Fachbereich 11 - Physik
Institut für Festkörpertheorie
Lehrstuhl Prof. Dr. T. Kuhn gemeinsam mit Prof. Dr. C. Falter und PD Dr. V.M. Axt

Nichtlineare Ladungsträgerdynamik bei hohen elektrischen Feldern

Bei genügend kleinen elektrischen Spannungen ist in den meisten Systemen der Strom proportional zur Spannung. Man spricht dann vom linearen Transport. Bei hohen Spannungen gilt in der Regel diese Proportionalität nicht mehr; der Transport wird nichtlinear. Besonders stark nichtlineares Verhalten tritt auf, wenn die Elektronen durch die angelegte Spannung so stark beschleunigt werden, dass sie weitere Elektronen aus gebundenen Zuständen herausschlagen können. Dieser Prozess der Stoßionisation kann zu einer lawinenartigen Zunahme des Stroms und damit zu einer extrem nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie führen. In diesem Bereich treten dann häufig Phänomene auf, wie sie auch in anderen Systemen der nichtlinearen Dynamik beobachtet werden: Der Strom fließt nicht mehr räumlich gleichmäßig durch das Bauelement sondern es bilden sich spontan räumliche oder raumzeitliche Muster. Thema des Forschungsprojekts ist die Modellierung des Ladungstransports in Mangan-dotierten Zinksulfid-Dünnschichtstrukturen, wie sie auch für flache Displays eingesetzt werden. Untersucht wird, ausgehend von den grundlegenden Halbleiter-Transportgleichungen, das Transportverhalten in diesen Halbleiterschichten im Bereich extrem hoher Feldstärken. Aus den Rechnungen ergibt sich, wie auch experimentell bekannt ist, in gewissen Bereichen der angelegten Wechselspannung ein Hysterese-Verhalten. Diese Hysterese-Verhalten hängt sehr empfindlich von einer Vielzahl von Materialparametern und insbesondere deren Feldabhängigkeit ab. Die Arbeiten erfolgen in enger Kollaboration mit dem Institut für Angewandte Physik, wo experimentelle Untersuchungen an diesem System durchgeführt werden.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. T. Kuhn, Dipl.-Phys. T. Raker gemeinsam mit Prof. Dr. H.-G. Purwins, PD Dr. F.-J. Niedernostheide, Dipl.-Phys. S. Zuccaro (Institut für Angewandte Physik, WWU Münster)

Veröffentlichungen:

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

Zuccaro, S., T. Raker, F.-J. Niedernostheide, T. Kuhn und 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)