Research Topics:
- Ionenleitung in ein- und mehrphasigen Materialsystemen für maßgeschneidete Ionenleiter
- Halbleiternanostrukturen für photovoltaische Elemente, nichtflüchtige Speicher und Superkondensatoren
- Effizientes Defektmanagement für die nächste Generation der Halbleiter-Nanobauelemente
- Funktionale Schichten auf Metallen: Wachstumskinetik, Struktur und Eigenschaften
Ziel der wissenschaftlichen Arbeiten ist es, die makroskopischen
Eigenschaften (elektrische, thermische, mechanische,
und chemische Eigenschaften) von
funktionalen Materialien und insbesondere von funktionalen dünnen
Schichten mit der
Mikrostruktur und den Eigenschaften der
atomaren Defekte in Zusammenhang zu bringen. Derzeit untersuchen wir in
der Arbeitsgruppe
die Ausprägung von Dotierungsprofilen
im Silizium-Germanium Legierungssystem, die Ionen- und Matrixdynamik in
Dünnschichtsilikatgläsern,
die Bildung von Germanium
Nanokristallen in Siliziumdioxidschichten und die Interreaktion von
Nickel-Aluminium mit
Siliziumkarbid sowie die Interreaktion
von Zink mit Stahl und Kupfer.
Die Sekundärionen Massenspektrometrie (SIMS) und Neutronenreflektometrie (NR) werden als Methoden eingesetzt, um das Diffusionsprofil von Dotieratomen und Eigenatomen im Halbleitermaterial zu erfassen. Für die Untersuchung der Selbstdiffusion werden mit stabilen Isotopen angereicherte Halbleiterheterostrukturen verwendet. Experimente zur Diffusion werden sowohl im thermischen Gleichgewicht als auch unter Teilchenbestrahlung durchgeführt. Die Analyse der Diffusionsprofile erfolgt auf der Grundlage von kontinuumstheoretischen Simulationen von Diffusions- Reaktionsprozessen wobei die Relevanz der beteiligten Defekte durch atomistische Rechnungen (Dichtefunktionaltheorie) überprüft wird. Unsere Experimente liefern wichtige Informationen über die Natur, die Ladungszustände und den Wechselwirkungen von atomaren Defekten im Halbleiter. Dieses Verständnis hilft geeignete Strategien für eine kontrollierte Diffusionsdotierung von Halbleitern für die nächste CMOS Generation zu entwickeln (CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor). Dies wird z.B. durch unsere neusten Arbeiten zur Selbst- und Dotieratomdiffusion unter Bestrahlung belegt (siehe Ref. 121).
Elektrische Leitfähigkeitsmessungen, Radiotracerdiffusionsmessungen und SIMS werden durchgeführt, um die Ionen- und Matrixdynamik in ionenleitenden Dünnschicht-Silikatgläsern zu untersuchen. Die Gläser werden über ein Sol-Gel Verfahren hergestellt wobei auch Silizium-28 und Silizium-29 angereicherte Ausgangsstoffe verwendet werden. Die umfassende Untersuchung der Dynamik aller Komponenten in einem Glas als Funktion der Glaszusammensetzung liefert Zusammenhänge, die für das Verständnis der Beweglichkeit der Ionen und Netzwerkatome und schließlich für die Entwicklung maßgeschneideter Ionenleiter von zentraler Bedeutung sind.
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. Lokale elektrische C-V Messungen werden mit Hilfe eines Atomic Force Microscope (AFM) im Kontaktmodus durchgeführt. 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.
Die Interreaktion von Zink mit Stahl und Kupfer wird in Kooperation mit der Firma Bodycote untersucht. Durch diese Reaktion wird eine Korrosionsschutzschicht gebildet. Die entstehenden Phasen, deren Wachstumsparameter als Funktion der Temperatur und Zeit, sowie der Einfluss von Aktivatoren auf die Schichtbildung wird ebenso untersucht wie deren Härte und Korrosionsbeständigkeit.
Neuere Forschungsaktivitäten behandeln die bislang im Detail unverstandenen Vorgänge des atomaren Mischen in Materialien, das durch Ionenimplantation hervorgerufen wird und die Entwicklung neuartiger thermoelektrische Bauelemente auf der Grundlage von isotopenangereicherten Multischichtstrukturen.