Indium- und Galliumselenid-Nanofilme: Sprüh-ILGAR-Herstellung und Phasencharakterisierung für stabile Grenzflächen und Bauelemente (INGA the SNAIL)

• Antragstellerin: Professorin Dr. Martina Schmid
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551988047

Miniaturisierung und Ressourceneffizienz sind zwei Schlüsselaspekte der künftigen Technologieentwicklung. Sie sind zentrale Herausforderungen in vielen Bereichen wie Mikro- und Optoelektronik, Sensorik und Antriebstechnik, Energieerzeugung und -speicherung. Die Mikroelektronik beispielsweise steht an einem Wendepunkt in ihrer Geschichte, da die Verkleinerung der Siliziumtechnologie an ihre Grenzen stößt. Neuartige Materialien könnten eine Lösung sein, und die Kombination in integrierten Systemen ist ein noch zu lösendes Rätsel. Es wird nach Innovationen gesucht, und Materialien mit faszinierenden Eigenschaften auf kleinster Skala sind vielversprechend: 2D-Materialien. Graphen ist sicherlich das am meisten erforschte 2D-Material mit herausragender Ladungsträgerbeweglichkeit aber dem grundlegenden Mangel einer Bandlücke. Übergangsmetall-Dichalkogenide zeigen ein ähnliches 2D-Verhalten, aber sehr unterschiedliche halbleitende Eigenschaften, die sich aus der Einstellbarkeit ihrer Bandlücken ergeben. Während MoS(e)2 und WS(e)2 häufig im Fokus sind, sind die 2D-Materialien der Gruppe IIIA Metallchalkogenide (G3AMC2DM) deutlich weniger erforscht, obwohl sie hinsichtlich der Variabilität der Eigenschaften und der hohen Ladungsträgerbeweglichkeit ebenso vielversprechend sind. Weiterhin bieten sie direkte Bandlücken und unterschiedliche intrinsische Dotierungen. Zu den klassischen Anwendungsgebieten gehören Transistoren und Photodetektoren, aber auch thermoelektrische, piezoelektrische und neuerdings ferroelektrische Bauelemente werden beschrieben. Die gezielte Herstellung der verschiedenen möglichen Phasen und damit die Einstellung der unterschiedlichen Materialeigenschaften ist eine Voraussetzung für die effiziente Integration dieser 2D-Materialien. Eine damit verbundene zentrale Herausforderung ist die direkte Herstellung in großem Maßstab, mit der Standard-Exfoliationstechniken kämpfen. Wir schlagen daher die Entwicklung eines aerosolgestützten chemischen Gasphasenabscheidungsprozesses - Spray-ILGAR - als kostengünstige und skalierbare Methode für das 2D-Materialwachstum von Indiumselenid und Galliumselenid vor. Gleichzeitig konzentrieren wir uns auf flexible Substrate, um die inhärente Eigenschaft der mechanischen Flexibilität der 2D-Materialien optimal zu nutzen. Die Kombination verschiedener 2D-Materialien in z.B. Heteroübergängen und die Berücksichtigung von (kontrollierter) Oxidation bzw. deren Ausnutzung im Prozess der Bauelementintegration sind weitere Themen, die detaillierte Untersuchungen und ein tiefes Verständnis verdienen. Die Grenzflächenbildung ist ein zentraler Aspekt bei der Etablierung dieser Materialien in verschiedenen Bauelementen und Anwendungen. Durch die Erforschung der wenig etablierten, aber vielversprechenden G3AMC2DMs mit einem kostengünstigen und nachweislich skalierbaren Herstellungsansatz zielen wir auf die Bereitstellung ressourceneffizienter Materialien für die zukünftige Miniaturisierung verschiedener Technologien ab.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen