Hochauflösendes Raman-Mikroskop in Kombination mit thermischer Platte und elektrischen Prüfspitzen

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 581482776

Raman-Spektroskopie ist eine zerstörungsfreie Methode zur Charakterisierung extrem dünner kristalliner Materialien, insbesondere zweidimensionaler (2D) Materialien. Daher zählen Raman-Mikroskope zu den wichtigsten Instrumenten in der Forschung an kristallinen Dünnschichtmaterialien und Bauelementen. Sie ermöglichen die Analyse von Materialeigenschaften nach der Synthese und nach Prozessschritten während der Bauelementfertigung, einschließlich mikrometergenauer Ortsauflösung. So lassen sich bei 2D-Materialien Kristallqualität, Defekte, Schichtdicke, Dehnung, Dotierung und Schichtorientierung bestimmen. Ebenso können andere kristalline Materialien untersucht werden, z. B. Gruppe-IV-Materialien (Si, Ge, etc.), Verbindungshalbleiter oder Phasenwechselmaterialien. Die Vorteile der Raman-Spektroskopie liegen in ihrer hohen Oberflächensensitivität und der schnellen Verifizierung von Materialeigenschaften. Dadurch wird eine schnelle Optimierung von Wachstumsprozessen für 2D-Materialien ermöglicht – ein Forschungsschwerpunkt des Instituts für Halbleitertechnik (IHT) der Universität Stuttgart (USTUTT). Andere Methoden sind für atomar dünne Schichten weniger empfindlich (z. B. Röntgendiffraktion) oder erfordern aufwändigere und potenziell destruktive Experimente (z. B. Rasterelektronen- oder Transmissionselektronenmikroskopie, Röntgenphotoelektronenspektroskopie). Zwar liefern diese Verfahren ebenfalls wichtige Informationen, doch die umfangreichen und sofort verfügbaren Daten der Raman-Spektroskopie machen sie zu einer zentralen Methode zur Untersuchung von 2D-Materialien. Das IHT forscht an Materialsynthetisierung, Bauelementfertigung und Charakterisierung von Halbleitermaterialien wie 2D-Materialien, Gruppe-IV-Halbleitern, Oxidhalbleitern und Chalkogenidverbindungen (z. B. Phasenwechselmaterialien). Für alle diese Materialien spielt die Raman-Mikroskopie eine zentrale Rolle. Das geplante Raman-Mikroskop verfügt über eine 3D-Mapping-Funktion und wird mit einer Heiz-/Kühlplatte samt elektrischen Prüfnadeln ausgestattet, um Temperatur- und elektrische Effekte in situ zu untersuchen. Dadurch lassen sich z.B. Phasenübergänge in Phasenwechselmaterialien oder Eigenerwärmung in Transistoren analysieren. Die Kombination von Raman-Signal, Photolumineszenz (eine integrierte Funktion des Mikroskops) sowie Temperatur- und elektrischen Einflüssen liefert einzigartige Einblicke in Funktionsmechanismen von Materialien und Bauelementen. Dies ist entscheidend für aktuelle Forschungsfragen zu Transistoren, Speichern und optoelektronischen Bauelementen auf fundamentaler Materialebene. Hierfür sind eine hohe räumliche Auflösung (Submikrometerbereich) und spektrale Auflösung (< 0,3 cm⁻¹) erforderlich. In Kombination mit der Multifunktionalität (Temperatur, elektrische Ansteuerung) entsteht so ein einzigartiges Charakterisierungssystem, das in der Forschungslandschaft der USTUTT einen hohen Mehrwert bietet und derzeit durch kein anderes Instrument abgedeckt werden kann.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochauflösendes Raman-Mikroskop in Kombination mit thermischer Platte und elektrischen Prüfspitzen
• Gerätegruppe: 1840 Raman-Spektrometer
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Leiter: Professor Dr. Alwin Stefan Daus