Lösungsbasierte Synthese und elektronische Eigenschaften Grenzflächen-determinierter amorpher oxidischer Mehrschichtsysteme

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg J. Schneider
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 358048032

Mehrschichtsysteme aus Indium-Zink-Oxid (IZO, Halbleiter) und Zirkoniumdioxid (ZrO2, Dielektrikum) sollen mittels Filmabscheidung aus Lösung synthetisiert und ihre Eigenschaften als Metalloxid-Halbleiter-Kapazität und Feldeffekt-Transistor untersucht werden. Synthetisch werden molekulare Einstufen-Vorläuferkomplexe für die Synthese dieser Oxide eingesetzt. Diese sind direkt aus Lösungen oder über den Zwischenschritt der Umsetzung zu einer stabilen Dispersion von Nanopartikeln zur Schichtabscheidung durch Spincoating applizierbar. In beiden Fällen ist noch eine nachfolgende thermische Prozessierung zum Erhalt der funktionalen Oxidschicht erforderlich. Für die herzustellenden MOS-Kapazitäten und FET sollen Bauteilkonstruktionen und Prozessierungsbedingungen gefunden werden unter denen diese möglichst hohe Performanzparameter erreichen. Die sukzessive Aufbringung der Schichten muss daher prozessbedingte Materialdegradationen der Schichtfolge vermeiden und initiale Materialeigenschaften nur wenig verändern. Dem Herstellungsverfahren inhärent beeinflussen aber nachfolgende Prozessschritte die elektrischen Eigenschaften bereits vorhandener Schichten. So spielen Oberflächenadsorbate, Defektchemie und Grenzflächeneffekte bei der Schichtabscheidung aus Lösung eine viel größere Rolle. Die elektrischen Messungen ermöglichen somit eine Bewertung unterschiedlicher Herstellungsbedingungen (Temperatur, Heizrate, Reaktionsatmosphäre) und Bauteilgeometrien (Schichtdicken und Flächenabmessungen). Letztendlich können Ladungsdichte des oxidischen Dielektrikums, Grenzflächenladungsdichte und Unterschied der Austrittsarbeit zwischen Dielektrikum und Halbleiter bestimmt werden. Weiter sind auch Aussagen zum Stromleitungsmechanismus im Dielektrikum und zum Bauteilversagen möglich. Diese Messungen werden durch mikroskopische und spektroskopische Untersuchungen ergänzt, um ein weitestgehend umfassendes Bild der strukturellen und elektronischen Eigenschaften zu erhalten. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine zielgerichtete Entwicklung der Bauteilarchitektur und Einstellung der Prozessierungsbedingungen. Die Arbeiten lassen in ihrer Gesamtheit Aussagen über die Funktionsweise lösungsprozessierter Mehrschicht-Oxidmaterialien wie IZO/ZrO2 und über die generelle Problematik zu Herstellung und Funktion komplexerer Bauteile auf der Grundlage lösungsbasierter Materialsysteme erwarten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen