Weiterentwicklung von S/TEM basierten Methoden hin zu genauen und zuverlässigen Messverfahren für Verzerrungsfelder und elektrische Potentiale

• Antragstellerin: Dr. Laura Niermann
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492463633

Ziel des Projektes ist die Entwicklung von zuverlässigen und quantitativen Methoden der (Raster-) Transmissionselektronenmikroskopie für die Messung von Verzerrungsfeldern und elektrostatischen Potentialen in Nano-Bauelementen. Heutige Lichtemitter – von allgemeinen Leuchtmitteln bis hin zu fortgeschrittenen Lösungen für die optische Datenübertragung – basieren im Wesentlichen auf Leuchtdioden oder Laserdioden. Dabei handelt es sich um Halbleiterheterostrukturen, deren Eigenschaften nicht nur durch unterschiedliche Materialien sondern auch durch elektrostatische Potentiallandschaften, erzeugt mittels Dotierung, beeinflusst werden. Eine genaue Messung der in diesen Bauelementen vorhandenen Verzerrungsfeldern und der tatsächlich entstandenen elektrostatischen Potentialen ist zwingend notwendig, um die dahinterstehenden physikalischen Prozesse zu verstehen und präzise zu modellieren. Erst dies erlaubt eine zukünftige Weiterentwicklungen dieser Bauelemente.Nur mit (Raster-) Transmissionselektronenmikroskopie ist es möglich, Verzerrungsfelder und elektrische Potentiale direkt und mit hoher Ortsauflösung zu messen. Allerdings ergeben diese Messtechniken bislang selten zuverlässige quantitative Werte. In diesem Projekt werden die Methoden weiterentwickelt, um hochmoderne AlGaN-basierte Leuchtdioden für ultraviolette Strahlung präzise zu charakterisieren. Die elektrische Potentiallandschaft wird in den Nitriden neben der Dotierung auch durch elektrische Polarisationsfelder geformt. In diesen Bauelementen beeinflussen die Polarisationsfelder nicht nur die Licht emittierenden Schichten, sondern verbessern auch Tunnelkontakte, mit denen hocheffiziente Kontakte für die p-Seite der Leuchtdiode realisiert werden. Die entwickelten Techniken werden sind auch auf viele andere Fragestellungen anwendbar, da die elektronenmikroskopischen Herausforderungen im Wesentlichen auf physikalischen Effekten wie Beugung oder inhomogenen Verzerrungsfeldern beruhen und als solche nicht nur in AlGaN Heterostrukturen auftreten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: S/TEM-Probenhalter mit elektrischen Kontakten
• Gerätegruppe: 5140 Hilfsgeräte und Zubehör für Elektronenmikroskope