. The solid can be used as a network with biocidal components (Β ') in the cell walls and biophilic or biocompatible components (Α') in the network cells to increase the adhesion of biomaterials to the support material, the mesh size being comparable to that of the biomaterial is.
[0083] Der so hergestellte Festkörper kann als optoelektronisches Bauelement mit Nanopyramiden, Quantenpunkten, Quantendrähten und Quantengräben aus SiGeC, SiGeSn und SiSnC verwendet werden, wobei die elektronische Bandlücke der Komposit-Nanostrukturen kleiner als die elektronische Bandlücke des umgebenden Wirtsmaterials ist und wobei das emittierte Licht durch Verwendung einer Getterschicht als Wellenleiter der Festkörper aus den Seitenkanten Licht oder senkrecht zur Oberfläche emittiert werden kann.  The solid thus produced may be used as an optoelectronic device comprising nanopyramids, quantum dots, quantum wells, and quantum wells of SiGeC, SiGeSn, and SiSnC, wherein the electronic band gap of the composite nanostructures is smaller than the electronic band gap of the surrounding host material and wherein the emitted light can be emitted from the side edges light or perpendicular to the surface by using a getter as a waveguide, the solid state.
[0084] Der erfindungsgemäße Festkörper kann als Trägermaterial für die Herstellung von dünnen, lokal n- oder p-dotierten Kohlenstoffmaterialien (beispielsweise Graphen, Graphit) durch Oberflächendotierung verwendet werden.  The solid according to the invention can be used as a carrier material for the production of thin, locally n- or p-doped carbon materials (for example graphene, graphite) by surface doping.
[0085] Eine weitere Verwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Festkörpers ist als Netzwerk 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 (6') und/ oder magnetisierbaren und/oder elektrisch polarisierbaren Leitungspfaden (6") bestehen.  Another possible use of the solid according to the invention is as a network for spin-polarized scattering of charge carriers in electrically conductive or insulating layers of a semiconductor material, or for sorting photogenerated charge carriers in the diffusion region of solar cells, the networks of magnetizable and / or electrically polarizable nanoparticles (6 ') and / or magnetizable and / or electrically polarizable line paths (6 ") exist.
[0086] Weiterhin kann der erfindungsgemäße Festkörper als optoelektronisches Bauelement mit ternären Nanopyramiden oder Quantenpunkten in Halbleiterheterostrukturen, vorzugsweise InGaAs in GaAs/AIAs oder SiGe in Si/Ge verwendet werden, wobei die Komponente der Heterostruktur mit der höheren Schmelztemperatur als Getterschicht dient.  Furthermore, the solid according to the invention can be used as an optoelectronic component with ternary nanopyramids or quantum dots in semiconductor heterostructures, preferably InGaAs in GaAs / AIAs or SiGe in Si / Ge, wherein the component of the heterostructure having the higher melting temperature serves as the getter layer.
[0087] Eine andere Verwendungsmöglichkeit ist als transparentes optoelektronisches Bauelement aus intrinsisch n-leitenden Oxiden, in denen die Löslichkeit akzeptorartiger Fremdatome in der flüssigen Phase während der thermischen Behandlung im Prozessgas extrem erhöht wird, so dass sich die akzeptorartigen Fremdatome nach dem Abkühlen auf Gitterplätzen des Festkörpers anordnen.  Another use is as a transparent optoelectronic device of intrinsically n-type oxides in which the solubility of acceptor-like impurities in the liquid phase during the thermal treatment in the process gas is extremely increased, so that the acceptor-like impurities after cooling on lattice sites of the Arrange solids.
[0088] Eine weitere Verwendungsmöglichkeit ist als Sensor für elektrische oder magnetische Felder, wobei der Festkörper in der Oberflächenschicht (2) ein Komposit mit anisotropen Clustern ist und wobei die anisotropen Cluster elektrisch polarisierbar und /oder magnetisierbar sind. Another possible use is as a sensor for electric or magnetic fields, wherein the solid in the surface layer (2) a Composite with anisotropic clusters and wherein the anisotropic clusters are electrically polarizable and / or magnetizable.
[0089] Weiterhin kann der Festkörper als gleichmäßige/regelmäßige Nanostrukturen verwendet werden, beispielsweise für die Nanoimprintlithographie, wobei die Nanostrukturen direkt als Masken genutzt werden können, oder chemisch spezifisch aus dem Festkörper herausgeätzt werden können und anschließend diese herausgeätzten Nanostrukturen mit anderen Materialien verfüllt werden.  Furthermore, the solid body can be used as uniform / regular nanostructures, for example for nanoimprint lithography, wherein the nanostructures can be used directly as masks, or can be chemically specifically etched out of the solid and subsequently these etched out nanostructures are filled with other materials.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele  Detailed description of the embodiments
[0090] Fig. 1 a,b) zeigt die Herstellung der funktionalisierten Festkörperoberflächen von Metallen, Halbleitern und Isolatoren mit Nanostrukturen vor der thermischen  Fig. 1 a, b) shows the preparation of the functionalized solid surfaces of metals, semiconductors and insulators with nanostructures before the thermal
Behandlung (2f) und nach der thermischen Behandlung (2f). Der Halbleiter kann zum Beispiel ein Elementhalbleiter (Ge, Si), ein Ill-V-Halbleiter (GaAs, GaP, GaN) oder ein Il-Vl-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 (2f) 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 (2f) 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 Treatment (2f) and after thermal treatment (2f). The semiconductor may be, for example, an element semiconductor (Ge, Si), an Ill-V semiconductor (GaAs, GaP, GaN) or an Il-Vl semiconductor (ZnTe, ZnO). The solid body comprises a substrate having a crystalline surface (1), on which an amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer with impurities is applied or prepared, wherein an interface layer (3) is formed between these two layers, and this can be structured. The thickness d 0 of the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer with impurities (2f) is less than 2000 nm, and the lateral and vertical of the clustered and non-patterned impurities in the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer is determined in the preparation. In the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer (2f) one or more getter regions (5) are introduced whose melting temperature is higher than the melting temperature of the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer. On the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer, a cover layer (4) is applied, whose
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  Melting temperature is higher than the melting temperature of the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer. After the thermal treatment, the lateral and vertical of the impurity in the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer (2 ') is changed. The thermal treatment leads to
Aufschmelzen der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht (2),  Melting the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer (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 vG, werden definierte Nanostrukturen (6') durch laterale und vertikale Umverteilung der Fremdatome hergestellt. Auf der aufgeschmolzenen Schicht mit Fremdatomen (2') kann durch die thermische preferably also to a melting of the boundary layer (3), particularly preferably also to a melting of the bordering on the interface crystalline surface of the substrate (2 ") .The total thickness of the molten layers (2 ') and (2") is d 0 '. Due to the thermal treatment, preferably under a process gas of velocity v G , defined nanostructures (6 ') are produced by lateral and vertical redistribution of the foreign atoms. On the molten layer with impurities (2 ') can be caused by the thermal
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 Treatment and the Schneepflugeffekt a layer with clustered foreign atoms (7) are formed. Both the cover layer with properties of a getter material (4) and the layer with clustered impurities can be after the thermal treatment by physical or chemical etching of the
Festkörperoberfläche abgelöst werden. Solid body surface are detached.
Fig. 1 c,d) beschreibt die Herstellung funktionalisierter Festkörperoberflächen mit Zwei- und Mehrstoffsystemen aus Metallen, Halbleitern und Isolatoren, welche eine definierte chemische Komposition auf der Nanometer und Mikrometer-Längenskala aufweisen vor der thermischen Behandlung (Fig. 1 c) und nach der thermischen Behandlung (Fig. 1 d). Das Mehrstoffsystem kann zum Beispiel SiGeC, GeSbTe, AIP, Ag-Cu-Mg sein. Der Festkörper umfasst ein Substrat mit einer kristallinen Oberfläche (1 k) oder mit amorpher Oberfläche (1 a), auf das eine amorph, amorph-kristalline oder kristalline Oberflächenschicht mit Zwei- oder Mehrphasensystemen (2) aufgebracht oder präpariert ist, wobei sich zwischen diesen beiden Schichten eine Grenzfläche (3) ausbildet, und diese strukturiert sein kann. Die Dicke d0 der amorph, amorphkristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht mit Zwei- oder Mehrphasensystemen (2) ist kleiner als 2000 nm und die laterale und vertikale Verteilung verschiedener Zwei- und Mehrphasensysteme in der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht (2) wird bei der Präparation bestimmt. In die amorph, amorphkristalline oder kristalline Oberflächenschicht (2) sind ein oder mehrere Fig. 1 c, d) describes the production of functionalized solid surfaces with bi- and Mehrstoffsystemen of metals, semiconductors and insulators, which have a defined chemical composition on the nanometer and micrometer length scale before the thermal treatment (Fig. 1 c) and after the thermal treatment (Fig. 1 d). The multi-substance system may be, for example, SiGeC, GeSbTe, AIP, Ag-Cu-Mg. The solid body comprises a substrate having a crystalline surface (1 k) or having an amorphous surface (1 a), on which an amorphous, amorphous crystalline or crystalline surface layer having two- or multiphase systems (2) is applied or prepared, between them two layers forms an interface (3), and this can be structured. The thickness d 0 of the amorphous, amorphous crystalline or crystalline surface layer with two or more phase systems (2) is less than 2000 nm and the lateral and vertical distribution of different two- and multi-phase systems in the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer (2) becomes of the preparation. In the amorphous, amorphous crystalline or crystalline surface layer (2) are one or more
Getterbereiche (5) eingebracht, deren Schmelztemperatur höher als die Getter areas (5) introduced, the melting temperature higher than the
Schmelztemperatur der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Melting temperature of amorphous, amorphous-crystalline or crystalline
Oberflächenschicht ist. Auf die amorph, amorph-kristalline oder kristalline Surface layer is. On the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline
Oberflächenschicht ist eine Deckschicht (4) aufgebracht, deren Schmelztemperatur höher als die Schmelztemperatur der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht (2) ist. Nach der thermischen Behandlung ist die laterale und vertikale Verteilung verschiedener Zwei- und Mehrphasensysteme in der amorphen, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht (2') geändert. Die thermische Behandlung führt zum Aufschmelzen der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht (2), vorzugsweise auch zu einem Aufschmelzen über die Grenzfläche (3) hinweg, besonders bevorzugt auch zu einem Aufschmelzen der an die Grenzfläche angrenzenden kristallinen oder amorphen Oberfläche des Substrates (1 ). Die Gesamtdicke der aufgeschmolzenen Schichten (2') und (2") wird mit d0' bezeichnet. Durch die thermische Behandlung, vorzugsweise unter einem Prozessgas, das sich mit einer Geschwindigkeit vG relativ zur Oberflächenschicht 2 bewegt, werden definierte Nano- und Mikrostrukturen aus Zwei- und Surface layer is applied a cover layer (4) whose melting temperature is higher than the melting temperature of the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer (2). After the thermal treatment, the lateral and vertical distribution of various two-phase and multi-phase systems in the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer (2 ') is changed. The thermal treatment leads to the melting of the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer (2), preferably also to a melting over the boundary surface (3), more preferably also to a melting of the boundary surface adjacent crystalline or amorphous surface of the substrate ( 1 ). The total thickness of the molten layers (2 ') and (2 ") is denoted d 0 ' by the thermal treatment, preferably under a process gas which is at a velocity v G relative to the surface layer 2 moved, defined nano- and microstructures of two and
Mehrphasensystemen B' durch laterale und vertikale Umverteilung der Zwei- und Mehrphasensysteme hergestellt. In die Tiefe der aufgeschmolzenen Multiphase systems B 'produced by lateral and vertical redistribution of the two- and multi-phase systems. In the depth of the melted
Oberflächenschicht (2') kann durch die thermische Behandlung und den Surface layer (2 ') can by the thermal treatment and the
Schneepflugeffekt für einzelne Komponenten des Zwei- und Mehrphasensystems eine Schicht mit einer sehr hohen Konzentration einer Komponente eines Zwei- und Mehrphasensystems (Β') gebildet werden. Sowohl die Deckschicht mit Eigenschaften eines Gettermaterials (4) als auch dem durchgehenden segregierten Bereich an der Oberfläche der Schicht 2' mit einer sehr hohen Konzentration einzelner Snow plowing effect for individual components of the two- and multi-phase system, a layer with a very high concentration of a component of a two- and multi-phase system (Β ') are formed. Both the cover layer with properties of a getter material (4) and the continuous segregated region on the surface of the layer 2 'with a very high concentration of individual
Komponenten einer Dicke dd, kann nach der thermischen Behandlung mittels physikalischer oder chemischer Ätzverfahren von der Oberfläche der Components of a thickness d d , after the thermal treatment by means of physical or chemical etching of the surface of the
Oberflächenschicht abgetragen werden. Surface layer to be removed.
Fig. 2 a,b) zeigt die Herstellung des Festkörpers mit definierten Nanostrukturen in einer Entfernung dt 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 (2f) 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 (2f) und die laterale und vertikale Umverteilung der Fremdatome in der Schicht mit Fremdatomen (2) nach der thermischen Behandlung (2f). Aufgrund des Fig. 2 a, b) shows the preparation of the solid with defined nanostructures at a distance d t from the sample surface. In the layer with foreign atoms (2) has a continuous getter area (5) is introduced. The interface (3) between the amorphous, amorphous crystalline and / or crystalline layer (2f) and the crystalline surface substrate (1) is structured. During the thermal treatment of the solid melts to a depth of d 0 'and recrystallized. During the recrystallization across the interface (3), the structures of the interface (3) influence the recrystallization rate in the impurity layer (2f) and the lateral and vertical redistribution of impurities in the impurity layer (2) after the thermal treatment (2f ). Due to the
Schneepflugeffektes wird ein großer Anteil der Fremdatome während der Snow plowing effect will be a large proportion of the foreign atoms during the
Rekristallisation der Schicht mit Fremdatomen immer in den flüssigen Bereich der Schicht mit Fremdatomen (2f) transportiert. Lateral kann der Transport von Recrystallization of the layer with impurities always transported in the liquid region of the layer with impurities (2f). Laterally, the transport of
Fremdatomen in der Schicht mit Fremdatomen (2f) unterschiedlich sein und es kann in der Schicht mit Fremdatomen (2f) Bereiche mit einer erhöhten Konzentration an Fremdatomen geben, welche an dem durchgehenden Getterbereich (5) in der Tiefe dt Bereiche mit geclusterten Fremdatomen (6') in der Schicht (2f) ausbilden. Die Form der Bereiche mit geclusterten Fremdatomen (6') ist hauptsächlich durch die Verteilung der Fremdatome in der Schicht (2f) vor der thermischen Behandlung, durch die Struktur der Grenzfläche (3) und durch die Entfernung dt und die Impurities may be different in the impurity layer (2f) and there may be areas with an increased concentration of foreign atoms in the impurity layer (2f) which is on the continuous Getterbereich (5) in the depth d of t areas with clustered impurity (6 ') in the layer (2f) form. The shape of the regions of clustered impurity atoms (6 ') is mainly due to the distribution of impurities in the layer (2f) before the thermal treatment, the structure of the interface (3) and the distance d t and
Eigenschaften des durchgehenden Gettermaterials sowie durch die Anisotropie der Rekristallisationsgeschwindigkeit in der Schicht mit Fremdatomen bestimmt. Lokal regelmäßig angeordnete Nanopyramiden in Halbleitern mit geclusterten Properties of the continuous getter material and determined by the anisotropy of the recrystallization rate in the layer with impurities. Locally regularly arranged nanopyramids in semiconductors with clustered ones
Fremdatomen werden für eine Aufschmelzrichtung entlang der (1 1 1 )- 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/AIAs-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 Foreign atoms are used for a melting direction along the (1 1 1) - Crystal orientation expected. Island-shaped nanostructures are expected for a melting direction along the (100) crystal orientation. The regular arrangement of the nanostructures is determined by the pattern of the boundary layer (3). As a continuous getter layer, the component of heterostructures, for example AlAs in GaAs / AIAs heterostructures and Si in Si / Ge heterostructures, can be used which has a higher melting point. There may be regular fluctuations in the distribution of the foreign atoms in the
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.  Solid state surface (InGaAs in GaAs, GeSi) can be prepared by complete thermal treatment without complete separation of the foreign atoms and the solid state material. Regularly formed clusters with novel optical, magnetic and transport properties can be produced. The thermal treatment changes the distribution of foreign atoms of high concentration and low solubility in quantum layers, quantum wires, quantum dots, and quantum pyramids laterally and vertically.
[0093] Fig. 2 c,d,e) zeigt die Herstellung und Verwendung definierter SiGeC-Nanostrukturen zur Integration von Photonik in die Silizium- und Germaniumtechnologie. Die  Fig. 2 c, d, e) shows the preparation and use of defined SiGeC nanostructures for the integration of photonics in silicon and germanium technology. The
Nanostrukturen können die Form von Quantenpunkten und Quantenpyramiden haben und werden in einer Entfernung dt von der Probenoberfläche gebildet. Dazu wird eine Oberflächenschicht (2m) mit lokal auf der Nanometer- und Mikrometerskale variierenden lateral und vertikal verteilten Komponenten eines Mehrphasensystems (A, B) in der funktionalisierten Oberflächenschicht auf ein vorzugsweise Nanostructures may take the form of quantum dots and quantum pyramids and are formed at a distance d t from the sample surface. For this purpose, a surface layer (2m) with locally on the nanometer and micrometer scale varying laterally and vertically distributed components of a multi-phase system (A, B) in the functionalized surface layer on a preferably
strukturiertes Substrat (1 ) aufgebracht. In die Oberflächenschicht (2m) ist in der Tiefe dt ein durchgehender Getterbereich (5) eingebracht. Der Getterbereich kann aus einer einzelnen durchgehenden Schicht oder aus mehreren, vorzugsweise zwei, durchgehenden Schichten einer Gesamtdicke dg der übereinanderliegenden structured substrate (1) applied. In the surface layer (2m) a continuous getter area (5) is introduced at the depth d t . The getter region may consist of a single continuous layer or of several, preferably two, continuous layers of a total thickness d g of the superposed layers
Getterschichten von vorzugsweise 5 bis 50 nm bestehen. Während der thermischen Behandlung schmilzt der Festkörper bis in eine Tiefe von d0' auf und rekristallisiert. Getter layers of preferably 5 to 50 nm exist. During the thermal treatment of the solid melts to a depth of d 0 'and recrystallized.
[0094] Während der Rekristallisation über die Grenzfläche (3) hinweg beeinflussen die  During recrystallization across the interface (3), the
Strukturen der Grenzfläche (3) und die Rekristallisationsgeschwindigkeit in der Oberflächenschicht (2m) die laterale und vertikale Umverteilung der Komponenten (Α', Β') des SiGeC-Mehrphasensystems. Aufgrund der Nichtmischbarkeit des SiGeC- Mehrphasensystems wird ein großer Anteil der Ge und C-Atome während der Rekristallisation der Oberflächenschicht immer in den flüssigen Bereich der  Structures of the interface (3) and the recrystallization rate in the surface layer (2m) the lateral and vertical redistribution of the components (Α ', Β') of the SiGeC multiphase system. Due to the immiscibility of the SiGeC multiphase system, a large proportion of the Ge and C atoms during the recrystallization of the surface layer is always in the liquid range of
Oberflächenschicht (2m') transportiert. Lateral kann der Transport von Ge und C Atomen unterschiedlich sein und es kann in der Oberflächenschicht (2m') Bereiche mit einem erhöhten Anteil an Ge und C Atomen geben, welche an dem durchgehenden Getterbereich (5) in der Tiefe dt Bereiche mit geclusterten Ge und C- reichen Mehrphasensystemen (Β') in einem Si-reichen Mehrphasensystem (Α') ausbilden. Die laterale und vertikale Ausdehnung der der Bereiche mit geclusterten Ge- und C-reichen Mehrphasensystemen (Β') ist hauptsächlich durch die laterale und vertikale Verteilung der Ge- und C-Atome in der Oberflächenschicht (2m) vor der thermischen Behandlung, durch die Struktur der Grenzfläche (3), durch die Surface layer (2m ') transported. Laterally, the transport of Ge and C atoms may be different and there may be areas in the surface layer (2m ') with an increased proportion of Ge and C atoms which form regions with clustered Ge and C-rich multiphase systems (Β ') in the Si-rich multiphase system (Α') at the continuous getter region (5) at depth d t . The lateral and vertical extent of the regions with clustered Ge and C-rich multiphase systems (Β ') is mainly due to the lateral and vertical distribution of the Ge and C atoms in the surface layer (2m) prior to thermal treatment, through the structure the interface (3) through which
Entfernung dt und die Eigenschaften des durchgehenden Getterbereichs (5) sowie durch die Anisotropie der Rekristallisationsgeschwindigkeit in der Oberflächenschicht bestimmt. Lokal regelmäßig angeordnete GeC-Nanopyramiden (Β') in SiC (Α') werden für eine Aufschmelzrichtung entlang der (1 1 1 )-Kristallorientierung erwartet. Inselförmige GeC-Nanostrukturen (Β') in SiC (Α') werden für eine Aufschmelzrichtung entlang der (100)-Kristallorientierung erwartet. Die regelmäßige Anordnung der Nanostrukturen wird durch die Struktur der Grenzschicht (3) bestimmt. Vor dem Aufbringen des Vorderseitenelektrode (S) wird die Deckschicht (4) zusammen mit den an sie angrenzenden durchgehende segregierte Bereichen (Β') physikalisch abgetragen. (Fig. 2 e). Distance d t and the properties of the continuous getter area (5) and determined by the anisotropy of the recrystallization rate in the surface layer. Locally arranged GeC nanopyramides (Β ') in SiC (Α') are expected for a melting direction along the (1 1 1) crystal orientation. Island-shaped GeC nanostructures (Β ') in SiC (Α') are expected for a melting direction along the (100) crystal orientation. The regular arrangement of the nanostructures is determined by the structure of the boundary layer (3). Before the front side electrode (S) is applied, the cover layer (4) is physically removed together with the continuous segregated regions (Β ') adjacent to it. (Fig. 2 e).
[0095] Als durchgehende Getterschicht (5) können Komponenten von Heterostrukturen, beispielsweise SiC in SiC/GeC-Heterostrukturen oder Si in Si/Ge-Heterostrukturen, verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie einen höheren Schmelzpunkt als die Oberflächenschicht (2m) aufweisen. Die Getterschicht (5) kann auch als Wellenleiter für das von den GeC-Nanostrukturen (Β'), welche in einer Tiefe dt gebildet wurden, emittierte Licht verwendet werden. In diesem Fall wird das emittierte Licht (21 ) bis zu den Enden des Wellenleiters transportiert. Außerdem kann das Material metallisiert werden. Desweiteren verursacht die Getterschicht (5) eine Bandverbiegung der angrenzenden Bereiche der Oberflächenschicht (2m'), so dass beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Vorderseitenelektrode (S) und die Rückseitenelektrode (O) Ladungsträger in die GeC-Nanostrukturen injiziert werden und dort strahlend rekombinieren. As a continuous getter layer (5), components of heterostructures, for example, SiC in SiC / GeC heterostructures or Si in Si / Ge heterostructures, may be used, provided that they have a higher melting point than the surface layer (2m). The getter layer (5) may also be used as a waveguide for the light emitted by the GeC nanostructures (Β ') formed at a depth d t . In this case, the emitted light (21) is transported to the ends of the waveguide. In addition, the material can be metallized. Furthermore, the getter layer (5) causes a band bending of the adjacent regions of the surface layer (2m '), so that upon application of an electrical voltage to the front-side electrode (S) and the back-side electrode (O) charge carriers are injected into the GeC nanostructures and radiantly recombine there ,
[0096] Es können regelmäßige Fluktuationen in der Verteilung der Komponenten des  There may be regular fluctuations in the distribution of the components of the
Mehrphasensystems (Α', Β') ohne komplette Entmischung der Mehrphasensysteme durch thermische Behandlung hergestellt werden.  Polyphase system (Α ', Β') can be produced without complete separation of the multiphase systems by thermal treatment.
[0097] Die laterale und vertikale Verteilung der Si-, Ge- und C-Atome in der  The lateral and vertical distribution of the Si, Ge and C atoms in the
Oberflächenschicht (2m) vor der thermischen Behandlung bestimmt die chemische Komposition der sich ausbildenden verschiedenen SiGeC-Phasen in der Surface layer (2m) before the thermal treatment determines the chemical Composition of the forming different SiGeC phases in the
Oberflächenschicht (2m') nach der thermischen Behandlung Surface layer (2m ') after the thermal treatment
Fig. 3 a,b,c) 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 Fig. 3 a, b, c) shows the production of a network consisting of magnetizable nanoparticles in the nodes of the network or of magnetizable nanoparticles in the nodes of the network and magnetizable
Leitungspfaden zwischen den Knotenpunkten des Netzwerkes oder aus Line paths between the nodes of the network or off
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 magnetizable conduction paths between the nodes of the network (6 ') in a good electrical or electrically poorly conducting layer of a semiconductor and its use for spin-polarized scattering of charge carriers and for sorting spin-polarized charge carriers in solids
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 Semiconductor material during a current flow between the structured contacts (15), wherein between the structured contacts at least one node of the network is located. The minimum distance of the structured contacts is
beispielsweise im Ge:Mn-System etwa 10 nm. Es wird eine Schicht mit magnetischen Fremdatomen (2f) 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 (2f") 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 (2f) freigelegt. Dann werden die for example in the Ge: Mn system about 10 nm. A layer with magnetic impurity atoms (2f) of a high concentration and a low solubility is produced. By the thermal treatment and by the structuring of the boundary layer (3), the magnetic impurities are redistributed and gassed on the cover layer with properties of a getter material (4). In addition, a continuous layer with clustered foreign atoms (6 ') can form on layer (2f "). Before the structured contacts (15) are applied, the network of magnetizable nanoparticles is chemically or physically etched the cover layer with properties of a getter material (4). and the layer of clustered impurities exposed on layer (2f)
ferromagnetischen oder paramagnetischen Nanopartikel durch ein externes ferromagnetic or paramagnetic nanoparticles through an external
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 Magnetic field B magnetized. Local external magnetic fields B in the region above the coercive field strength of the network can be generated by above and / or below flowing ring currents at a distance of a few nm from the network. An external magnetic field of 0.3 T is needed to complete the
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 (2f) in die eine Richtung des Netzwerkes senkrecht zur Richtung des Stromflusses und spin-down polarisierte Ladungsträger (9) in der Schicht (2f) 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 To change the magnetization direction in a network of the Ge: Mn system. The ring currents or possibly currents through the network can be used to write information. The current used between the structured contacts is used as read current. If the read current now flows through the network between the structured contacts (15) then spin-up polarized charge carriers (8) in the layer (2f) are propagated in one direction of the network perpendicular to the direction of the current flow and spin-down polarized charge carriers (9 ) in the layer (2f) in the opposite direction of the network perpendicular to Direction of the current flow is deflected by spin-dependent scattering in the network. After switching off the magnetic field occurs due to the Hall effect caused separation of negative and positive charge carriers perpendicular to
Stromflussrichtung nicht auf. Trotzdem wird eine Spannung Us gemessen, welche auf die Trennung von spin-up und spin-down polarisierten Ladungsträgern Current flow direction not on. Nevertheless, a voltage U s is measured, which depends on the separation of spin-up and spin-down polarized charge carriers
zurückzuführen ist. Die Größe der Spannung Us ist durch den Unterschied im chemischen Potential der spin-up und spin-down polarisierten Ladungsträger gegeben. is due. The magnitude of the voltage U s is given by the difference in the chemical potential of the spin-up and spin-down polarized charge carriers.
[0099] Fig. 3 d,e,f) zeigt die Herstellung eines Netzwerkes aus bioziden Nano- und  Fig. 3 d, e, f) shows the preparation of a network of biocidal nano- and
Mikropartikeln in den Wänden des Netzwerkes (Β') und aus biophilem oder biokompatiblem Material (Α') in den Netzwerkzellen zur Erhöhung der Haftfähigkeit von Biomaterialien an den Netzwerkzellen des Trägermaterials. Die Haftfähigkeit korreliert mit der Übereinstimmung zwischen Strukturgröße der biophilen oder biokompatiblen Oberflächenbereiche des Trägermaterials, d.h. mit der Größe der Netzwerkzellen. Es wird eine Oberflächenschicht (2m) mit lokal auf der Nanometer- und Mikrometerskale variierenden lateral und vertikal verteilten Komponenten eines Mehrphasensystems (A, B) in der Oberflächenschicht (2m) auf ein vorzugsweise strukturiertes Substrat (1 ) aufgebracht. Eine Dicke d0 der Oberflächenschicht von ca. 100 nm ist für die Nutzung als Trägermaterial für Biomaterialien ausreichend. Die Oberflächenschicht (2) besteht vorzugsweise für Verwendung als Trägermaterial für Biomaterialien aus einer Mischphase die Ag, Cu und/oder Mg enthält. Vorzugsweise sollte die Oberflächenschicht (2) dicker als 5 nm, besser dicker als 10 nm sein. Microparticles in the walls of the network (Β ') and of biophilic or biocompatible material (Α') in the network cells to increase the adhesion of biomaterials to the network cells of the support material. The adhesion correlates with the match between feature size of the biophilic or biocompatible surface areas of the support material, ie the size of the network cells. It is a surface layer (2m) with locally on the nanometer and micrometer scale varying laterally and vertically distributed components of a multi-phase system (A, B) in the surface layer (2m) applied to a preferably structured substrate (1). A thickness d 0 of the surface layer of about 100 nm is sufficient for use as a carrier material for biomaterials. The surface layer (2) preferably consists of a mixed phase containing Ag, Cu and / or Mg for use as a carrier material for biomaterials. Preferably, the surface layer (2) should be thicker than 5 nm, more preferably thicker than 10 nm.
[00100] Vorzugsweise sollte die Komposition des Mehrphasensystems (2m) durch das  Preferably, the composition of the polyphase system (2m) by the
Aufbringen und/oder durch Ionenimplantation verschiedener Mehrphasensysteme (A, B) so verändert werden, dass nur in den Bereichen der Zellwände das Ag-haltige, biozide Material und in den Bereichen der Netzwerkzellen das Cu, Mg-haltige, biophile Material durch thermische Behandlung segregiert. Vor der thermischen Behandlung wird eine Deckschicht (4) auf die Oberflächenschicht (2m) aufgebracht, wobei die Deckschicht eine höhere Schmelztemperatur als die Oberflächenschicht hat (Fig. 3 d)). Während der thermischen Behandlung wird das Mehrphasensystem entmischt und die bioziden Komponenten (Β') in den Zellwänden eines Netzwerkes und die biophilen oder biokompatiblen Komponenten (A) in den Netzwerkszellen gesammelt. Als biophiles Material kann auch einer oder mehrere der folgenden Komponenten C, H, O, N, P, S, Cl, I, Br, Ca, K, Na, V, Fe, Mn verwendet werden. [00101] Durch die Verwendung eines Netzwerkes mit bioziden Wänden, wird die Haftung der Biomaterialien auf den Bereich der Netzwerkzellen beschränkt. Dadurch gelingt die Separation der Biomaterialien in einzelnen Netzwerkzellen. Durch die Verwendung eines Netzwerks mit unterschiedlich großen Netzwerkzellen, können unterschiedlich große Biomaterialien in den einzelnen Netzwerkzellen angelagert werden. Applying and / or by ion implantation of different multiphase systems (A, B) are changed so that only in the areas of the cell walls, the Ag-containing, biocidal material and in the areas of the network cells, the Cu, Mg-containing, biophilic material segregated by thermal treatment , Before the thermal treatment, a cover layer (4) is applied to the surface layer (2m), the cover layer having a higher melting temperature than the surface layer (Figure 3 (d)). During the thermal treatment, the multiphase system is segregated and the biocidal components (Β ') in the cell walls of a network and the biophilic or biocompatible components (A) collected in the network cells. As biophilic material also one or more of the following components C, H, O, N, P, S, Cl, I, Br, Ca, K, Na, V, Fe, Mn can be used. By using a network with biocidal walls, the adhesion of the biomaterials to the area of the network cells is limited. This allows the separation of biomaterials in individual network cells. By using a network with different sized network cells, different sized biomaterials can be deposited in the individual network cells.
[00102] Gezeigt ist ein Schnitt durch eine Zellwand, welche in Fig. 3 d,e,f) fünf komplette  Shown is a section through a cell wall, which in Fig. 3 d, e, f) five complete
Zellen miteinander verknüpft. An den Knotenpunkten ist die Segregation des bioziden Materials (Β') besonders hoch und kann bis in eine Tiefe von maximal d0 reichen (Fig. 3 e). Bei der thermischen Behandlung wird vorzugsweise die Probe unter dem Laser hinweg bewegt (Probenscan). Ist das Netzwerk zweidimensional kann ein x-y-Tisch für den Probenscan verwendet werden. Ist die Probe dreidimensional kann ein x-y-z- Tisch für den Probenscan verwendet werden. Der Probenscan und die vom Scanort abhängigen Laserausheilparameter sind so korreliert, dass eine bestimmte Zellgröße eingestellt wird. Cells linked together. At the junctions, the segregation of the biocidal material (Β ') is particularly high and can reach a maximum depth of d 0 (Figure 3 e). In the thermal treatment, preferably the sample is moved under the laser (sample scan). If the network is two-dimensional, an xy table can be used for the sample scan. If the sample is three-dimensional, an xyz table can be used for the sample scan. The sample scan and the scan site dependent laser annealing parameters are correlated to set a particular cell size.
[00103] Fig. 4 a,b) zeigt die Herstellung eines Netzwerkes aus elektrisch polarisierbaren  Fig. 4 a, b) shows the preparation of a network of electrically polarizable
Nanopartikeln (6') im Diffusionsgebiet von Solarzellen zur Sortierung von  Nanoparticles (6 ') in the diffusion region of solar cells for the sorting of
photogenerierten Ladungsträgern. Die Dicke der Schicht, in der die photogenerierten Ladungsträger driften und Elektronen und Löcher getrennt werden beträgt dPV. Es wird eine Schicht mit Fremdatomen (2f) einer hohen Konzentration und geringen Löslichkeit, welche nach thermischer Behandlung ferroelektrische Cluster bilden, hergestellt. Die elektrisch polarisierbaren Nanopartikel sollen sich über den photogenerated charge carriers. The thickness of the layer in which the photogenerated charge carriers drift and electrons and holes are separated is d PV . A layer of impurities (2f) of high concentration and low solubility, which form ferroelectric clusters after thermal treatment, is prepared. The electrically polarizable nanoparticles are said to be accessible via the
Tiefenbereich d0' gleichverteilt bilden. Dies wird durch gleichverteilt in der Schicht (2f) eingebrachte Getterbereiche (6), durch die Verteilung der Fremdatome in der Schicht (2f) vor der thermischen Behandlung und/oder durch die Verwendung von Laserlicht verschiedener Wellenlänge und damit verschiedener Eindringtiefe und Form depth range d 0 'evenly distributed. This is achieved by getter regions (6) introduced in the same way in the layer (2f), by the distribution of the foreign atoms in the layer (2f) before the thermal treatment and / or by the use of laser light of different wavelengths and thus different penetration depths and
Aufschmelztiefe für die thermische Behandlung erreicht. Die Schicht (2f) 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 dpv und zum Aufbringen des Bottom-Kontaktes (Rückseitenkontakts) (11 ') erfolgt nach dem Entfernen der Deckschicht mit den Eigenschaften des  Melting depth achieved for the thermal treatment. The layer (2f) is to be exposed after the thermal treatment by chemical or physical etching of the cover layer with properties of a getter material (4) and the layer of clustered impurities (7). The metallization of the solar cell for applying the front contact (11) on the surface layer (12) with the thickness dpv and for applying the bottom contact (backside contact) (11 ') takes place after removing the cover layer with the properties of
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 Fig. 4 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 '). Getter material (4) as well as the layer with clustered foreign atoms (7). The electrically polarizable nanoparticles have a large anisotropy and are polarized by a single application of an electric field so that the photogenerated charge carriers drift in the region of the local electric fields of the electrically polarizable nanoparticles in the direction of the corresponding contact of the solar cell. In Fig. 4, electrons in the local electric fields in the diffusion region drift in the direction of the front contact (11) and holes in the local electric fields in the direction of the back contact (11 ').
[00104] Fig. 4 c,d,e) zeigt die Herstellung eines funktionalisierten Festkörpers mit definierten Nanostrukturen in einer isolierenden Matrix (Α') an der Probenoberfläche aus einer Oberflächenschicht (2m) mit lokal auf der Nanometer- und Mikrometerskale variierenden lateral und vertikal verteilten Komponenten eines Mehrphasensystems (A, B) in der funktionalisierten Oberflächenschicht vor (Fig. 4 c)), während und nach (Fig. 4 d,e) einer partiellen Entmischung der Komponenten des Mehrphasensystems durch thermische Behandlung. Vor dem Aufbringen der Oberflächenschicht (2m) wird auf das Substrat eine Rückseitenelektrode (O), beispielsweise in Form eines Streifengitters, beispielsweise als 1 μηη breite Aluminiumstreifen- oder Platinstreifen, aufgebracht (Fig. 4c). Der Schmelzpunkt des Mehrphasensystems (B) ist in dem Bereich über der Rückseitenelektrode (O) am geringsten. Die Oberflächenschicht wird nach der thermischen Ausheilung so strukturiert, dass die Bereiche (Β') oberhalb der Rückseitenelektrode am höchsten sind und ca. 10 bis 20 nm höher sind als die benachbarten Bereiche (Α'), vergleiche Fig. 4 d). Dabei kann der spezifische Materialabtrag beim physikalischen Ätzen genutzt werden. Danach wird eine transparente Deckschicht (4) mit einem Schmelzpunkt höher als der Schmelzpunkt der Oberflächenschicht (2) auf die Oberflächenschicht (2) aufgebracht und ein Laser über die gesamte Oberfläche oder nur punktuell oberhalb der Bereiche (Β') der Rückseitenelektrode (O) gerastert (Fig. 4 d)). Die Parameter der Laserstrahlung sind so eingestellt, dass die Komponenten des Mehrphasensystems im Bereich (Β') oberhalb der Rückseitenelektrode segregieren. In einem weiteren physikalischen Ätzprozess wird eine 10 bis 20 nm dicke Schicht von der Oberflächenschicht und des durchgehenden segregierten Bereichs abgetragen. Abschließend wird eine  Fig. 4 c, d, e) shows the preparation of a functionalized solid with defined nanostructures in an insulating matrix (Α ') on the sample surface of a surface layer (2m) with locally on the nanometer and micrometer scale varying laterally and vertically distributed components of a multiphase system (A, B) in the functionalized surface layer before (Fig. 4 c)), during and after (Fig. 4 d, e) of a partial separation of the components of the multiphase system by thermal treatment. Prior to the application of the surface layer (2m), a backside electrode (O), for example in the form of a strip grid, for example as a 1 μm wide aluminum strip or platinum strip, is applied to the substrate (FIG. 4c). The melting point of the multiphase system (B) is lowest in the area above the backside electrode (O). After the thermal annealing, the surface layer is structured such that the regions (Β ') above the backside electrode are highest and are about 10 to 20 nm higher than the adjacent regions (Α'), compare FIG. 4 d). In this case, the specific material removal during physical etching can be used. Thereafter, a transparent cover layer (4) having a melting point higher than the melting point of the surface layer (2) is applied to the surface layer (2) and a laser is scanned over the entire surface or only selectively above the regions (Β ') of the back surface electrode (O) (Fig. 4d)). The parameters of the laser radiation are adjusted so that the components of the multiphase system segregate in the region (Β ') above the backside electrode. In another physical etching process, a 10 to 20 nm thick layer is removed from the surface layer and the continuous segregated region. Finally, a
Vorderseitenelektrode (S), beispielsweise in Form eines Streifengitters,  Front side electrode (S), for example in the form of a strip grid,
beispielsweise als 1 μηη breite Aluminiumstreifen- oder Platinstreifen, welche um 90° gegenüber dem Streifengitter der Rückseitenelektrode (O) gedreht sind, aufgebracht.  For example, as 1 μηη wide aluminum strip or platinum strips, which are rotated by 90 ° relative to the strip grid of the back side electrode (O) applied.
[00105] Fig. 5 a,b) zeigt die Herstellung von magnetischen, ferroelektrischen und  Fig. 5 a, b) shows the production of magnetic, ferroelectric and
multiferroischen Clustern mit Strukturanisotropie (6') in der aufgeschmolzenen Schicht mit Fremdatomen nach der thermischen Behandlung (2f). Ausgangspunkt für diese Herstellung ist eine Schicht mit Fremdatomen (2f) mit sphärischen und/oder strukturanisotropen geclusterten Fremdatomen (6) in der Schicht mit Fremdatomen (2f) vor der thermischen Behandlung. Die Bildung sphärischer Cluster (6) bei der Herstellung der Schicht mit Fremdatomen (2f) 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 multiferroic clusters with structural anisotropy (6 ') in the molten layer with impurities after thermal treatment (2f). The starting point for this preparation is a layer of foreign atoms (2f) with spherical and / or structurally anisotropic clustered impurities (6) in the impurity layer (2f) prior to thermal treatment. The formation of spherical clusters (6) in the formation of the layer with foreign atoms (2f) is energetically most favorable. By means of a transducer (16), the solid body in the region of the spherical clusters is locally melted, for example by means of a mask, and then recrystallized again. In the production of clusters with structural anisotropy, the lateral and vertical heat conduction is used to provide lateral and vertical redistribution
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  To reach foreign atoms. The recrystallization heat delivered to the directly surrounding solid material leads to a delayed recrystallization in the region of the clusters. The clusters and the solid state material must have a
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 25x25 nm2 große Speicherzellen verwendet. have different density, so that in the liquid phase, the impurities can preferably redistribute normal to the solid surface. Transducers are already being used in heat assisted thermal writing for 25x25 nm 2 large memory cells.
[00106] Fig. 5 c, d) zeigt die Modifizierung definierter SiGeC-Nanostrukturen zur Integration von Photonik in die Silizium- und Germaniumtechnologie. Ausgangspunkt bilden bestehende GeC-Nanostrukturen, die sich in segregierten Bereichen der SiGeC- Schicht der Oberflächenschicht (2'), beispielsweise in Form von Quantenpunkten und Quantenpyramiden, ausbildeten. Durch weitere thermische Behandlung, beispielsweise mittels eines Transducer (16), werden die GeC-Nanostrukturen derart modifiziert, dass sie nach der Modifizierung anisotrope Eigenschaften besitzen. Solche anisotropen GeC-Nanostrukturen generieren durch Absorption von Licht Ladungsträger. Diese photogenerierten Ladungsträger können rekombinieren und das dabei ausgesendete Licht hat seinen Ausgangsort in den GeC-Nanostrukturen und wird vorzugsweise in Richtung senkrecht zur Oberflächenschicht emittiert. Die Wellenlänge des ausgesendeten Lichtes (21 ) hängt von der Anisotropie der GeC- Nanostrukturen, von strahlenden Rekombinationszentren und von der Position quantisierter Zustände auf der Energieskale in den GeC-Nanostrukturen ab.  Fig. 5 c, d) shows the modification of defined SiGeC nanostructures for the integration of photonics in the silicon and germanium technology. The starting point is formed by existing GeC nanostructures, which were formed in segregated areas of the SiGeC layer of the surface layer (2 '), for example in the form of quantum dots and quantum pyramids. Further thermal treatment, for example by means of a transducer (16), modifies the GeC nanostructures to have anisotropic properties after modification. Such anisotropic GeC nanostructures generate charge carriers by absorbing light. These photogenerated charge carriers can recombine and the light emitted thereby has its starting point in the GeC nanostructures and is preferably emitted in the direction perpendicular to the surface layer. The wavelength of the emitted light (21) depends on the anisotropy of the GeC nanostructures, on radiative recombination centers, and on the position of quantized states on the energy scale in the GeC nanostructures.
[00107] Als Rekombinationszentren können 3d-Übergangsmetallionen oder 4f-seltene  As recombination centers 3d transition metal ions or 4f-rare
Erdionen verwendet werden.  Earth ions are used.
[00108] Die Herstellung dieser anisotropen, optisch aktiven Nanostrukturen ist nicht nur auf SiGeC-Strukturen beschränkt. Weitere Mischphasensysteme können aus SiGeSn, SiSnC und GeSnC bestehen. [00109] Die sich bildenden Nanostrukturen und das Festkörpermaterial müssen eine unterschiedliche Dichte besitzen, damit sich in der flüssigen Phase die The preparation of these anisotropic, optically active nanostructures is not limited to SiGeC structures. Other mixed phase systems may consist of SiGeSn, SiSnC and GeSnC. The forming nanostructures and the solid state material must have a different density, so that in the liquid phase
Nanostrukturen relativ zum umgebenden Festkörpermaterial bewegen können.  Nanostructures can move relative to the surrounding solid state material.
[00110] Fig. 6 zeigt die Umverteilung von Komponenten einer oder mehrerer metallischer Mehrphasensysteme in der Oberflächenschicht (2m) durch lokale thermische Behandlung unter einem Prozessgas. Zur lokalen Absorption der Laserstrahlung können die lokal thermisch zu behandelnden Bereiche aufgeraut sein oder es kann mit Schatten- oder Lackmasken gearbeitet werden. Diese Bereiche sind mit 2ma bezeichnet. Die resultierende metallische Oberfläche weist Bereiche mit einer definierten lateralen Kompositionsvariation auf und kann als Trägermaterial für die Herstellung von dünnen, lokal n- oder p-dotierten Kohlenstoffmaterialien  FIG. 6 shows the redistribution of components of one or more metallic multiphase systems in the surface layer (2m) by local thermal treatment under a process gas. For local absorption of the laser radiation, the areas to be thermally treated locally may be roughened or shadow or resist masks may be used. These areas are labeled 2ma. The resulting metallic surface has regions of defined lateral composition variation and can be used as a substrate for the preparation of thin, locally n- or p-doped carbon materials
(beispielsweise Graphen, Graphit) durch Oberflächendotierung verwendet werden. Bei der Oberflächendotierung kommt es zu einem Elektronenaustausch zwischen Kohlenstoffschichten und einer Dotiersubstanz (in A, B, B' oder A' enthalten), die auf der Oberflächenschicht (2m') angelagert ist, auf weiche die Kohlenstoffmaterialien z.B. mittels CVD präpariert werden, siehe Fig. 6.  (For example, graphene, graphite) can be used by surface doping. Surface doping results in electron exchange between carbon layers and a dopant (contained in A, B, B 'or A') deposited on the surface layer (2m ') onto which the carbon materials, e.g. are prepared by CVD, see FIG. 6.
[00111] Fig. 7 verdeutlicht die Möglichkeit der sukzessiven Ausführung der Abscheidung und thermischen Behandlung von Oberflächenschichten (2m') auf einem Substrat, um Bereiche mit unterschiedlichen Mischphasen (A, Α', B, B', C, C) zu präparieren. Durch Wiederholung der in Fig. 6 gezeigten Prozessschritte können beispielsweise Bor-haltige Bereiche (A, A) in der Oberflächenschicht für die p-Dotierung und beispielsweise Stickstoff-haltige Bereiche (B, B') für die n-Dotierung von  Fig. 7 illustrates the possibility of successively performing the deposition and thermal treatment of surface layers (2m ') on a substrate to prepare regions having different mixed phases (A, Α', B, B ', C, C). By repeating the process steps shown in FIG. 6, for example, boron-containing regions (A, A) in the surface layer for the p-doping and, for example, nitrogen-containing regions (B, B ') for the n-doping of
Kohlenstoffmaterialien präpariert werden. Nach der Präparation der  Carbon materials are prepared. After the preparation of the
Kohlenstoffmaterialien werden diese von der Oberflächenschicht abgelöst und auf ein Siliziumsubstrat mit einer thermisch oder natürlich gewachsenen Siliziumdioxid- Deckschicht aufgebracht. Die Oberflächenschicht (2m') auf kristallinem (1 k) oder amorphen Substrat (1 a) kann flexibel sein.  Carbon materials, these are detached from the surface layer and applied to a silicon substrate with a thermally or naturally grown silicon dioxide cover layer. The surface layer (2m ') on crystalline (1 k) or amorphous substrate (1 a) may be flexible.
[00112] Desweiteren ermöglicht dieses Verfahren erstmalig die Oberflächendotierung n- und p-dotierter Bereiche in dünnen Kohlenstoffmaterialien.  Furthermore, this method for the first time enables the surface doping of n- and p-doped regions in thin carbon materials.
[00113] Fig. 8 zeigt die Umverteilung von Fremdatomen in der Schicht (2f) durch lokale  Fig. 8 shows the redistribution of impurities in the layer (2f) by local
thermische Behandlung unter einem Prozessgas, welches sich mit der  thermal treatment under a process gas, which coincides with the
Geschwindigkeit vG über die Oberfläche des Festkörpers, welcher auf einer Velocity v G over the surface of the solid, which on one
Prozessführung (17) gelagert ist, bewegt. Die Geschwindigkeit der Prozessführung vP ist vorzugsweise entgegengesetzt der Geschwindigkeit des Prozessgases vG 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 (|vG- vP|) zwischen dem Prozessgas vG und der Probenführung vP sowie der Durchfluss des Prozessgases, welcher die Dichte des Prozessgases pG bestimmt, sind Litigation process (17) is stored. The speed of the process control v P is preferably directed opposite to the speed of the process gas v G. The process gas (20), the solid and the sample guide (17) are in a process chamber (18) arranged. The local thermal treatment can take place via a transducer (16) and via an inlet window (19) in the process chamber (18) under a non-flowing and / or another flowing process gas. The static pressure of a non-flowing process gas should preferably be above the triple point of the solid. The relative velocity (| v G - v P |) between the process gas v G and the sample guide v P and the flow of the process gas which determines the density of the process gas p G are
vorzugsweise so zu wählen, dass der Staudruck PGX(2(|VG-Vp|))"2 oberhalb des preferably to be chosen so that the dynamic pressure PGX (2 (| V G -V p |)) "2 above the
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. Triple point of the solid lies. As the process gas, oxygen, nitrogen, helium, argon or a mixture or compound with these substances and other noble gases can be used. Preferably, an oxygen-containing process gas should be selected in oxidic solids or a nitrogen-containing process gas in nitridic solids. This reduces evaporation and ablation effects during the thermal treatment and reduces the magnitude of a possible stoichiometric imbalance on the surface of the solid after thermal treatment. The redistribution of the impurity atoms under a process gas is preferably used for the production of transparent conductive oxide layers on a flexible substrate in a roll-to-roll process. Thus, the solubility of the foreign atoms in the liquid phase of the solid (ZnO: P) and the removal (annealing) of intrinsic, electrically active defects (V 0 ) by thermal treatment under a process gas only possible.
Bezugszeichen reference numeral
1 Substrat (1 k - mit kristalliner Oberfläche, 1a - mit amorpher Oberfläche)1 substrate (1 k - with crystalline surface, 1a - with amorphous surface)
2 Schicht vor der thermischen Behandlung (2f mit Fremdatomen, 2m mit 2 layer before the thermal treatment (2f with impurities, 2m with
Mischphasen und ohne aufgeraute Oberfläche, 2ma mit Mischphasen und mit aufgerauten oder mit Schatten- bzw. Lackmasken abgedeckten Oberflächenbereichen)  Mixed phases and without roughened surface, 2ma with mixed phases and surface areas roughened or covered with shadow or resist masks)
2' aufgeschmolzene Schicht nach der thermischen Behandlung (2f mit  2 'melted layer after the thermal treatment (2f with
Fremdatomen, 2m' mit Mischphasen)  Foreign atoms, 2m 'with mixed phases)
2" aufgeschmolzene Schicht nach der thermischen Behandlung (2f" ohne  2 "melted layer after the thermal treatment (2f" without
Fremdatome, 2m" ohne Mischphasen)  Foreign atoms, 2m "without mixed phases)
3 Grenzfläche zwischen Substrat 1 und Schicht 2 4 Deckschicht mit Eigenschaften eines Gettermaterials 3 interface between substrate 1 and layer 2 4 cover layer with properties of a getter material
5 Getterbereiche in Schicht 2, 2'  5 getter areas in layer 2, 2 '
6 Bereiche mit geclusterten Fremdatomen in Schicht 2  6 areas with clustered impurities in layer 2
6' Bereiche mit geclusterten Fremdatomen in Schicht 2'  6 'Regions with clustered impurities in layer 2'
6" geclusterte, magnetisierbare Leitungspfade in Schicht 2'  6 "clustered, magnetizable conductive paths in layer 2 '
7 Schicht mit geclusterten Fremdatomen auf Schicht 2'  7 layer with clustered impurities on layer 2 '
8 Spin-up polarisierte Ladungsträger in Schicht 2'  8 spin-up polarized charge carriers in layer 2 '
9 Spin-down polarisierte Ladungsträger in Schicht 2'  9 spin-down polarized charge carriers in layer 2 '
10 intrinsische Defekte in Schicht mit Fremdatomen 2  10 intrinsic defects in the layer with foreign atoms 2
15 strukturierte Kontakte (0 Rückseitenelektrode, S Oberflächenelektrode) 15 structured contacts (0 backside electrode, S surface electrode)
16 Transducer 16 transducers
17 Probenführung mit Geschwindigkeit vP 17 Sampling with velocity v P
18 Prozesskammer  18 process chamber
19 Eintrittsfenster für Laserlicht  19 entrance window for laser light
20 Prozessgas mit Geschwindigkeit vG 20 process gas with velocity v G
21 emittiertes Licht  21 emitted light
d0 Dicke der Schicht 2 vor thermischer Behandlung d 0 thickness of layer 2 before thermal treatment
do' Dicke der aufgeschmolzenen Schichten 2' und 2" do 'thickness of the molten layers 2' and 2 "
dd Dicke eines durchgehenden segregierten Bereiches an der Oberfläche der d d Thickness of a continuous segregated area on the surface of the
Schicht 2', der vor weiterer Verwendung abgetragen werden muss  Layer 2 ', which must be removed before further use
dg Gesamtdicke der übereinanderliegender durchgehender Getterbereiche 5 d, dg total thickness of superimposed continuous getter areas 5 d,
mittlere Tiefe eines durchgehenden Getterbereiches 5  average depth of a continuous getter area 5
ds mittlerer Abstand von geclusterten Fremdatomen und von segregierten d s Mean distance from clustered impurities and segregated
Mischphasen  mixed phases
dd Dicke der durchgehenden segregierten Schicht an der Oberfläche von 2m' dpv Dicke der vorderen Oberflächenschicht 12 d d thickness of the continuous segregated layer on the surface of 2m dpv thickness of the front surface layer 12
B externes Magnetfeld 1 elektrischer Strom B external magnetic field 1 electric current
Ic Kapillarlänge im Vergleich zur Aufschmelztiefe d0'. Für lc<d0' dominieren Ic capillary length compared to the melting depth d 0 '. Dominate for l c <d 0 '
Oberflächenspannungseffekte.  Surface tension effects.
vG v G
Geschwindigkeit des Prozessgases  Speed of the process gas
vP v p
Geschwindigkeit der Probenführung  Speed of sample handling
Us Spannung senkrecht zur Richtung des Stromflusses in einem Netzwerk aus magnetisierbaren Nanopartikeln ohne externes Magnetfeld BU s Voltage perpendicular to the direction of current flow in a network of magnetizable nanoparticles without external magnetic field B
A, B, C, D A, B, C, D
Bereiche in 2m mit unterschiedlichen chemischen Kompositionen in den Mischphasen  Areas in 2m with different chemical compositions in the mixed phases
Α', B', C,  Α ', B', C,
Bereiche in 2m' mit unterschiedlichen chemischen Kompositionen in den D'  Areas in 2m 'with different chemical compositions in the D'
Mischphasen  mixed phases
zA', pA' zA ', pA'
zA' biozider Bereich Α', pA' biophiler oder biokompatibler Bereich A  zA 'biocidal area Α', pA 'biophilic or biocompatible area A
0  0
Rückseitenelektrode  Back electrode
S  S
Vorderseitenelektrode  Front side electrode
Δή  Δή
Höhenunterschied zwischen verschiedenen Mischphasen in 2m' nach einem physikalischem Ätzschritt  Height difference between different mixed phases in 2m 'after a physical etching step

Claims

Patentansprüche claims
1 . Festkörper mit funktionalisierter Oberflächenschicht mit lokal auf der Nanometer- und Mikrometerskale variierenden lateral und vertikal verteilten Komponenten eines oder mehrerer Zwei- und Mehrphasensysteme nach einer partiellen Entmischung der Komponenten des Zwei- oder Mehrphasensystems durch thermischen Behandlung, wobei während einer einzigen thermischen Behandlung die laterale Durchmischung verschiedener Zwei- und Mehrphasensysteme kleiner als 500 nm ist und die maximale vertikale Durchmischung kleiner als 2000 nm ist.  1 . Solid with functionalized surface layer with locally on the nanometer and micrometer scale varying laterally and vertically distributed components of one or more two- and multi-phase systems after a partial separation of the components of the two- or multi-phase system by thermal treatment, wherein during a single thermal treatment, the lateral mixing of different Two- and multi-phase systems is less than 500 nm and the maximum vertical mixing is less than 2000 nm.
2. Festkörper mit funktionalisierter Oberflächenschicht einer maximalen Dicke kleiner als 2000 nm mit gezielt lokal inhomogen, durch thermische Behandlung in der  2. Solid with functionalized surface layer of a maximum thickness smaller than 2000 nm with targeted locally inhomogeneous, by thermal treatment in the
Festkörperoberfläche umverteilten Fremdatomen, wobei die Löslichkeit der  Solid body surface redistributed impurities, the solubility of the
Fremdatome in der Festkörperoberfläche gering ist, d.h. kleiner als 1021 Fremdatome je cm3, und die Fremdatome lokal in hoher Konzentration vorliegen, d.h. im Bereich von 1 bis 30 at%. Foreign atoms in the solid surface is low, ie less than 10 21 foreign atoms per cm 3 , and the foreign atoms are present locally in high concentration, ie in the range of 1 to 30 at%.
3. Festkörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die laterale  3. Solid according to claim 1, characterized in that the lateral
Durchmischung verschiedener Zwei- und Mehrphasensysteme kleiner als 100 nm ist, bevorzugt kleiner als 50 nm und besonders bevorzugt kleiner als 10 nm ist.  Mixing of different two- and multi-phase systems is less than 100 nm, preferably less than 50 nm and more preferably less than 10 nm.
4. Festkörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wiederholt auf dem  4. Solid according to claim 1, characterized in that repeated on the
Festkörper mit funktionalisierter Oberflächenschicht weitere Zwei- und  Solid with functionalized surface layer more two- and
Mehrphasensysteme aufgebracht sind.  Polyphase systems are applied.
5. Festkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwei- und Mehrphasensystembereiche oder die Oberflächenschicht (2) amorph, amorph-kristallin oder kristallin sind und aus mindestens einem Halbleitermaterial und/oder mindestens einem metallischen Material und/oder mindestens einem Isolatormaterial bestehen. 5. Solid according to claim 1 or 2, characterized in that the two- and multi-phase system areas or the surface layer (2) are amorphous, amorphous-crystalline or crystalline and at least one semiconductor material and / or at least one metallic material and / or at least one insulator material consist.
6. Festkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbare Komposition oder Verteilung der Fremdatome der Zwei- und 6. Solid according to claim 1 or 2, characterized in that the adjustable composition or distribution of the impurities of the two and
Mehrphasensystembereiche nach der thermischen Behandlung durch die Kombination der Gemische aus metallischem, halbleitendem und isolierendem Material vor der thermischen Behandlung begrenzt wird.  Multiphase system areas after the thermal treatment is limited by the combination of the mixtures of metallic, semiconducting and insulating material before the thermal treatment.
7. Festkörper nach Anspruch 1 oder 2, dass eine Deckschicht 4 auf die  7. Solid according to claim 1 or 2, that a cover layer 4 on the
Oberflächenschicht aufgebracht ist, wobei die Schmelztemperatur der Deckschicht 4 vorzugsweise höher als die Schmelztemperatur der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht 2 ist. Surface layer is applied, wherein the melting temperature of the cover layer 4 is preferably higher than the melting temperature of the amorphous, amorphous-crystalline or crystalline surface layer 2.
8. Festkörper nach Anspruch 1 , oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten des Zwei- und Mehrphasensystems eine Netzstruktur bilden. 8. Solid according to claim 1 or 2, characterized in that the components of the two- and multi-phase system form a network structure.
9. Festkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzstruktur aus  9. solid according to claim 8, characterized in that the network structure
bioziden Netzwänden und biophilen Netzzellen besteht.  biocidal network walls and biophilic network cells.
10. Herstellung des Festkörpers gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit 10. Preparation of the solid according to one of the preceding claims, with
folgenden Schritten:  following steps:
Nutzung eines Substrats 1 mit optionaler strukturierter Oberfläche,  Use of a substrate 1 with optional structured surface,
Herstellung oder Aufbringung aller nebeneinanderliegenden Bereiche der zu funktionalisierenden Oberflächenschicht aus amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Material 2, wobei die Bereiche aus unterschiedlichen Gemischen bestehen können und jedes Gemisch aus Halbleitermaterialien und/oder aus metallischen Materialien und/oder aus Isolatormaterialien mit einer maximalen Dicke d0 kleiner als 2000 nm auf dem Substrat und wobei die Gemische aus metallischem, halbleitendem und isolierendem Material mischbar oder nichtmischbar sein können oder die Schicht Fremdatome enthält und wobei die Löslichkeit der Fremdatome in der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht gering ist, d.h. kleiner als 1021 Fremdatome je cm3, und die Fremdatome in hoher Konzentration in der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht vorliegen, d.h. im Bereich von 1 bis 30at%., anschließende thermische Behandlung der Festkörperoberfläche zur gezielt lokal inhomogenen Umverteilung der Gemische oder Fremdatome aus metallischem, halbleitendem und isolierendem Material in der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht ohne oder mit Verwendung eines Prozessgases, wobei die zu funktionalisierende Oberflächenschicht aufgeschmolzen wird. Production or application of all adjoining regions of the surface layer to be functionalized of amorphous, amorphous crystalline or crystalline material 2, wherein the regions may consist of different mixtures and any mixture of semiconductor materials and / or of metallic materials and / or of insulating materials with a maximum thickness d 0 less than 2000 nm on the substrate and wherein the mixtures of metallic, semiconducting and insulating material may be miscible or immiscible or the layer contains impurities and wherein the solubility of the impurities in the amorphous, amorphous crystalline or crystalline surface layer is low, ie smaller as 10 21 foreign atoms per cm 3 , and the foreign atoms in high concentration in the amorphous, amorphous crystalline or crystalline surface layer, ie in the range of 1 to 30at%., Subsequent thermal treatment of the solid surface for targeted locally inhom ogenen redistribution of the mixtures or impurities of metallic, semiconducting and insulating material in the amorphous, amorphous crystalline or crystalline surface layer without or with the use of a process gas, wherein the functionalized surface layer is melted.
1 1 . Herstellung nach Anspruch 10, wobei sich zwischen dem Substrat und der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Oberflächenschicht (2) mit Fremdatomen eine Grenzfläche (3) ausbildet.  1 1. Production according to claim 10, wherein an interface (3) is formed between the substrate and the amorphous, amorphous crystalline or crystalline surface layer (2) with foreign atoms.
12. Herstellung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor der thermischen Behandlung eine Deckschicht aufgebracht wird.  12. Production according to claim 10, characterized in that a cover layer is applied before the thermal treatment.
13. Herstellung nach Anspruch 12, nach der thermischen Behandlung die Deckschicht zusammen mit der durchgehenden segregierten Bereiches an der Oberfläche der Oberflächenschicht 2' abgetragen wird. 13. Preparation according to claim 12, after the thermal treatment, the cover layer is removed together with the continuous segregated area on the surface of the surface layer 2 '.
14. Herstellung des Festkörpers nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdatome während des Wachstums der amorph, amorph-kristallinen und/oder kristallinen Schicht mit Fremdatomen (2) lateral und vertikal homogen und/oder in Clustern verteilt werden. 14. Preparation of the solid according to claim 10, characterized in that the foreign atoms during the growth of amorphous, amorphous-crystalline and / or crystalline layer with impurities (2) are distributed laterally and vertically homogeneous and / or in clusters.
15. Herstellung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in die amorph-amorphkristalline Oberflächenschicht 2 aus mindestens einem Gemisch aus Halbleitermaterial und/oder aus metallischen Material und/oder aus Isolatormaterial oder einer  15. The preparation according to claim 10, characterized in that in the amorphous amorphous crystalline surface layer 2 of at least one mixture of semiconductor material and / or of metallic material and / or of insulating material or a
Kombination dieser Gemische ein oder mehrere Getterbereiche 5 vor der thermischen Behandlung eingebracht sind, wobei deren Schmelztemperatur höher als die  Combined these mixtures one or more getter areas 5 are introduced before the thermal treatment, wherein the melting temperature is higher than that
Schmelztemperatur der amorph, amorph-kristallinen oder kristallinen Schicht 2 am Ort der Getterbereiche 5 ist.  Melting temperature of the amorphous, amorphous crystalline or crystalline layer 2 at the location of the getter 5 is.
16. Herstellung des Festkörpers nach Anspruch 10, 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) bzw. der Oberflächenschicht (2) bestimmt wird und diese  16. Preparation of the solid according to claim 10, characterized in that the registered energy density of the laser light used in thermal treatment of the properties of the amorphous, amorphous crystalline and / or crystalline layer with impurities (2) or the surface layer (2) is determined and this
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 wird. Energy density of the laser used per delivered laser pulse is less than 5 Jcm "2 and the photon energy of the laser light used is above the band gap of the semiconductor and thereby the laser light is absorbed near the surface of the solid.
17. Herstellung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite des  17. Production according to claim 10, characterized in that the back of the
Substrats thermisch behandelt wird, um thermische Verspannungen zu reduzieren. Substrate is thermally treated to reduce thermal stress.
18. Herstellung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Laser mit 18. Preparation according to claim 10, characterized in that laser with
unterschiedlicher Wellenlänge lokal bei der thermischen Ausheilung verwendet werden, zur Erzeugung von kristallinen und oder amorphen Nanostrukturen.  of different wavelengths can be used locally in thermal annealing to produce crystalline and / or amorphous nanostructures.
19. Verwendung des Festkörpers gemäß der Ansprüche 1 bis 9 oder des Festkörpers, der nach einem der Ansprüche 10 bis 18 hergestellt ist, als im Top-Down-Verfahren hergestelltes neuem PhaseChangeMaterial, wobei die Form des 19. Use of the solid according to claims 1 to 9 or the solid produced according to any one of claims 10 to 18, as a top-down produced New PhaseChangeMaterial, wherein the shape of the
PhaseChangeMaterials zwischen sphärisch und pyrimdal-tropenfförmig variieren kann und wobei das PhaseChangeMaterial mit einer von der sphärischen Form  PhaseChangeMaterials can vary between spherical and pyrimdal-tropic, and wherein the PhaseChangeMaterial with one of the spherical shape
abweichenden Form mehrere Widerständszustände hat.  deviant form has several resistance states.
20. Verwendung des Festkörpers gemäß der Ansprüche 1 bis 9 oder des Festkörpers, der nach einem der Ansprüche 10 bis 18 hergestellt ist, als Netzwerk mit bioziden  20. Use of the solid according to claims 1 to 9 or the solid, which is prepared according to any one of claims 10 to 18, as a network with biocidal
Komponenten (Β') in den Zellwänden und biophilen oder biokompatiblen Komponenten (Α') in den Netzwerkszellen zur Erhöhung der Haftfähigkeit von Biomaterialien am Trägermaterial, wobei die Netzgröße vergleichbar groß wie die das Biomaterial ist.Components (Β ') in the cell walls and biophilic or biocompatible components (Α ') in the network cells to increase the adhesion of biomaterials on the support material, wherein the mesh size is comparable to that of the biomaterial.
Verwendung des Festkörpers gemäß der Ansprüche 1 bis 9 oder des Festkörpers, der nach einem der Ansprüche 10 bis 18 hergestellt ist, als optoelektronisches Use of the solid according to claims 1 to 9 or of the solid, which is produced according to one of claims 10 to 18, as optoelectronic
Bauelement mit Nanopyramiden, Quantenpunkten, Quantendrähten und Component with nanopyramids, quantum dots, quantum wires and
Quantengräben aus SiGeC, SiGeSn und SiSnC, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Bandlücke der Komposit-Nanostrukturen kleiner ist als die elektronische Bandlücke des umgebenden Wirtsmaterials und dass das emittierte Licht durch Verwendung einer Getterschicht als Wellenleiter der Festkörper aus den Seitenkanten Licht oder senkrecht zur Oberfläche emittiert werden kann. SiGeC, SiGeSn and SiSnC quantum wells, characterized in that the electronic band gap of the composite nanostructures is smaller than the electronic band gap of the surrounding host material and that the emitted light emits light or perpendicular to the surface from the side edges by using a getter layer as a waveguide can be.
Verwendung des Festkörpers gemäß der Ansprüche 1 bis 9 oder des Festkörpers, der nach einem der Ansprüche 10 bis 18 hergestellt ist, als Trägermaterial für die Herstellung von dünnen, lokal n- oder p-dotierten Kohlenstoffmaterialien  Use of the solid according to claims 1 to 9 or of the solid, which is produced according to one of claims 10 to 18, as a carrier material for the production of thin, locally n- or p-doped carbon materials
(beispielsweise Graphen, Graphit) durch Oberflächendotierung. (For example, graphene, graphite) by surface doping.
Verwendung des Festkörpers gemäß der Ansprüche 1 bis 9 oder des Festkörpers, der nach einem der Ansprüche 10 bis 18 hergestellt ist, als Netzwerk zur spinpolarisierten Streuung von Ladungsträgern in elektrisch-leitenden oder isolierenden Schichten eines Halbleitermaterials, oder zur Sortierung photogenerierter Ladungsträger im  Use of the solid according to claims 1 to 9 or the solid produced according to one of claims 10 to 18 as a network for spin-polarized scattering of charge carriers in electrically conductive or insulating layers of a semiconductor material, or for sorting photogenerated charge carriers in the
Diffusionsgebiet von Solarzellen, wobei die Netzwerke aus magnetisierbaren und/oder elektrisch polarisierbaren Nanopartikeln (6') und/ oder magnetisierbaren und/oder elektrisch polarisierbaren Leitungspfaden (6") bestehen. Diffusion region of solar cells, wherein the networks of magnetizable and / or electrically polarizable nanoparticles (6 ') and / or magnetizable and / or electrically polarizable conduction paths (6 ") exist.
Verwendung des Festkörpers gemäß der Ansprüche 1 bis 9 oder des Festkörpers, der nach einem der Ansprüche 10 bis 18 hergestellt ist, als optoelektronisches  Use of the solid according to claims 1 to 9 or of the solid, which is produced according to one of claims 10 to 18, as optoelectronic
Bauelement mit ternären Nanopyramiden oder Quantenpunkten in Component with ternary nanopyramids or quantum dots in
Halbleiterheterostrukturen, vorzugsweise InGaAs in GaAs/AIAs oder SiGe in Si/Ge, wobei die Komponente der Heterostruktur mit der höheren Schmelztemperatur als Getterschicht dient. Semiconductor heterostructures, preferably InGaAs in GaAs / AIAs or SiGe in Si / Ge, wherein the component of the heterostructure with the higher melting temperature serves as a getter layer.
Verwendung des Festkörpers gemäß der Ansprüche 1 bis 9 oder des Festkörpers, der nach einem der Ansprüche 10 bis 18 hergestellt ist, als transparentes  Use of the solid according to claims 1 to 9 or the solid produced according to any one of claims 10 to 18 as transparent
optoelektronisches Bauelement aus intrinsisch n-leitenden Oxiden, in denen die Löslichkeit akzeptorartiger Fremdatome in der flüssigen Phase während der thermischen Behandlung im Prozessgas extrem erhöht wird, so dass sich die akzeptorartigen Fremdatome nach dem Abkühlen auf Gitterplätzen des Festkörpers anordnen. Optoelectronic component of intrinsically n-type oxides in which the solubility of acceptor-like impurities in the liquid phase during the thermal treatment in the process gas is extremely increased, so that arrange the acceptor-like impurities after cooling on lattice sites of the solid.
26. Verwendung des Festkörpers gemäß der Ansprüche 1 bis 9 oder des Festkörpers, der nach einem der Ansprüche 10 bis 18 hergestellt ist, als Sensor für elektrische oder magnetische Felder, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörper in der 26. Use of the solid according to claims 1 to 9 or of the solid, which is produced according to one of claims 10 to 18, as a sensor for electric or magnetic fields, characterized in that the solid in the
Oberflächenschicht (2) ein Komposit mit anisotropen Clustern ist, wobei die anisotropen Cluster elektrisch polarisierbar und /oder magnetisierbar sind.  Surface layer (2) is a composite with anisotropic clusters, wherein the anisotropic clusters are electrically polarizable and / or magnetizable.
27. Verwendung des Festkörpers gemäß der Ansprüche 1 bis 9 oder des Festkörpers, der nach einem der Ansprüche 10 bis 18 hergestellt ist, als gleichmäßige/regelmäßige Nanostrukturen, beispielsweise für die Nanoimprintlithographie, wobei die  27. Use of the solid according to claims 1 to 9 or of the solid, which is produced according to one of claims 10 to 18, as uniform / regular nanostructures, for example for nanoimprint lithography, wherein the
Nanostrukturen direkt als Masken genutzt werden können, oder chemisch spezifisch aus dem Festkörper herausgeätzt werden können und anschließend diese  Nanostructures can be used directly as masks, or chemically be specifically etched out of the solid and then this
herausgeätzten Nanostrukturen mit anderen Materialien verfüllt werden.  etched out nanostructures filled with other materials.
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