Untersuchung von Adsorptions- und Desorptionsprozessen auf beta-Ga2O3- und In2O3-Oberflächen mittels Struktur- und thermoelektrischen Analysen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Saskia F. Fischer, seit 9/2017
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322072836

Die transparenten halbleitenden Oxide beta-Ga2O3 und In2O3 repräsentieren ein Klasse von Halbleitern mit großer Bandlücke und weitreichender Bedeutung für die aktuelle Forschung und Technologieentwicklung. Während diese Oxide in den letzten Jahrzehnten ausschließlich in polykristalliner Form oder als amorphe Filme genutzt wurden, zeigen aktuelle Forschungsergebnisse, dass Volumeneinkristalle und kristalline, epitaktische Filme mit kontrollierbaren elektrischen Eigenschaften großes Potential bei Anwendungen für die transparente Mikroelektronik, Optoelektronik, Kurzwellenphotonik und Sensoren haben. In diesem Forschungsprojekt wollen wir die strukturellen Eigenschaften von wohldefinierten Oberflächen von Volumeneinkristallen von beta-Ga2O3 und In2O3 untersuchen. Dabei geht es um Rekonstruktionen verbunden mit der Änderung der Oberflächenstöchiometrie und Modifikationen aufgrund der Adsorption von unterschiedlichen molekularen Gasen sowie der Bedeckung mit Ga bzw. In auf den beta-Ga2O3- bzw. In2O3-Oberflächen. Insbesondere wollen wir das Adsorptionsverhalten von Molekülen wie CO2, CH4, H2, H2O, CH3OH und C2H6O auf beta-Ga2O3 und In2O3 untersuchen, welches bisher nur wenig verstanden ist. Die Untersuchungen der strukturellen und der Adsorptionseigenschaften sollen mittels der Kombination der schnellen Atombeugung (fast atom diffraction, FAD) mit Standardmethoden der Oberflächenanalyse wie LEED und AES zur Bestimmung der atomaren Oberflächenstruktur, d.h. Relaxation, Rekonstruktion, Terminierung, Defekte, Stufen und Morphologie von sauberen und Adsorbat-bedeckten Oberflächen, durchgeführt werden. Diese strukturellen Untersuchen sind relevant zur Verbesserung von Wachstumsmethoden wie MOCVD für epitaktische Heterostrukturen und zur Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Molekularelektronik auf wohldefinierten Oberflächen. Um Oberflächen gezielt für Sensoranwendungen und die heterogene Photokatalyse bereitzustellen, ist das detaillierte Wissen über das Adsorptions- und Desorptionsverhalten essenziell. Zur Bestimmung der Änderung des Oberflächenpotentials während Adsorption- und Desorptionsprozessen wollen wir die elektrische Leitfähigkeit und das Rauschen messen. Insbesondere wollen wir die thermoelektrischen Eigenschaften und deren Abhängigkeit von Adsorption- und Desorptionsverhältnissen von unterschiedlichen Molekülen auf einkristallinen Flakes und epitaktischen Filmen studieren. Die Transportuntersuchungen sind motiviert durch die Verfügbarkeit von wohldefinierten Oberflächen von beta-Ga2O3 und In2O3 für epitaktische Heterostrukturen, neue elektronische Bauelemente sowie für das fundamentale Verständnis der Bedeutung der Oberflächen als Adsorptionsschichten von Gassensoren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Privatdozent Dr. Marco Busch, bis 9/2017