Konzeption quantenmechanischer Bauelemente mit ultra-dünnen funktionalen ALD-Schichten für den Einsatz in Terahertz-Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Johann-Wolfgang Bartha; Professor Dr.-Ing. Christian Wenger
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 226970965

Im Hinblick auf zahlreiche technische Applikationen, zählt der Terahertz-Frequenzbereich aktuell zu einem zentralen strategischen Forschungsgegenstand. Dahingehend favorisiert die hier vorgeschlagene Konzeptstudie, in Abgrenzung zu den bisherigen Ansätzen, eine Frequenzerzeugung auf der Grundlage quantenmechanischer Bauelemente. Das Ziel dieses Projektes ist, ein fundamentales Verständnis für die maßgebenden Einflüsse bei der Herstellung solcherquantenmechanischer Bauelemente zu erhalten. Weil die einzelnen Schichten darin nur wenige Atomlagen umfassen, werden hierbei neben den Kenngrößen eines Bauelement-Demonstrators in seiner Gesamtheit vor allem die funktionalen Materialeigenschaften der einzelnen Schichten und das Verhalten der Grenzflächen zwischen benachbarten Schichten betrachtet. So liegt der Schwerpunkt dieses Vorhabens nicht auf der bloßen Herstellung eines kompletten Transistors und dessen elektrischer Bewertung. Stattdessen konzentriert sich die zu fördernde Forschungsleistung auf drei grundlegende Aspekte, die von entscheidender Bedeutung für die Funktionalität quantenmechanischer Bauelemente in Terahertz-Anwendungen sind: Zum Ersten wird das initialeWachstumsverhalten ultra-dünner funktionaler Schichten während der Atomlagenabscheidung (ALD) an Ort und Stelle (in situ) sowie in Echtzeit untersucht. Hierfür bietet ein Vakuumverbundsystem mit seiner weltweit einzigartigen Kombination verschiedener direkter sowie indirekter Oberflächenanalyse-Verfahren (Photoelektronenspektroskopie, Rastersondenmikroskopie, Ellipsometrie, Massenspektrometrie)einen außergewöhnlich detaillierten Einblick bis in den sub-atomaren Bereich der ALDWachstumsvorgänge hinein. Zum Zweiten werden Graphen-Monolagen synthetisiert und deren vertikale Transparenz bezüglich heißer Elektronen anhand eines diodenartigen Bauelementes charakterisiert, das dem Kernstück eines tunneling-hot-electron-Transistors entspricht. Zum Dritten wird das Zusammenwirken der ultra-dünnen ALD-Schichten mit der ultradünnen Graphitschicht auf Basis einer erstmalig zu realisierenden bauelementnahen Prozessroute erforscht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Matthias Albert; Grzegorz Lupina, Ph.D.