© IMP Thermische Leitfähigkeit von isotopenmodulierten Halbleitern
Halbleiter sind für thermoelektrische Anwendungen die erste Wahl, da die freie Ladungsträgerkonzentration durch Dotierung einstellbar ist. Für eine breite Verwendung thermoelektrischer Bauelemente, die Wärme direkt in Strom umwandeln, ist es wichtig Rohstoffe zu verwenden, die unkritisch und häufig auf der Erde vorhanden sind. Dies und der bereits hohe Entwicklungsstand in der Herstellung elektronischer Bauelemente auf der Basis von Silizium (Si), legt nahe, Silizium für thermoelekrtische Bauelemente zu verwenden. Leider ist jedoch die Wärmeleitung von Silizium für thermoelektrische Anwendungen zu hoch und entsprechend der zu erwartende Wirkungsgrad eines Si-Thermomoduls sehr gering. Aus diesem Grund wird nach Möglichkeiten geforscht, die Wärmeleitung von Si zu verringern ohne möglichst die elektrische Leitfähigkeit zu beeinflussen. Dies wird jedoch mit den derzeitigen Verfahren der Zulegierung von Ge oder anderen Fremdatomen nicht erfüllt. Interessant, ist deshalb die Frage, in wie weit kann die Wärmeleitung von Silizium durch eine gezielte Isotopenmodulation verringert werden (Silizium besteht aus drei verschiedenen Isotopen: 30Si, 29Si, und 28Si). In unserem Forschungsvorhaben untersuchen wir die thermische Leitfähigkeit von isotopenmodulierten Si- (und auch Germanium) Schichtstrukturen mit einem Pump-Probe Verfahren. Dabei wird eine Gold-Schicht auf einer Si-Probe mit und ohne Isotopenschicht mit einem Laser erhitzt und die Abkühlung der Goldschicht als Funktion der Zeit über die Gitterkonstantenänderung erfasst (Pump-Beam: Laser; Probe-Beam: Synchrotronstrahl). Die Pump-Probe Experimente werden am ESRF in Grenoble durchgeführt. Die Präparation der Proben erfolgt in Münster.
© IMP Atomarer Transport in Halbleitern
In diesem Vorhaben geht es um die Frage der Mechanism des atomaren Transport in Halbleitern. Dabei interessiert uns insbesondere die Frage, in wie weit sich die Diffusion in Nanoobjekten von der Diffusion im Volumen von makroskopischen Halbleitern wie Si und Ge unterscheidet. Dazu werden aus isotopenmodulierten Halbleiterstrukturen z.B. Nanosäulen durch reaktives Ionenätzen hergestellt und diese für Diffusionsexperimente verwendet. Die Analyse der Isotopenverteilung in den Nanosäulen erfolgt anschließend mit SIMS und der Atomsonde. Die Beschreibung der Isotopenverteilung erfolgt auf der Grundlage von kontinuumstheoretischen Rechnungen, um aus dem Vergleich zwischen Experiment und Theorie die Modelle für den atomaren Transport in Nanoobjekten zu entwickeln. Die Präparaten der Nanosäulen wird in Kooperation mit der TU Braunschweig durchgeführt, da wir in Münster nicht über die Anlagen zum reaktiven Ionenätzen verfügen. SIMS wird in Münster und die Atomsondenmessungen werden an der Universität Marseille durchgeführt. Weiterhin sind REM, TEM und lokale elektrische Untersuchungen mit Hilfe eines AFM notwendig (Anlagen in Münster verfügbar). Die Simulationen erfolgen mit den im Arbeitskreis vorhanden Programmen und Rechnerkapazitäten.
© IMP Fluktuationselektronenmikroskopie an amorphen Halbleitern
Amorphe Silizium- und Germaniumproben werden mit einem FEI Titan Themis G3 300 Transmissionselektronenmikroskop hinsichtlich ihrer Medium Range Order (MRO) untersucht und miteinander verglichen. Hierfür wird die Methode der Fluktuationselektronenmikroskopie (FEM) angewandt, dabei wird eine Vielzahl an Beugungsmustern an verschiedenen Stellen der Probe mit einem sehr feinem Elektronenstrahl (FWHM ~ 2nm) aufgenommen und daraus die Varianz, die unter anderem von der Größe des Elektronenstrahls und der Dicke der Probe abhängt, errechnet.
Die Methode der FEM und die daraus ermittelte Varianz ist außerordentlich sensitiv auf die MRO eines Materials und gewährt in Kombination mit Simulationen neue Einblicke in die amorphe Struktur. Die Proben werden im Querschnitt vorbereitet, um die Halbleiterheterostruktur beizubehalten.
© IMP Scanning Spreading Resistance Messungen an Halbleitern
Die Analyse elektrisch aktiver Dotierstoffkonzentrationen in nanostrukturierten Halbleiterbauelementen ist eine große Herausforderung. Mit dem Rasterkraftmikroskop (AFM) ausgeführte scanning spreading resistance microscopy (SSRM) Analysen bieten eine spannende Gelegenheit, den lokalen Ausbreitungswiderstand und damit die Dotierstoffkonzentration im Halbleiter nanometergenau zu untersuchen. Hierbei spielen eine sensible Probenpräparation, ein möglichst guter elektrischer Kontakt zwischen AFM-Spitze und Probe sowie eine zuverlässige Kalibrierung der Widerstandsdaten eine entscheidene Rolle. Das Simulationsprogramm COMSOL multiphysics ermöglicht die Simulation der Messungen, um diese zuverlässig zu quantifizieren.