Forschung in der Arbeitsgruppe Bracht

Thermische Leitfähigkeit in Silizium Nanostrukturen

Nanostrukturierung öffnet neue Wege für die Herstellung von Materialien mit verbesserten 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 Gitterausdehnung der auf den Silizium Proben aufgebrachten Goldschicht liefert dank numerischen Simulationen Informationen über die thermischen Eigenschaften der Nanostruktur. Für die Probenpräparation wird Sputtercoating benutzt und für weitere Untersuchungen Rasterkraft- sowie Rasterelektronenmikroskopie. Kooperationen mit den Universtitäten von Aarhus (Dänemark) und Braunschweig ermöglichen die Herstellung der Proben.

Ansprechpartner: Hartmut Bracht

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 in räumlich begrenzten 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 Dotieratome und der intrinsischen Eigenpunktdefekte ableiten lassen. Dieses Verständnis hilft geeignete Strategien für eine kontrollierte Diffusionsdotierung von nanoskaligen Halbleiterstrukturen zu entwickeln.

Ansprechpartner: Felix Kipke

Optische Eigenschaften von Interkalationsmaterialien

Optische Modulatoren sind wichtige Bestandteile von Systemen integrierter Optik. Die optischen Eigenschaften der Modulatoren können durch verschiedene physikalische Prozesse manipuliert werden. In elektrochromen Materialen kann das optische Verhalten durch eine Injektion von Ionen und Elektronen manipuliert werden. Durch ein angelegtes elektrisches Potenzial ändert sich die Zusammensetzung des Materials und damit seine optischen Eigenschaften. Dieser Mechanismus kann dazu verwendet werden, einen elektrisch steuerbaren optischen Modulator für photonische Anwendungen zu bauen. Als Modulatormaterial wird Vanadiumoxid (V2O5) verwendet, ein Kathodenmaterial aus der Lithium-Ionen Batterie Technik. Die V2O5 Schichtstruktur kann reversibel Lithium-Ionen auf- und wieder abgeben und ändert dadurch ihren optischen Brechungsindex.

Ansprechpartner: Felix Kipke

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 Measurements (SSRM) bieten eine spannende Gelegenheit, den lokalen Ausbreitungswiderstand und damit die elektrisch aktive 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.

Ansprechpartner: Tim Böckendorf

Strukturelle Untersuchungen an amorphen Halbleitern

Ionenimplantiertes amorphes Silizium wird hinsichtlich der ungeordneten Struktur untersucht. Dafür werden Fluktuationselektronenmikroskopie (FEM) Messungen an einem FEI Titan Themis G3 300 Transmissionselektronenmikroskop durchgeführt. FEM erlaubt es amorphe Materialien bezüglich ihrer medium range order (MRO) zu analysieren. Hierbei wird zunächst eine Vielzahl an Beugungsmustern an verschiedenen Stellen der Probe mit unterschiedlich großen Elektronenstrahlen aufgenommen. Diese werden im Anschluss ausgewertet um die Varianz zu erhalten, welche empfindlich auf MRO ist und damit teilweise Interpretationen der Struktur ermöglicht.

Struktur und Transporteigenschaften von amorphem Silizium und Germanium

Die Selbstdiffusion in isotopenmodulierten, amorphen Silizium- und Germanium-Schichtsystemen wird mithilfe von Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) untersucht. Die Proben werden mithilfe von Molekularstrahlepitaxie auf Silizium-on-Insulator bzw. Germanium-on-Insulator Wafer aufgewachsen und durch Ionenimplantation vollständig amorphisiert. Glühungen bei verschiedenen Temperaturen und Zeiten führen zu einer thermischen Verbreiterung der Isotopenschichten, aus der der Selbstdiffusionskoeffizient bestimmt wird. Großskalige Molekulardynamik Simulationen auf Grafikkarten liefern zusammen mit den experimentellen Ergebnissen Informationen über die atomare Struktur und Dynamik von amorphem Silizium und Germanium.

Ansprechpartner: Tim Böckendorf