Selektive Passivierung von elektrischen Defekten in Metalloxiden

• Antragsteller: Professor Dr. Gerd-Volker Röschenthaler; Professor Dr. Veit Wagner
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288812048

In 1962 wurden die ersten Festkörper-Metalloxid-Gassensoren hergestellt. Seit dem gewann die die MAterialklasse der Metalloxide große Aufmerksamkeit für die Sensorik durch ihre exzellenten chemisch-inerten Eigenschaften. Seit 2004 hat sich ein weiteres schnell entwickelendes Feld für die Metalloxide aufgetan, dadurch dass Hosono seinen ersten Metalloxid-Dünnschicht-Transistor (TFT) gebaut hat. Hohe Beweglichkeiten sogar in amorphen und nano-kristallinen Filmen, Transparenz im sichtbaren Spektralbereich und naß-chemische Prozessierbarkeit mit preisgünstigen Beschichtungstechnologien machen diese Materialklasse hoch interessant für innovative elektronische Anwendungen, z.B. für transparente und intellegente Displays. Die dynamische Oberflächenstruktur von Metalloxiden ist von großem Vorteil im Bereich der Sensorik und der Katalyse, ist aber gleichzeitig von Nachteil für die Verwendung als aktives Material in Transistoren. Logische Schaltungen verlangen hohe Stabilität und Zuverlässigkeit auch unter Langzeitbeanspruchung. Diese Anforderung hat sich als sehr kritisch für die Anwendung von Metalloxiden in Transistoren herausgestellt. Speziell die hohe Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit ist korrelierbar mit signifikanten Instabilitäten in den Bauelementen. Diese Effekte werden noch verstärkt bei Verwendung von dünnen Filmen mit ihrem nano-Partikel-artigem und amorphem Charakter.Speziell bei günstigen und niedrig-Temperatur Prozessen, welche für breitgefächerte Anwendungen eine Vorraussetzung sind, wird eine erhöhte Anzahl an Verunreinigungen in das Material eingebaut, welches eine hohe Zahl an Defekten bedingt, welche als elektrisch aktive Stellen die Transistorfunktionalität beeinträchtigt. Niedrig-Temperatur (< 200 °C) Sprühbeschichtung von ZnO ist als großflächige Beschichtungstechnik möglich, bedingt aber dramatische Leistungseinbrüche in Transistoren mit abnehmender Temperatur. Daher ist eine Passivierung der aktiven Stellen nicht nur nötig für stabile Bauelemente sondern auch um die Prozeßtemperatur unter gleichbleibender Leistungsfähigkeit deutlich zu reduzieren. In diesem Projekt werden verschiedene Ansätze verfolgt um diese Defekte selektiv während und/oder nach der Deposition zu passivieren. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass Fluor-haltige Moleküle einzigartige Eigenschaften aufzeigen, z.B. Teflon gegenüber Wasser. Die AG Wagner und AG Röschenthaler haben bereits außergewöhnliche Passivierungseigenschaften von speziellen Fluor-haltigen Molekülen für Metalloxid-basierende Transistoren nachgewiesen. Fokus in diesem Projekt ist eine systematische Variation der funktionalen Gruppen in Fluor-haltigen Molekülen, welches erlaubt den zugrundeliegenden Passivierungsmechanismus zu verstehen und weitere verbesserte Passivierungsprozesse und -strategien für Metalloxid-basierende Transistoren zu identifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen