Arbeitsgruppe Halbleiterchemie

Zur Professur Festkörperchemie/Materialwissenschaft gehört die Arbeitsgruppe Halbleiter­chemie (bisher geleitet von Dr. V. Gottschalch), deren Arbeitsmöglichkeiten in den letzten Jahren infolge der Rekonstruktion des Technikum-Analytikum-Gebäudes stark eingeschränkt waren. In der Bauphase konnten die ortsgebundenen MOVPE-Anlagen nicht betrieben werden. Die zahlreich ausgewiesenen Aktivitäten auf dem Gebiet der Halbleiterepitaxie werden aber derzeit wieder aufgenommen. Die Arbeitsgruppe Halbleiterchemie befasst sich mit der Halbleiterepitaxie durch MOVPE (metal organic vapour phase epitaxy).

Die Arbeiten des Arbeitskreises Halbleiterchemie konzentrierten sich bisher auf folgende Schwer­punkte bei der Materialsynthese von AIIIBV- und AIIBVI-Halbleitern mittels MOVPE:

  • Züchtung von Heterostrukturen mit einem aktiven bzw. spannungskompensierten Gebiet metastabiler kubischer (GaIn)(NAs)- und (BGaIn)As-Mischkristallschichten,
  • gezielte Beeinflussung der MOVPE-Wachstumsvorgänge von Laserstrukturen durch den Einsatz neuartiger und weniger toxischer Ausgangsverbindungen,
  • Ermittlung der Wachstumsvorgänge von ultradünnen isovalenten AIII‘BV-Halbleiterschichten,
  • Bildung von nativen und erzwungenen Ordnungserscheinungen in AIII‘BV-Halbleiter­schichtmaterial,
  • Studium der Wachstumsvorgänge von nadelförmigen Kristallen mit Heteroübergängen (in Nanometer-Dimension) und deren Charakterisierung,
  • Bildung von eindimensionalen Strukturen mittels Kombination von MOVPE und material­selektiver Ätztechnik.

Zum Studium der MOVPE-Wachstumsvorgänge werden die Kraftmikroskopie und die Doppelkristall-Diffraktometrie eingesetzt. Diese Methoden sind im Arbeitskreis vorhanden. In Kooperation mit der Abteilung Halbleiterphysik (Fakultät für Physik und Geowissenschaften) erfolgt die physikalische Charakterisierung des epitaktischen Materials mittels Photolumineszenz, Ellipsometrie und Rasterelektronenmikroskopie. Die strukturelle Charakterisierung des epitaktischen Materials erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Institut für Mineralogie, Kristallographie und Materialwissenschaft (IMKM, Fakultät für Chemie und Mineralogie). Die hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie ermöglicht die atomare Abbildung der Grenzflächen in Heterostrukturen (Abb. 1) und eine quantitative Abschätzung der chemischen Veränderungen in Nanostrukturen (Abb. 2). Solche Untersuchungen bilden die Grundlage für eine Diskussion möglicher Wachstumsvorgänge und deren Beeinflussung.

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In einem aktuellen Projekt sollen erstmals die Möglichkeiten der metallorganischen Gasphasendeposition (MOCVD) für die Synthese von CuI studiert und dessen Abscheidung in Form von kristallinen Filmen als auch von epitaktischen Schichten mit definierten physikalischen Eigenschaften erprobt werden. Dünne p-leitende CuI-Filme werden gegenwärtig intensiv hinsichtlich ihres Einsatzes in der Elektronik untersucht. Schwerpunkte der Züchtung sind die Beeinflussung der Vakanzenkonzentrationen durch Variation der Abscheidungsbedingungen. Neben der phasenreinen Abscheidung von polykristallinen Filmen sollen vor allem einkristalline Schichten und definierte Heteroübergänge bzw. p-n-Übergänge hergestellt werden. Der Materialkombination InAs/CuI/InAs/CuI kommt dabei infolge der zu erwartenden guten Gitteranpassung und möglicher Quantisierungseffekte dünner InAs-Schichten in CuI-Barrieren besondere Bedeutung zu.

Ein Schwerpunkt soll zukünftig auf die Abscheidung von Metalloxiden gelegt werden. Momentan erfolgen Versuche zur Deposition von nanostrukturiertem ZnGa2O4, welches vielfältiges Anwendungspotential in der Sensorik, Katalyse und als blaues Leuchtmittel hat. Ein weiteres Metalloxid, dessen Abscheidung durch MOCVD und MOVPE zurzeit untersucht wird, ist Hämatit (Fe2O3). Durch Dotierung soll die Leitfähigkeit dieses Materials erhöht werden, was Anwendungsmöglichkeiten in photokatalytischen Oxidationsreaktionen eröffnet.

Für die Gasphasenepitaxie steht folgende Ausstattung zur Verfügung:

– MOVPE-Reaktor AIX 200 (Aixtron)

– Normaldruck-MOVPE-Anlage (Eigenbau)

– Plasma-CVD-Anlage (Plasmalab 80, Oxford)

– Kraftmikroskop (Fa. Topometrix)

– Doppelkristalldiffraktometer (Fa. Bede)

– Fotolithographielabor

letzte Änderung: 21.02.2018

Halbleiterchemie

Dr. Volker Gottschalch
Technikum/Analytikum (TA)
Linnéstr. 3
04103 Leipzig

Telefon: +49 341 97-36206
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Dr. Oliver Kluge
Johannisallee 29
04103 Leipzig

Telefon: +49 341 97-36198
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Dr. Steffen Blaurock
Johannisallee 29
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Telefon: +49 341 97-36181
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