Helium-ähnliche Störstellenzentren in Silizium und Germanium: Wechselwirkung mit Infrarotstrahlung, Nichtgleichgewichtsverteilungen und optoelektronische Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Heinz-Wilhelm Hübers
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389056032

Gemeinsames Ziel der antragstellenden Gruppen ist, das Potential von Helium-ähnlichen Störstellenzentren in elementaren Halbleitern für opto-elektronische Anwendungen im mittleren Infrarot-Wellenlängenbereich zu untersuchen. Diese Wellenlängen entsprechen den Aktivierungsenergien solcher Störstellenzentren. Insbesondere wollen wir optische, elektro-optische und magneto-optische, Gleichgewichts- und dynamische Eigenschaften von Doppeldonatoren in Silizium und Doppel-, Dreifach-Akzeptoren in Germanium untersuchen. Die zeitliche und spektrale Charakteristiken solcher Materialien hängen von grundlegenden Eigenschaften der Donatoren und der Kristallgitter ab. Dazu zählen die Art der Störstellenzentren die nach der Dotierung gebildeten werden, insbesondere auch von elektrisch aktiven Zentren, die energetische Struktur der angeregten Niveaus aller aktiven Störstellenzentren einschließlich ihrer Spin-Orbit- und Spin-Triplet-Zustände sowie die charakteristischen Zeiten der Relaxationsprozesse von angeregten Ladungsträgern. Diese grundlegenden Eigenschaften und Prozesse sind für die genannten Donatoren und Akzeptoren nicht oder nicht vollständig bekannt. Die größten Intrazentren-Übergänge von Helium-ähnlichen Störstellenzentren haben Energien, die die charakteristische Energie des optischen Phonons des Wirtsgitters übersteigen, was die Intrazentrums-Relaxation und somit den vollständigen Einfangprozess verlangsamen sollte. Zusätzlich kann der verbotene Triplett-Singulett-Zerfall zu langen Relaxationszeiten für die in solchen Triplett-Zuständen endenden Elektronen führen. Diese Eigenschaften sollen theoretisch und experimentell untersucht werden, unter anderem durch zweifarbige, zeitaufgelöste Spektroskopie. Ein besonderes Augenmerk wird auf die technologischen Aspekte des Kristallwachstums und der Dotierung der Halbleiter liegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research
• Kooperationspartner: Dr. Yuri Astrov; Professor Dr. Valery Nikolaevich Shastin