Strukturbildung in Halbleiterbauelementen

Gegenstand der Forschung sind selbstorganisierte Strukturen in der Stromdichte von pnpn-Thyristorstrukturen auf Siliziumbasis und in der Elektrolumineszenz von dünnen ZnS:Mn-Schichten.

In Thyristoren, die als bistabile Systeme betrachtet werden können, lassen sich durch Stromeinprägung an einem Gate Hochstromdomänen zünden, die sich lateral ausbreiten und schließlich die gesamte Fläche des Bauelementes in den leitenden Zustand versetzen. Dieser Mechanismus wird genutzt, um eine Hardware-Implementation des Kohonen-Algorithmus zu realisieren (siehe auch C8). Hierzu werden mehrere Gates auf der Thyristorstruktur hergestellt, die jeweils mit einem in Analogtechnik realisierten Neuron verbunden sind. Der Lernprozeß der Neuronen wird über die Frontausbreitung in der Thyristorstruktur gesteuert, und die Koordination des Gesamtsystems erfolgt durch einen Mikrocontroller.

In dünnen ZnS:Mn-Schichten, die zwischen zwei Isolatorschichten eingebettet sind und mit Wechselspannung getrieben werden, lassen sich bei geeigneten Schichteigenschaften und Treiberparametern dynamische Leuchtdichtemuster wie Spiralwellen, Zielscheibenmuster und solitäre, laufende Spots beobachten. Neben der phänomenologischen Charakterisierung dieser Erscheinungen in Abhängigkeit von Temperatur, Treiberspannung und Treiberfrequenz steht die Untersuchung von Störstellenverteilungen in der ZnS:Mn-Schicht im Vordergrund. Hierzu kommen Photo-Depolarisations-Spektroskopie zum Einsatz sowie klassische Verfahren wie die Messung der Emissions- und Photoluminezenz-Spektren. Eine Untersuchung der elektrischen Kennlinien erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Institut für Theoretische Physik II, wo ein Drift-Diffusions-Modell zur Simulation des Stromflusses in der ZnS:Mn-Schicht entwickelt wurde.

Es bestehen Kooperationen mit dem Institut für Theoretische Physik II der Universität Münster, dem Institut für Halbleiterphysik der Akademie der Wissenschaften der Ukraine (Kiev), der Infineon AG und dem A.F. Ioffe Institut, St. Petersburg.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgesellschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

Dipl.-Phys. J.-O. Freyd, PD Dr. F.-J. Niedernostheide (Leiter), Prof. Dr. H.-G. Purwins (Leiter), Dipl.-Phys. S. Zuccaro

Veröffentlichungen:

S. Zuccaro, F.-J. Niedernostheide, B. Kukuk, M. Strych, and H.-G. Purwins: Solitary current-density patterns in thin ZnS:Mn films, Phys. Rev. E 62 (1), 1284-1289 (2000)

N.A. Vlasenko, Z.L. Denisova, L.I. Veligura, S. Zuccaro, F.-J. Niedernostheide, and H.-G. Purwins: Energy levels of defects in electroluminescent ZnS:Mn thin films exhibiting hysteresis and self-organized patterns, J. Crystal Growth 214/215, 944-949 (2000)