Kurzfassung
Die Wechselwirkung piezoelektrischer Materialien auf der Nanoskala, die in der modernen Elektronik und Optoelektronik Anwendung findet, steht im Mittelpunkt der Untersuchung von Halbleiter-Heterostrukturen. In dieser Arbeit wird der piezoelektrische Einfluss auf Indiumarsenid (InAs)-Nanodrähte untersucht, die mit Hafniumzirkoniumoxid (HfZrO2)-Filmen beschichtet sind. Durch das Anlegen einer Spannung an die HfZrO2/InAs-Struktur und den Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit Modellvorhersagen soll das Verhalten des piezoelektrischen Effekts unter verschiedenen Bedingungen verstanden werden. Die Arbeit unterstreicht die Bedeutung von Nanodraht-Heterostrukturen, die für ihre Skalierbarkeit und Dehnungstoleranz bekannt sind und die bei der Schaffung neuer Heterostrukturen mit geringer Gitterfehlanpassung helfen. Die Finite-Elemente-Analyse (FEA), die auch die mehrschichtige piezoelektrische Probenstruktur auf Nanodrahtbasis einbezieht, ermöglicht eine quantitative Untersuchung der Spannungs-, Dehnungs- und Verschiebungsverteilung über die Probe bei verschiedenen angelegten Spannungen. Die Spannungs-, Dehnungs- und Verschiebungsfelder werden in einer Reihe von Simulationen vorhergesagt, bei denen die Auswirkungen der Fehlanpassungsdehnung und der angelegten Spannung berücksichtigt wurden. Die Ergebnisse zeigen, wie wichtig genaue Simulationen dieser Eigenschaften sind, um das Verhalten piezoelektrischer Materialien in der Praxis vorherzusagen.
The interaction of piezoelectric materials at the nanoscale, which has applications in modern electronics and optoelectronics, is the main focus of the study on semiconductor heterostructures. This work examines the piezoelectric impact on indium arsenide (InAs) nanowires coated by hafnium zirconium oxide (HfZrO2) films. By applying a voltage across the HfZrO2/InAs structure and comparing experimental results with model predictions, the research seeks to understand the behavior of the piezoelectric effect under different conditions. The work emphasizes the importance of nanowire heterostructures, which are well-known for their scalability and strain tolerance and which aid in the creation of new heterostructures with low lattice misfit. The finite element analysis (FEA) including the multi-layer nanowire-based piezoelectric sample structure, allows quantitative investigation of the stress, strain, and displacement distribution across the sample under different applied voltages. The stress, strain, and displacement fields are predicted in a number of simulations where the effects of misfit strain and applied voltage have been considered. The results highlight the importance of accurate simulations of these characteristics in order to predict real-world piezoelectric material behavior.