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: Caroline Girmen

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

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 einem Silizium-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: Jan Kirschbaum

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.
Ansprechpartner: Dražen Radić

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: Felix Kipke

Optische Eigenschaften von Interkalationsmaterialien

Optische Modulatoren sind wichtige Bestandteile von Systemen integrierter Optik. Die optischen Eigenschaften der Modulatoren könnn 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: Marina Munoz-Castro

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 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: Jan Prüßing