Thermische Leitfähigkeit in Silizium Nanostrukturen

Nanostrukturierung öffnet neue Wege für die Herstellung von Materialien mit thermoelektrischen Eigenschaften. Die thermische Leitfähigkeit von modulierten isotopisch eingereicherten Silizium Strukturen wird mittels der Synchrotron Quelle in Grenoble (ESRF) mit einer zeitaufgelöste Röntgenstreuung Methode (time-resolved x-ray scattering, TRXS) untersucht. Die gemessene Gitterausdenung der auf den Silizium Proben aufgebrachten Goldschicht liefert dank numerischen Simulationen Informationen über die thermischen Eigenschaften der Nanostruktur. Für die Probenpräparation wird Sputter coating benutzt und für weitere Untersuchungen Rasterkraft- sowie Rasterelektronenmikroskopie. Kooperationen mit den Universtitäten von Aarhus (Dänemark) und Brauschnweig ermöglichen die Herstellung der Proben.
Ansprechpartnerin: Soizic Eon

Halbleiternanokristalle in Siliziumdioxidschichten

Halbleiternanokristalle in Siliziumdioxidschichten, die wir über ein zum Patent eingereichtes kostengünstiges Verfahren herstellen, sind für die Fertigung von skalierbaren, nichtflüchtigen Speicherbauelementen geeignet. Die Charakterisierung der nanostrukturierten Schichten erfolgt mit Hilfe der hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM). Die elektrischen Eigenschaften werden durch Strom-Spannungs- und Kapazitäts-Spannungs-Kurven (C-V) erfasst. Die Ausprägung der Germanium-Nanokristalle wird durch die thermische Prozessierung der Probe bestimmt. Die derzeitigen Arbeiten haben das Ziel, den Zusammenhang zwischen der Ausprägung der Nanopartikel und den elektrischen Eigenschaften zu klären, um die für Speicheranwendungen am besten geeignete nanostrukturierte Schicht zu identifizieren.
Ansprechpartner: Ansgar Donner

MD Simulation zur thermischen Leitfähigkeit in Si Nanostrukturen

Parallel zu den experimentellen Untersuchungen zur Wärmeleitfähigkeit isotopenangereicherter Silizium-Multischichtstrukturen werden Molekulardynamik Simulationen durchgeführt. Molekulardynamik ist eine rein klassische Computersimulation, die auf Lösung der Newtonschen Bewegungsgleichungen für ein Vielteilchensystem beruht. Mit Molekulardynamik ist es möglich die Dynamik der Atomkerne zu beschreiben und damit die Wärmeleitung in Silizium, weil diese im Temperaturbereich unter 900 K ausschließlich durch Gitterschwingungen erfolgt. Ziel der Simulationen ist es den Einfluss der Schichtdicke, der Schärfe der Grenzflächen und der Periodizität der Schichtfolge auf den Phonontransport zu verstehen. Darüberhinaus erfolgen Simulationen zum Studium des Wärmetransportes in Legierungen aus Silizium-Germanium im Vergleich zu Resultaten auf Basis der Boltzmannschen Transportgleichung.
Ansprechpartner: Rafael Frieling

Atomarer Transport in Silizium und Germanium

Die Diffusion von Eigen- und Dotieratomen in Silizium und Germanium Einkristallen wird unter verschiedensten Randbedingungen wie z.B. unter Protonenbestrahlung, extrinsischer Dotierung und/oder in Nanostrukturen untersucht. Hierzu werden Methoden wie Sekundärionen Massenspektrometrie (SIMS), 2-Punkt Ausbreitungswiderstandsmessung (SRP), Atomsonden Tomographie (APT) und Scanning Spreading Resistance (SSRM) genutzt. Es werden Diffusionsprofile erfasst mit deren Hilfe sich grundlegende Eigenschaften der Eigen- und Dotieratome aber auch der intrinsischen Eigenpunktdefekte ableiten lassen. Dieses Verständnis hilft geeignete Strategien für eine kontrollierte Diffusionsdotierung von Halbleitern für die nächste CMOS Generation zu entwickeln (CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor).
Ansprechpartner: Tobias Südkamp

Atomares Mischen in Silizium und Germanium durch Ionenimplantation

Die Dotierung von Halbleitern wie Silizium und Germanium erfolgt überwiegend durch Implantation des gewünschten Dotierstoffes und anschließender thermischer Behandlung zur Beseitigung der Implantationsschäden. Mit Hilfe von isotopenmodulierten Si und Ge Multischichtstrukturen untersuchen wir den Einfluss der Implantation auf die Vermischung der Matrixatome. Bisherige Modelle unterschätzen das Eigenatommischen während der Implantation und Versagen insbesondere die Vermischung von Si/Ge Grenzflächen durch Implantation korrekt vorherzusagen. Mit Hilfe von isotopenmodulierten Schichtstrukturen wird das Ionenstrahlmischen der Matrixatome erstmals experimentell zugänglich. Neben Experimenten werden Molekular Dynamik (MD) Simulationen durchgeführt, um die physikalischen Ursachen des atomaren Mischen zu verstehen. Die Simulationen werden auf eigens dafür konfigurierten Rechnern durchgeführt (GPGPU).
Ansprechpartner: Manuel Radek

Sheradisieren von Stahl

Das Diffusionsverzinken (Sherardisieren) von Stahl und Kupfer wird in Kooperation mit der Firma Impreglon durchgeführt. In Abgrenzung zu der verbreiteten Verzinkungstechnik des Schmelztauchverfahrens wird das Verzinkungsgut beim Sheradisierprozess zusammen mit Zink-Pulver unterhalb und oberhalb des Schmelzpunktes von Zink behandelt. Dabei sublimiert ein Teil des Zinks und führt mittels eines Gas-Festkörper-Diffusionsprozess zur Ausbildung und zum Wachstum zinkreicher Eisen- bzw. Kupfer-Zink-Phasen. Die Wachstumsparameter dieser Phasen werden als Funktion der Temperatur und der Zeit mit metallographischen Methoden und mit Hilfe von EDX (energy dispersive x-ray spectroscpy)-Messungen im Rasterelektronenmikroskop untersucht. Weitere wesentliche Untersuchungspunkte sind der Einfluss von Aktivatoren auf Schichtbildung und -wachstum sowie die Härte- und Korrosionseigenschaften der Schicht mit Hilfe von Nanoindenter, Potentiostat und der Rasterkraftmikroskopie.
Ansprechpartner: Thomas Kohne