Selbstdiffusion in beta-Ga2O3-Einkristallen

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433461542

Galliumoxid (beta-Ga2O3) ist ein Halbleiter mit sehr großer Bandlücke, der aufgrund seines multifunktionalen Einsatzes (Leistungselektronik, Gassensoren, Optoelektronik, Fotodetektoren, Katalyse, Schottky-Diode, transparentes leitendes Oxid) in verschiedenen technologischen Bereichen zunehmend an Bedeutung gewinnt. Die elektrischen und optischen Eigenschaften von beta-Ga2O3 hängen entscheidend von der Konzentration, dem Ladungszustand und der Migration von nativen Punktdefekten ab (Leerstellen oder Zwischengitteratome). Selbstdiffusionsexperimente können Aufschluss über die Natur dieser intrinsischer Defekte und ihre Beweglichkeit im Material geben. In der Literatur sind jedoch bisher keine Selbstdiffusionsstudien verfügbar. Ziel des vorliegenden Projekts ist die systematische experimentelle Bestimmung der Tracer-Diffusionskoeffizienten von Sauerstoff und Gallium von beta-Ga2O3 -Einkristallen in Abhängigkeit von der Temperatur. Diese Arbeiten erfolgen mit Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS). Sauerstoff-Tracer-Diffusionsexperimente werden durch Isotopenaustausch unter Verwendung von 18O2 als gasförmige Tracer-Quelle durchgeführt. Zur Untersuchung der Ga-Diffusion wird Al als Ersatztracer verwendet. Aus den Ergebnissen werden Aktivierungsenergien und präexponentielle Faktoren abgeleitet. Die Diffusionsexperimente werden als Funktion des Sauerstoffpartialdrucks, von Si-Dotierung und Kristallorientierung durchgeführt. Durch Berücksichtigung grundlegender Defektreaktionen und Vergleich mit theoretischen Literaturarbeiten, können bestimmte Modellannahmen über dominierende Defektstrukturen und deren Kinetik bewiesen oder verworfen werden. Die Ergebnisse werden ein umfassendes Bild der diffusionsrelevanten Punktdefekte in Galliumoxid liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen