Grundlagenuntersuchungen zu den elektronischen und optoelektronischen Eigenschaften von Versetzungen in heteroepitaktischem Diamant

• Antragsteller: Dr. Matthias Schreck
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411398861

Das Projekt zielt auf eine umfassende Charakterisierung der intrinsischen elektronischen & optoelektronischen Eigenschaften von Versetzungen in Diamant. Im Allgemeinen gilt für Halbleitermaterialien, dass Versetzungen die Performance von Bauelementen dramatisch reduzieren können. Entsprechend intensiv werden ihre Eigenschaften erforscht sowie Strategien entwickelt um ihre Konzentration zu minimieren. Obwohl es aktuell große Anstrengungen zur der Entwicklung von elektronischen Bauelementen auf Diamantbasis gibt und Versetzungen bereits als zentraler Defekttyp identifiziert wurden, ist das Wissen über ihre grundlegenden elektronischen Eigenschaften äußerst gering. Ein wichtiger Grund liegt im Mangel an definierten Proben. In der Arbeitsgruppe des Antragssteller wurde ein Heteroepitaxieverfahren entwickelt, mit dem es kürzlich gelang, eine einkristalline Diamantscheibe mit einem Durchmesser von ca. 90 mm herzustellen. Das Verfahren besitzt das Potential durch die Synthese von Substraten in Wafergröße ein entscheidendes Manko bei der Bauelemententwicklung zu beseitigen. Außerdem erlaubt es erstmals eine kontrollierte Präparation von Kristallen mit Versetzungen definierter Ausbreitungsrichtung und Dichte variierend über 4 Größenordnungen für systematische Studien. Die geplanten Arbeiten beginnen mit der Herstellung von Proben mit Versetzungen definierter Ausrichtung und Dichte und deren umfassender spektroskopischer Charakterisierung mittels UV/Vis- & IR-Absorption, Photolumineszenz PL und Kathodolumineszenz CL. Es folgt der Aufbau und die Messung der spektralen Photoleitfähigkeit (SPC) sowie thermisch stimulierter Ströme (TSC) zur Analyse elektrisch aktiver Defektzustände. Im Rahmen mehrerer Kooperation werden Ladungssammelausbeuten (CCE) sowie charge transient spectroscopy (QTS) Messungen getrennt für Elektronen und Löcher durchgeführt um Dichte, Einfangquerschnitt sowie Tiefe von Fallenzuständen zu bestimmen. Es folgen Messungen von Diffusionskonstanten und Lebensdauer mit optischen Pump-Probe Experimenten. Anschließend wird das Material für die Realisierung von Bauelementen (Detektoren, elektronische Bauelemente) eingesetzt. Neben der Untersuchung grundlegender physikalischer Eigenschaften von Versetzungen zielt die Studie auch auf die Bestimmung kritischer Dichten für verschiedene Anwendungen als Referenzen für zukünftige Bauelemententwicklungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien, Litauen
• Kooperationspartner: Dr. Patrik Scajev; Dr. Silvio Sciortino
• Mitverantwortliche: Dr. Jan Grünert; Dr. Mladen Kis; Dr. Christian Joachim Schmidt