Ort: Hörsaal im LfI (Schneiderberg 32, Hannover, Deutschland)
Zeit: Mittwoch, den 26.10.05 um 17:30 - 18:30 + anschließendes Beisammensein
"Manipulation der atomaren Anordnung mit Epitaxie -
Ein Weg zur erweiterten Funktionalität von Halbleitermaterialien für nanoelektronische Anwendungen"
Eine Vielzahl von Materialien besitzt die Eigenschaft unter bestimmten Bedingungen in unterschiedlichen Strukturen zu kristallisieren (Polymorphie). Zu diesen Materialien zählen auch Halbleitermaterialien, wie Siliziumkarbid oder Silizium, für die eine eindimensionale Polymorphie (Polytypie) charakteristisch ist. Im Fall der Polytypie ist die Elementarzelle des Kristallgitters für die verschiedenen Modifikationen (Polytypen) in zwei Dimensionen identisch und unterscheidet sich nur in der dritten Dimension durch eine unterschiedliche Anzahl und Folge der atomaren Basiseinheiten. Trotz dieser nur geringfügigen Änderung der atomaren Anordnung besitzen die unterschiedlichen Polytypen oftmals sehr unterschiedliche elektrische Materialeigenschaften, wie Bandlücke, Bandstruktur, Dielektrizitätskonstante oder Durchbruchfeldstärke.
Die Motivation für die vorgestellten Arbeiten basiert auf der Idee, eine neue Art von Halbleiter-Heterostruktur aus nur einem Material in unterschiedlichen Modifikationen herzustellen, mit neuen herausragenden Eigenschaften. Auf diese Weise könnten Probleme im Zusammenhang mit unterschiedlichen Komponenten, die in herkömmlichen Heterostrukturen aus unterschiedlichen Materialien existieren, vermieden werde. Beispielsweise wären die Grenzflächen in solch einer Heterostruktur aus unterschiedlichen Polytypen nicht-polar, komplett gitterangepasst und kohärent. Dies könnte neben der reinen Verbesserung der Eigenschaften von Halbleiter-Bauelementen auch, bedingt durch eine neue Funktionalität, neue Anwendungsfel der für solche Strukturen erschließen, wie nanoelektronische Bauelemente.
Die Herstellung solcher Strukturen stellt aber eine besondere Herausforderung dar, da eine gezielte Änderung der Struktur die Einstellung definierter Bedingungen erforderlich macht, wie chemisches Potential oder Oberflächenenergie. Dies wird durch die Tatsache noch erschwert, dass sich in den verschiedenen Polytypen die Bindungen zu den nächsten und übernächsten Nachbarn nicht unterscheiden und damit die Unterschiede in der inneren Energie sehr gering sind. Die Bedingungen für die Stabilisierung nur einer bestimmten Kristallstruktur sind damit scharf eingegrenzt und damit schwer steuerbar. Eine gezielte Herstellung solcher Strukturen mit herkömmlichen Herstellungsverfahren, wie chemische Dampfphasen-Verfahren, Sputtern oder Lösungskristallisation, ist damit praktisch nicht möglich.
Definierte Bedingungen und eine Änderung dieser Bedingungen in einem weiten Bereich lassen sich jedoch mit der Methode der Molekularstrahlepitaxie realisieren. Diese Methode basiert auf dem geordneten Aufwachsen einer einkristallinen Schicht auf einem Substrat durch gerichtete Teilchenströme im Ultrahochvakuum.
Am Beispiel der Epitaxie von Heterostrukturen unterschiedlicher SiC-Polytypen und ersten Untersuchungen zur Strukturmodifikation im Silizium, werden Bedingungen für die Herstellung unterschiedlicher Strukturtypen vorgestellt und mögliche Anwendungen diskutiert.
Abb. 1. HRTEM-Querschnittsaufnahme einer Heterostruktur aus SiC-Polytypen (links); das elektronische Bandschema dieser Struktur (rechts) und Illustration der Kristallstruktur des 4H-Substrates (links unten)
Abb 2. HRTEM-Querschnittsaufnahme eines Si-Zwillingsübergitters mit 8-facher Periodizität (links) und Illustration einer Übergittersequenz (rechts)
