Forschungskooperation: DMREF: NSF: DFG: Unordnung und Defekte als Designstrategie ferroelektrischer Nitride

• Antragsteller: Dr.-Ing. Simon Fichtner; Professor Dr. Lorenz Kienle
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565844296

Ferroelektrische Wurzite, wie beispielsweise solche auf Basis von AlN, haben großes Interesse in Wissenschaft und Industrie geweckt, vor allem aufgrund ihres Potenzials zur Weiterentwicklung von Kommunikationstechnologien und zur Senkung des Energieverbrauchs in der Datenverarbeitung. Ihre Nutzung in kommerziellen Geräten wird jedoch durch ein begrenztes Verständnis der Auswirkungen von Defekten auf funktionale Eigenschaften erschwert, insbesondere von Defekten, die während der Synthese entstehen. Das Verständnis dieser Aspekte ist entscheidend, um Prozessskalierbarkeit und Zuverlässigkeit sicherzustellen. Ziel der vorgeschlagenen Arbeiten ist es, wissenschaftliche Erkenntnisse und zugehörige Werkzeuge zu entwickeln, die die Einführung dieser und zukünftiger von DMREF entwickelter Materialien beschleunigen. Unser Team besteht aus führenden Forschenden, die bereits die wissenschaftlichen Grenzen für ferroelektrische Wurzite vorangetrieben haben, sowie externen Partnern mit ergänzender Finanzierung durch DOE EERE (Zakutayev, NREL), ARL (Drury, DEVCOM) und DFG (Fichtner und Kienle, Universität Kiel) und einem industriellen Expertengremium, der führende internationale Unternehmen in diesem Bereich repräsentiert. Dies versetzt unser Team in eine ausgezeichnete Position, um wissenschaftliche Fortschritte zur Lösung technologischer Herausforderungen mit erheblichem Einfluss zu erzielen. Die vorgeschlagenen Arbeiten werden die bestehenden Lücken zwischen Berechnungen, die auf vereinfachenden Annahmen basieren, und realen Dünnschichtmaterialien, die durch reaktives Sputtern hergestellt werden, schließen. Das zu entwickelnde mechanistische Verständnis wird Vorhersagen im Hinblick auf wechselwirkende (nicht-verdünnte) Punktdefekte, einschließlich heterovalenter Substitutionen, ermöglichen. Diese Forschung wird quantitative Vorhersagen zu Koerzitivfeldern, multiskaligen Schaltmechanismen und potenziellen Degradationsprozessen vorantreiben, die für zukünftige Baudelemente von entscheidender Bedeutung sind. Die Zusammenarbeit und der Austausch von Studierenden mit externen Partnern werden sowohl für die Wissenschaft als auch für die wissenschaftliche Entwicklung einzelner Forschender von großem Wert sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Geoff Brennecka, Ph.D.; Professorin Elizabeth Dickey; Dr. Daniel Drury; Professor Dr. Prashun Gorai; Dr. Keisuke Yazawa; Dr. Andriy Zukatayev