Untersuchungen zu elektronischen und elektrischen Eigenschaften von Si-Zwillingsübergittern in Si-Halbleiterstrukturen auf stufenfreien Si(111)-Mesas

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Fissel
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251180114

Im Rahmen des beantragten Projektes ist geplant, die bereits im Vorprojekt begonnenen Untersuchungen zur Epitaxie und den Eigenschaften von Si mit modifizierter Si-Kristallstruktur fortzusetzen. In den bisherigen Untersuchungen konnten wir nachweisen, dass sich Si-Zwillingsübergitter unterschiedlicher Periodizität auf Si(111)-Substraten durch einen kontrollierten Einbau von Zwillingsstapelfehlern in Si-Schichten mit der Molekularstrahlepitaxie (MBE) herstellen lassen. Solche Strukturen sind jedoch auf herkömmlichen Substraten nicht homogen über größere Bereiche realisierbar. Die Interpretation der Ergebnisse zu Untersuchung der elektrischen und elektronischen Eigenschaften der Übergitter ist deshalb sehr schwierig und bisher weitgehend spekulativ. Die Ursache hierfür ist im Vorhandensein von Stufen auf den Si-Oberflächen zu sehen, die durch ihren spezifischen Einfluss im Wachstumsprozess zu einem Einbau von inkohärenten Zwillingskorngrenzen in die Schichten führen und damit die Ausbildung geschlossener Übergitterstrukturen verhindern. Die Bildung von inkohärenten Zwillingskorngrenzen kann nur durch ein Wachstum auf stufenfreien Oberflächen unterbunden werden. Im Projekt ist deshalb vorgesehen, die Oberfläche der Si(111)-Substrate definiert zu strukturieren (Mesas) und vorhandene Stufen auf den Mesa-Oberflächen anschließend durch Si-MBE auszugewachsen. Auf den stufenfreien Mesa-Oberflächen werden dann Si-Schichten gewachsen, deren Kristallstruktur während der Schichtherstellung definiert modifiziert wird. Die Schichten werden anschließend hinsichtlich ihrer strukturellen, elektrischen und elektronischen Eigenschaften mit verschiedenen Untersuchungsmethoden charakterisiert. Im Besonderen werden die aus der Modifizierung der Si-Kristallstruktur resultierenden elektrischen und elektronischen Eigenschaften an Hand ihres spezifischen Einflusses auf die Eigenschaften von Si-Halbleiterstrukturen untersucht. Ähnliche Untersuchungen sind bisher aus der Literatur nicht bekannt. Vergleichende Untersuchungen von Si-Schichten mit modifizierter Kristallstruktur auf stufenfreien und gestuften Oberflächen bieten darüber hinaus auch die Möglichkeit, neben den Eigenschaften von kohärenten Zwillingskorngrenzen, den spezifischen Einfluss von inkohärenten Zwillingskorngrenzen auf die Eigenschaften von Si-Halbleiterstrukturen detailliert zu untersuchen, beispielsweise hinsichtlich der Prozesse beim Ladungstransport. Dies ist ebenfalls Gegenstand von Untersuchungen innerhalb des beantragten Projektes. Ein tieferes Verständnis der Eigenschaften dieser Kristalldefekte wäre für eine Reihe von Anwendungen u.a. in der Si-basierenden Elektronik und Optoelektronik von großem Interesse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen