Realisierung dreidimensionaler künstlicher Ge Quantenpunkt-Kristalle durch Interferenz-Lithographie mit extrem ultravioletter Strahlung und Molekularstrahlepitaxie

• Antragsteller: Dr. Serhiy Danylyuk; Dr. Gregor Mussler
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 209979192

Quantenpunkte (QDs) oder „künstliche Atome”, die auf dem Si/Ge Heterosystem basieren, sind hochinteressante Objekte mit einzigartigen elektronischen und optischen Eigenschaften. Die Herstellung von dicht-gepackten und wohl-geordneten QD-Strukturen ermöglicht die Realisierung eines neuen Typs von Festkörpern, sogenannten künstlichen Kristallen (QDCs), mit einer in der Natur nicht-existenten Energiestruktur. Solche QDCs erlauben nicht nur die Herstellung neuartiger SiGe-Bauelemente, sondern ermöglichen auch Grundlagenforschung hinsichtlich fundamentaler Fragen des Quantentunnelns in 0-dimensionalen Systemen, Coulomb-Blockade-Effekten und der Photon-Elektron-Phonon-Wechselwirkung in diesem technologisch und wissenschaftlich relevanten Materialsystem. In dem beantragen Vorhaben sollen künstliche SiGe QDCs mittels Extrem-Ultraviolett-Interferenzlithographie (XIL) und Molekularstrahlepitaxie (MBE) realisiert werden. Im Gegensatz zu Synchrotron-basierten XIL-Systemen wird in diesem Vorhaben zur Nanostrukturierung der Substrate ein autonomes XIL-System eingesetzt. Dieses bietet - aufgrund der einzigartigen Flexibilität bezüglich der Wahl der Wellenlänge und der Methode der Nanostrukturierung - die Möglichkeit sub-20 nm Perioden zu erreichen und eine tagtägliche Fabrikation der Substrate durchzuführen. Gestützt durch die Expertise der RWTH Aachen bezüglich der Realisierung XIL-strukturierter Substrate verbunden mit der langjährigen Erfahrung des FZJ beim MBE-Wachstum von geordneten Ge QDs wird die Realisierung dicht-gepackter Ge QDCs mit einer einzigartig kleinen lateralen Periodizität und substantiell veränderten optischen und elektrischen Eigenschaften im Vergleich zu bisherigen QDCs angestrebt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen