Systematische Untersuchung des Abscheidungsprozesses von epitaktischen Ga2O3- und (AlxGa1-x)2O3-Dünnschichten mit Ionenstrahlzerstäuben

• Antragsteller: Dmitry Kalanov, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451986469

Die ionenstrahlgestützte Schichtabscheidung ist ein Abscheideverfahren, das eine Reihe einzigartiger Möglichkeiten bietet, den Zerstäubungsprozess und das Schichtwachstum zu beeinflussen, sowie deren Zusammenhänge zu studieren. Kürzlich durchgeführte Projekte untersuchten monoatomare und binäre, amorphe Dünnschichten. Dabei konnte unter anderem gezeigt werden, dass der Prozess eine intrinsische Ionenunterstützung besitzt, welche zur gezielten Beeinflussung unterschiedlichster Schichteigenschaften genutzt werden kann. Gegenstand des vorliegenden Antrags ist die Erweiterung der vorliegenden Arbeiten mit folgenden Inhalten: (i) Untersuchung von komplexen binären und ternären Filmmaterialien, (ii) Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Prozessparametern, kristalliner Struktur und Qualität technologisch relevanter Materialien.Gegenstand der Untersuchungen sollen Galliumoxid (Ga2O3) und Aluminiumgalliumoxid ((AlxGa1−x)2O3) sein. Sie sind aufgrund ihrer Eigenschaften, zum Beispiel eine sehr große Bandlücke und eine hohe Durchschlagsfestigkeit, von großer technologischer Bedeutung. Eine mögliche Anwendung sind Hochleistungsbauelemente. Um das volle Potential ausschöpfen zu können, müssen die Ga2O3- and (AlxGa1−x)2O3-Dünnfilme eine hohe kristalline Qualität haben. Diese kann nur durch ein besseres Verständnis und die gezielte Kontrolle des gesamten Abscheideprozesses erreicht werden. Andere Gruppen haben anhand monoatomarer und binärer Materialien gezeigt, dass es prinzipiell möglich ist, mittels ionenstrahlgestützter Schichtabscheidung epitaktische Schichten hoher kristalliner Qualität abzuscheiden. Allerdings haben diese Studien wichtige Prozessparameter, zum Beispiel die Prozessgeometrie, nicht berücksichtigt. Ziel des geplanten Vorhabens ist es, unter anderem, diese Lücke zu schließen, um das volle Potential der ionenstrahlgestützten Schichtabscheidung zu ergründen.Im geplanten Projekt soll eine umfassende und systematische Untersuchung des ionenstrahlgestützten Schichtabscheideprozesses von Ga2O3- und (AlxGa1−x)2O3-Dünnfilmen durchgeführt werden. Das heißt, es sollen die Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern (Prozessgeometrie, Ionensorte, Ionenenergie, Sauerstoffpartialdruck, Substrattemperatur, Substratmaterial), den Eigenschaften der zerstäubten und gestreuten Sekundärteilchen und den Schichteigenschaften untersucht werden. Das Ziel ist eine Verbesserung des Verständnisses, wie man die einzigartigen Möglichkeiten der ionenstrahlgestützten Schichtabscheidung nutzen kann, um Epitaxie und höchste kristalline Qualität (größere Kristallite, geringere Defektdichte) zu erzielen. Dabei sind die Beiträge von Sekundärteilchen mit moderaten Energien von besonderer Bedeutung für die zu untersuchenden Materialien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen