Elektronische Bauelemente auf Basis des 2D-Materials schwarzer Phosphor - lagenanzahlabhängige Eigenschaften
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
2D-Materialien besitzen elektronische und optische Eigenschaften, die sie für die Entwicklung von neuartigen Bauelementen äußerst interessant machen: So lassen hohe Ladungsträgerbeweglichkeiten eine potenziell hohe Stromtragfähigkeit erwarten und die häufig direkten Bandübergänge sind wichtig für optoelektronische Bauelemente. Um diese Vorteile in einem Bauelement voll ausschöpfen zu können, ist die Charakterisierung von 2D-Materialien - vor allem hinsichtlich ihrer Dicke - immens wichtig und daher ein entscheidender Aspekt des Projekts. Dabei konnte mit der optischen Mikrospektroskopie eine Methode etabliert werden, welche auf einfache Weise eine Dickenbestimmung bei gleichzeitig geringen lateralen Abmessungen des Messflecks ermöglicht, was für 2D-Flakes aufgrund ihrer begrenzten Größe von immenser Bedeutung ist. Hierfür reicht ein einfaches Mikroskop aus, welches mit einem Spektrometer gekoppelt ist. Mit diesem Messaufbau wird wellenlängenabhängig die Reflexion eines Schichtstapels bestehend aus dem Substrat, dem 2D-Material und ggf. einer Passivierungsschicht gemessen. Die hohe laterale Auflösung wird dabei durch die Verwendung von Mikroskopobjektiven mit einer hohen Vergrößerung (100x) gewährleistet. Dieses gemessene Reflexionsspektrum wird anschließend mit einem berechneten Modellspektrum verglichen; in der Modellierung wird dabei neben den Materialparametern vor allem auch die Numerische Apertur (NA) der Mikroskopobjektive berücksichtigt, da diese besonders bei hohen Vergrößerungen einen bedeutenden Einfluss hat. Die interessierende Schichtdicke wird im Modell nun so lange variiert, bis die Abweichung zum gemessenen Spektrum minimal wird; dies stellt die gesuchte Schichtdicke dar. Auch das technologische Zusammenspiel und die Anwendung von 2D-Materialien beim Bau von elektronischen Bauelementen (z.B. als Dielektrika oder zur Passivierung), welche sich z.T. deutlich von in der Halbleitertechnologie etablierten Vorgehensweisen unterscheiden, wurde eingehend untersucht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Correlating Optical Microspectroscopy with 4×4 Transfer Matrix Modeling for Characterizing Birefringent Van der Waals Materials. Small Methods, 7(10).
Schwarz, Julian; Niebauer, Michael; Koleśnik‐Gray, Maria; Szabo, Maximilian; Baier, Leander; Chava, Phanish; Erbe, Artur; Krstić, Vojislav; Rommel, Mathias & Hutzler, Andreas
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Unconventional conductivity increase in multilayer black phosphorus. npj 2D Materials and Applications, 7(1).
Koleśnik-Gray, Maria; Meingast, Laura; Siebert, Martin; Unbehaun, Tim; Huf, Tobias; Ellrott, Günter; Abellán, Gonzalo; Wild, Stefan; Lloret, Vicent; Mundloch, Udo; Schwarz, Julian; Niebauer, Michael; Szabo, Maximilian; Rommel, Mathias; Hutzler, Andreas; Hauke, Frank; Hirsch, Andreas & Krstić, Vojislav
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Spectro‐Spatial Unmixing in Optical Microspectroscopy for Thickness Determination of Layered Materials. Advanced Optical Materials, 13(5).
Schwarz, Julian; Niebauer, Michael; Römling, Lukas; Pham, Adrian; Koleśnik‐Gray, Maria; Evanschitzky, Peter; Vogel, Nicolas; Krstić, Vojislav; Rommel, Mathias & Hutzler, Andreas
