Scandiumnitrid-basierte Template für gitterangepasste Wachstum konventioneller Gruppe-III Nitride – BIFRÖST

• Antragsteller: Professor Dr. Sangam Chatterjee; Professor Dr. Andreas Waag
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563184623

AlScN ist ein neuartiges Nitrid, das die Möglichkeit bietet, die Gitterkonstante und die Bandlücken getrennt voneinander abzustimmen, so dass eine Gitteranpassung über einen größeren Bereich möglich ist und gleichzeitig Spannungseffekte vermieden werden. Dies ist für die Nitridtechnologie von größter Bedeutung. Durch die Möglichkeit, die Gitterparameter zu verändern, lassen sich „strain-engineered“ Bauelementstrukturen herstellen. Darüber bestitzt AlScN vielversprechende ferroelektrische und elektrooptische Eigenschaften, die in optischen Modulatoren oder nichtflüchtigen Speichern eingesetzt werden können. Nichtflüchtige ferroelektrische und elektrooptische Funktionalität ist für viele Anwendungen äußerst interessant, darunter auch für künftige optische neuromorphe Rechenprozessoren, bei denen sowohl Fotodioden und Mikro-LED-Arrays als auch Elektronik und passive Speicherelemente auf demselben Chip benötigt werden. In diesem Projekt wird AlScN und sein Potenzial für eine vollständige monolithische Integration in die herkömmliche Nitridtechnologie untersucht. Die Molekularstrahlepitaxie (MBE) ist hierzu ein ideales Werkzeug für die Entwicklung eines qualitativ hochwertigen AlScN-Wachstums unabhängig von der Verfügbarkeit geeigneter chemischer Vorläufersubstanzen. In Kombination mit dem MOVPE-Wachstum und nachfolgender Chip Prozessierung werden verschiedene Bauelemente und Anwendungen untersucht. Ziel ist eine vollständige monolithische Integration aller funktionalen Eigenschaften auf einem Chip. Dieses Projekt zielt darauf ab, das Potenzial neuartiger Nitride mit Sc zur Verbesserung von Bauelementen erforschen und in einer späteren Phase auch andere Übergangsmetalle wie La und Y einzubeziehen, wobei beispiellose Fähigkeiten zur Gitteranpassung, Ferroelektrizität und große Unterschiede im Brechungsindex für Wellenleiter, Schalter, Isolatoren und langfristig für optische neuromorphe Rechenkerne genutzt werden sollen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2477: Nitrides4Future – Neuartige Materialien und Konzepte für Bauelemente