Grazing-incidence X-ray diffraction investigation of the coincidence site lattice of the Ge/Si(001) system

The Ge/Si(001) system has been analysed by grazing-incidence X-ray diffraction on a standard laboratory X-ray diffraction tool. A periodic array of interfacial edge dislocations forms a coincidence site lattice (CSL) which yields equidistantly spaced satellite peaks close to Bragg peaks of the Ge layer and Si substrate. The diffraction behaviour of the CSL was analysed using 2θ/φ scans along [100], [110] and [310] directions as well as azimuthal φ scans which revealed a 90° angular symmetry of the CSL. Additionally, different layer thicknesses, from 10 to 580 nm, were analysed, focusing on the dependence of layer thickness on the glancing angles of the satellite peaks. This method provides the ability to analyse whether or not epitaxially grown layers exhibit a periodic array of dislocations, and gain information about the orientation of the interfacial edge dislocations

Tungsten Nanoparticles Accelerate Polysulfides Conversion: A Viable Route toward Stable Room-Temperature Sodium–Sulfur Batteries

Room-temperature sodium–sulfur (RT Na–S) batteries are arousing great interest in recent years. Their practical applications, however, are hindered by several intrinsic problems, such as the sluggish kinetic, shuttle effect, and the incomplete conversion of sodium polysulfides (NaPSs). Here a sulfur host material that is based on tungsten nanoparticles embedded in nitrogen-doped graphene is reported. The incorporation of tungsten nanoparticles significantly accelerates the polysulfides conversion (especially the reduction of Na2S4 to Na2S, which contributes to 75% of the full capacity) and completely suppresses the shuttle effect, en route to a fully reversible reaction of NaPSs. With a host weight ratio of only 9.1% (about 3–6 times lower than that in recent reports), the cathode shows unprecedented electrochemical performances even at high sulfur mass loadings. The experimental findings, which are corroborated by the first-principles calculations, highlight the so far unexplored role of tungsten nanoparticles in sulfur hosts, thus pointing to a viable route toward stable Na–S batteries at room temperatures

Einfluss von Kohlenstoff-Deltaschichten auf die Defektausbreitung in der Germaniumepitaxie

Die monolithische Integration von Germanium in die Siliziumtechnologie ist ein hochaktuelles Forschungsthema, da auf diese Weise mehrere neue Anwendungsgebiete wie Optoelektronik, Quantencomputer und 2D-Materialien in der Nanoelektronik erschlossen werden können. Die Herausforderung ist hierbei das Wachstum von möglichst dünnen und defektarmen Germaniumschichten mit einem zur Siliziumtechnologie kompatiblen Prozess. Unter diesen Rahmenbedingungen wurde in der vorliegenden Dissertation ein Prozessablauf entwickelt, der auf dem Einsatz von Kohlenstoff-Deltaschichten als Defektfilter beruht. Durch einen zweistufigen Defektfilter konnte die Durchstoßversetzungsdichte in epitaktisch gewachsenen Germaniumschichten gegenüber ungefilterten Referenzproben um den Faktor 1,4 reduziert werden. Die entwickelten Defektfilterschichten basieren auf dem Prinzip der gitterfehlangepassten Überstrukturen. Die Gitterfehlanpassung entsteht durch eine Kohlenstoff-Deltaschicht, die beim Wachstum im Germanium vergraben wird. Kohlenstoff-Adatome zeigen auf Germaniumoberflächen eine thermodynamisch bevorzugte Bildung von Kohlenstoff-Clustern, die durch geringe Substrattemperaturen kinetisch gehemmt werden kann und in substitutionellem Einbau resultiert. Durch den Einbau wird die Germaniumüberstruktur verspannt, was mit Röntgenbeugung und Nano-Strahl-Elektronenbeugung nachgewiesen wurde. Derart verspannte Überstrukturen zeigten in temperaturabhängigen Analysen eine plastische Relaxation im Bereich 430 °C<T<500 °C. Mit in situ Heizexperimenten im Transmissionselektronenmikroskop konnte die plastische Relaxation über das Ausbilden eines Stufenversetzungssegments in der Kohlenstoff-Ebene live beobachtet werden. Einfache Defektfilterschichten zeigten in dieser Arbeit keinen Vorteil der Defektdichte gegenüber den ungefilterten Referenzproben, für mehrfache Defektfilterschichten wurde eine Reduktion festgestellt. Eine 1,1 µmd dicke Germaniumschicht mit zwei Filterstufen weist eine Defektdichte von 4x10^8 1/cm² auf. Die ungefilterte Referenzprobe gleicher Dicke weist eine um den Faktor 1,4 höhere Defektdichte auf. Durch Kohlenstoff-Deltaschichten verspannte Überstrukturen sind geeignet, um die Defektdichte in epitaktisch auf Si(001)-Substraten gewachsenen Germaniumschichten zu reduzieren. Derart hergestellte Schichten führen zu einer geringen thermischen Belastung und können mit geringer Schichtdicke gewachsen werden, wodurch sie für eine monolithische Integration in die Si-Technologie geeignet sind