Fachbereich 11 - Physik
Institut für Angewandte Physik
Nichtlineare Systeme und Strukturbildung (Prof. Dr. H.-G. Purwins)

Strukturbildung in Halbleiterbauelementen

Gegenstand der Forschung sind Selbstorganisationseffekte in zwei Halbleiterbauelementen: pnpn-Strukturen auf Siliziumbasis und mangandotierte ZnS:Mn-Schichten.

In thyristorähnlichen pnpn-Strukturen, die mit mehreren sog. Gates-Elektroden versehen sind, können an einem Gate bistabile Hochstromfronten gezündet werden, die sich dann über das gesamte Bauelement ausbreiten. Dieser Effekt wurde genutzt, um eine hardwaremäßige Realisierung eines Lernalgorithmus für neuronale Netze zu implementieren ("Kohonen-Algorithmus"). Die experimentellen Arbeiten, die den Aufbau eines künstlichen neuronalen Netzes aus analogen und digitalen elektronischen Bausteinen beinhalteten, wurden durch numerische Simulationen der Frontausbreitung in Thyristorstrukturen begleitet.

Dünne, mangandotierte Zinksulfid-Schichten emittieren bernsteingelbes Licht und finden daher Anwendung in Elektrolumineszenz-Displays. Unter geeigneten Bedingungen lassen sich in der Lichtverteilung quer zur Stromflußrichtung selbstorganisierte, dynamische Leuchtdichtemuster beobachten. Schwerpunkt der Untersuchungen in den letzten zwei Jahren war eine detaillierte Untersuchung der Energieniveaus in der Bandlücke des ZnS und die Entwicklung eines theoretischen Modells, um die lokale Dynamik des Mediums zu beschreiben. Hierzu wurde ein Gleichungssystem vorgeschlagen, das neben elektrischen Größen wie Elektronen, Löchern und elektrischem Feld auch die Temperatur und die Lichtemission berücksichtigt.

Ein Teil der untersuchten Halbleiterproben wurde in eigener Technologie hergestellt. Zum Einsatz kamen dabei Verfahren wie Elektronenstrahlverdampfung, Magnetron-Sputtering und Schiffchenverdampfung im Hochvakuum. In der Silizium-Technologie wurden Diffusions-, Oxidations- und Photolithographie-Prozesse durchgeführt.

Die Arbeiten erfolgten in Kooperation mit dem Institut für Festkörpertheorie der Universität Münster, der Infineon AG, des A.F. Ioffe Instituts der Russischen Akademie der Wissenschaften (St. Petersburg) und dem Institut für Halbleiterphysik der Akademie der Wissenschaften der Ukraine (Kiew).

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. Yu.A. Astrov, Dr. F.-J. Niedernostheide (Leiter), Prof. Dr. H.-G. Purwins, Dipl.-Phys. S. Zuccaro

Veröffentlichungen:

Zuccaro S., Th. Raker, F.-J. Niedernostheide, T. Kuhn, H.-G. Purwins: Physical processes in thin-film electroluminescent structures based on ZnS:Mn showing self-organized patterns, Chaos, Solitons and Fractals 17, 231 (2003)

Vlasenko, N.A., H.-G. Purwins, V.M. Popov, I.A. Gumenyuk, A.S. Klimenko, Y.A.F. Kononets, F.-J. Niedernostheide, L.I. Veligura, S. Zuccaro: Temperature Effect on Self-Organized Patterns and Characteristics of Bistable ZnS:Mn Thin-Film Structures, Physica Status Solidi A, 194, 237-243 (2002)

Raker, T., T. Kuhn, A. Kuligk, N. Fitzer, R. Redmer, S. Zuccaro, F.-J. Niedernostheide, H.-G. Purwins: High-field transport in AC thin film electroluminescent devices: Theory and experiment, Physica B, 314, 185-188 (2002)