Raster-Sonden-Mikroskop (AFM)

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 106290395

• Erstellungsjahr: 2012

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Raster-Sonden-Mikroskop Park XE-150 wurde in den ersten drei Jahren unter anderem für folgende Forschungsprojekte und Arbeiten genutzt: 1. Atomic Force Microscopy AFM der Oberflächenmorphologie und Rauigkeit von oxidischen Einkristallsubstraten für die Pulsed Laser Deposition von epitaktischen Oxidschichten und Heterostrukturen, insbesondere die Monolagen-Terassenausbildung auf ZnO und SrTiO3 in atomarer Sub-Nanometer Auflösung sowohl lateral als auch senkrecht zur Oberfläche. 2. AFM von vorwiegend oxidischen Dünnfilmoberflächen zur Untersuchung der züchtungsparameterabhängigen Oberflächenmorphologie, Kornausbildung und Droplethäufigkeit. 3. Oberflächenmorphologie und Kantenschärfe von ZnO Mikronadeln, auf ebenen Facetten und senkrecht zu den 60°-Kanten, und Korrelation mit optischen Fabry-Perotund Whispering-Gallery-Moden sowie Lasertätigkeit. 4. Piezo Force Microscopy von ferroelektrischen und multiferroischen Dünnfilmen (BaTiO3, BiFeO3 undotiert und dotiert) zur Untersuchung der Ausbildung ferroelektrischer Domänen und deren Polungszustände. 5. Scanning Capacitance Microscopy von p- und n-leitenden oxidischen Bauelemente- Strukturen aus neuartigen Materialkombinationen, wie zum Beispiel ZnCo2O4 als p-Leiter und ZnO als n-Leiter, sowie von polykristallinem Solarsilizium (Kooperation Q-Cells). 6. Scanning Spreading Resistance Microscopy von Dünnfilm- und Bulkoberflächen von neuartigen oxidischen Halbleitern und von Solarsilizium zur Prüfung der Homogenität der Oberflächenleitfähigkeit und Ladungsträgerkonzentration. 7. Magnetic Force Microscopy zur Abbildung magnetischer Domänen von halbleitenden magnetischen Oxidfilmen, wie ZnFe2O4, NiFe2O4 und CoFe2O4. 8. Verschiedene Servicemessungen für Kooperationspartner aus der Fakultät, aus der Universität und für externe akademische und industrielle Partner. Das Verständnis und die Kenntnis der genannten Materialeigenschaften auf einer atomaren Längenskala ermöglicht die Synthese neuartiger funktioneller Heterostrukturen. Die gelisteten Untersuchungen und Materialkombinationen stehen im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten im Sonderforschungsbereich 762 „Funktionalität Oxidischer Grenzflächen“, der Graduiertenschule „BuildMoNa“, in der DFG Forschergruppe 1616 „Dynamics and Interactions of Semiconductor Nanowires for Optoelectronics“ und den DFG Projekten „Oxidische Topologische Isolator-Dünnfilme – Darstellung und elektronische Eigenschaften“ und „Bose-Einstein-Kondensation von Exciton-Polaritonen bei Raumtemperatur“. Somit dient das Gerät in ganz wesentlichem Maße der Studenten- (B.Sc. und M.Sc. Physik und IPSP) und Doktorandenausbildung und wird überwiegend von diesem jungen Personenkreis genutzt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Dopant activation in homoepitaxial MgZnO:P thin films. J. Vac. Sci. Technol. B 27, 1604-1608 (2009)
  M. Brandt, H. von Wenckstern, Ch. Meinecke, T. Butz, H. Hochmuth, M. Lorenz, M. Grundmann
  
• ZnO-based metal-semiconductor field-effect transistors on glass substrates. Appl. Phys. Lett. 95, 153503 (3 pages) (2009)
  H. Frenzel, M. Lorenz, A. Lajn, H. von Wenckstern, G. Biehne, H. Hochmuth, M. Grundmann
  
• Homoepitaxial MgxZn1-xO (0 ≤ x ≤ 0.22) thin films grown by pulsed laser deposition. Thin Solid Films 518, 4623-4629 (2010)
  M. Lorenz, M. Brandt, M. Lange, G. Benndorf, H. von Wenckstern, D. Klimm, M. Grundmann
  
• Microscopic Mechanism of Specific Peptide Adhesion to Semiconductor Substrates. Angew. Chemie Int. Ed. 49, 9530-9533 (2010)
  M. Bachmann, K. Goede, A.G. Beck-Sickinger, M. Grundmann, A. Irbäck, W. Janke
  
• Mikroskopischer Mechanismus der spezifischen Adhäsion von Peptiden an Halbleitersubstraten. Angew. Chemie 122, 9721-9724 (2010)
  M. Bachmann, K. Goede, A.G. Beck-Sickinger, M. Grundmann, A. Irbäck, W. Janke
  
• Morphological, structural and electrical investigations on non-polar a-plane ZnO epilayers. J. Cryst. Growth 312, 2078-2082 (2010)
  S. Lautenschlaeger, S. Eisermann, M.N. Hofmann, U. Roemer, M. Pinnisch, A. Laufer, B.K. Meyer, H. von Wenckstern, A. Lajn, F. Schmidt, M. Grundmann, J. Blaesing, A. Krost
  
• Recent Progress on ZnO-Based Metal-Semiconductor Field-Effect Transistors and their Application in Transparent Integrated Circuits. Adv. Mater. 22, 5332-5349 (2010)
  H. Frenzel, A. Lajn, H. von Wenckstern, M. Lorenz, F. Schein, Zh. Zhang, M. Grundmann
  
• Shallow Donors and Compensation in Homoepitaxial ZnO Thin Films. J. Electr. Mat. 39, 595-600 (2010)
  A. Lajn, H. von Wenckstern, G. Benndorf, C.P. Dietrich, M. Brandt, G. Biehne, H. Hochmuth, M. Lorenz, M. Grundmann
  
• Ultrathin gate-contacts for MESFET devices: An alternative approach in transparent electronics. J. Appl. Phys. 107, 114515 (6 pages) (2010)
  H. Frenzel, A. Lajn, H. von Wenckstern, M. Grundmann
  
• ZnO-based MESFET Devices. Proc. Mat. Res. Soc. 1201, 1201-H01-01 (5 pages) (2010)
  M. Grundmann, H. Frenzel, A. Lajn, H. von Wenckstern, F. Schein, M. Lorenz
  
• Fresnoite Thin Films grown by Pulsed Laser Deposition: Photoluminescence and Laser Crystallization. CrystEngComm 13, 6377-6385 (2011)
  Alexander Müller, Michael Lorenz, Kerstin Brachwitz, Jörg Lenzner, Kai Mittwoch, Wolfgang Skorupa, Marius Grundmann, Thomas Höche
  
• Optical properties of BaTiO3/ZnO heterostructures under the effect of an applied bias. Thin Solid Films 519, 2933-2935 (2011)
  T. Böntgen, S. Schöche, R. Schmidt-Grund, C. Sturm, M. Brandt, H. Hochmuth, M. Lorenz, M. Grundmann
  
• Oxide thin film heterostructures on large area, with flexible doping, low dislocation density and abrupt interfaces - grown by Pulsed Laser Deposition. Laser Chemistry 2011, 140976 (27 pages) (Hindawi, New York, 2011)
  Michael Lorenz, Holger Hochmuth, Christoph Grüner, Helena Hilmer, Alexander Lajn, Daniel Spemann, Matthias Brandt, Jan Zippel, Rüdiger Schmidt-Grund, Holger von Wenckstern, Marius Grundmann
  
• Semiconducting oxide heterostructures. Semic. Sci. Technol. 26, 014040 (2011)
  M. Brandt, H. von Wenckstern, M. Stölzel, H. Hochmuth, M. Lorenz, M. Grundmann
  
• Ballistic propagation of exciton-polariton condensates in a ZnO-based microcavity. New J. Phys. 14, 013037 (12 pages) (2012)
  Helena Franke, Chris Sturm, Rüdiger Schmidt-Grund, Gerald Wagner, Marius Grundmann
  
• Design rules of (Mg,Zn)O-based thin-film transistors with high-κ WO3 dielectric gates. Appl. Phys. Lett. 101, 183502 (4 pages) (2012)
  M. Lorenz, A. Reinhardt, H. von Wenckstern, M. Grundmann
  
• Exchange bias and magnetoelectric coupling effects in ZnFe2O4-BaTiO3 composite thin films. CrystEngComm 14, 6477-6486 (2012)
  Michael Lorenz, Michael Ziese, Gerald Wagner, Jörg Lenzner, Christian Kranert, Kerstin Brachwitz, Holger Hochmuth, Pablo Esquinazi, Marius Grundmann
  
• Metal-semiconductor field-effect transistors and integrated circuits based on ZnO and related oxides. Handbook of Zinc Oxide and Related Materials, Vol. 2 Devices and Nano-Engineering, Z.C. Feng, ed. (Taylor and Francis/CRC Press, Florida, USA, 2012), ISBN 978-1439855744
  Heiko Frenzel, Michael Lorenz, Friedrich-L. Schein, Alexander Lajn, Fabian J. Klüpfel, Tobias Diez, Holger von Wenckstern, Marius Grundmann
  
• Persistent layer-by-layer growth for pulsed-laser homoepitaxy of (000-1) ZnO. phys. stat. sol. RRL, 6, Issue 11, 433–435, (2012)
  Jan Zippel, Michael Lorenz, Gabriele Benndorf, Marius Grundmann
  
• The corner effect in hexagonal whispering gallery microresonators. Appl. Phys. Lett. 101, 141116 (5 pages) (2012)
  Christof Peter Dietrich, Martin Lange, Tammo Böntgen, Marius Grundmann