Mechanisch einstellbare Leitfähigkeit in piezoelektrischen Halbleitern

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Joachim Kleebe; Professor Dr.-Ing. Jürgen Rödel
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317658731

Die einzigartigen Eigenschaften von Varistoren und Dioden entstehen durch Dotierung und elektrische Potentialbarrieren, die dauerhaft im Bauteil integriert sind. In diesem Antrag entwickeln wir einen fundamental neuen Ansatz. Dieser bezieht sich auf piezoelektrische Halbleiter, in denen eine reversible elektrostatische Potentialbarriere durch eine externe mechanische Spannung reversible eingestellt wird. Das Konzept hat eine gewisse Verwandtschaft zu Piezotronik. Dort allerdings besteht der Fokus auf Nanofasern und lieferte bisher nur sehr kleine Änderungen in der Höhe der Potentialbarriere.Dieses neue Konzept wird in einem fundamentalen Ansatz an ZnO als Halbleiter mit hohem piezoelektrischen Koeffizienten untersucht. Der Fokus liegt zunächst auf einfachen (ZnO/Metall) und doppelten (ZnO/ZnO) Schottky Barrieren mit wohl definierten Orientierungen von ZnO Einkristallen. Eine Einstellung der Eigenschaften geschieht über die Kornleitfähigkeit, die Austrittsarbeit des Metalls und die Grenzflächenzustände bestimmt durch Kornmisorientierung und Grenzflächendotanden.Eine zusätzliche Flexibilität entsteht durch die Grenzflächenspannungen während der elektrischen Belastung. Die elektrische Charakterisierung in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen beinhaltet Elektronendichte und Elektronenmobilität, Impedanzspektroskopie und Strom-Spannungskennlinien als Funktion der Frequenz und Temperatur. Eine besondere Herausforderung liegt in der Wechselwirkung von spannungsinduzierter Grenzflächenladung und Screeningeffekten durch die Leitfähigkeit des Halbleiters. Zusätzlich stellt dieses Projekt polykristallines ZnO bereit um für Theorieprojekte eine Validierung zu ermöglichen und bietet elektromechanische Charakterisierung für das Projekt zur Herstellung der Polarisationstextur.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen