Atomic Layer Deposition (ALD)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Atomlagenabscheidungsanlage (ALD) wurde im August 2015 in Betrieb genommen. Seitdem wird das Gerät für die Deposition von verschiedenen ultradünnen Funktionsmaterialien (hier: Metalloxide wie z.B. ZnO, MoO2, CeO2, TiO2, Al2O3) sowie für Metallschichten (Pt) verwendet. Im Rahmen des Graduiertenkollegs GRK 2204 "Substitutionsmaterialien für nachhaltige Energietechnologien" wurden funktionale Oxide (z.B. CeO2, TiO2) als ultradünne Schichten auf optisch aktiven MBE-gewachsene Ga(In)N-Nanodrahtsonden mit Aspekt Verhältnissen zwischen 50 und 200 deponiert. Durch Messung der Änderung des Photolumineszenzverhaltens der Nanodrähte wurden Ionen- und Ladungsträger-Transportprozesse in-situ verfolgt und systematisch untersucht. Eine konforme Oxid-Schichtdicke zwischen 5 und 7 nm lieferte hier die besten Ergebnisse. Im Rahmen des BMBF-Projekts NiKO (Niko - Nanostrukturierte Ionenleiter-Komposite als Schlüsselkomponenten für effiziente Energiespeicher- und -wandlertechnologien), werden die Grenzflächeneigenschaften in Ionenleiter-Elektronenleiter-Kompositen untersucht, um optimierte Elektrodenmaterialien für Feststoffbatterien (Lithium-Ionenleitenden Komposite) sowie Sauerstoffmembranen mit reduzierter Betriebstemperatur (Sauerstoff-Ionenleitenden Komposite) zu entwickeln. Die ALD wird hierbei genutzt, um gezielt Komposite mit wohl-definierten Grenzflächen herzustellen. Im Falle der Kathodenmaterialien werden die Oberflächen mit wenigen Nanometern Al2O3 oder CeO2 beschichtet, was zur Folge hat, dass die Zyklisierbarkeit der Kathoden deutlich verbessert wird. Parallel dazu werden ebenfalls dünne Schichten als Modellsystem beschichtet, um die Grenzflächeneigenschaften und insbesondere den positiven Einfluss der Beschichtung auf die Zyklisierbarkeit zu untersuchen. Im Bereich der Sauerstoffmembrane werden gemischtleitende Nanokomposite durch die Beschichtung von porösem Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumdioxid mit einigen wenigen Nanometern Platin hergestellt, deren Sauerstoffpermeabilität untersucht wird. Einsatz findet die ALD auch in dem DFG-Projekt Defektchemie und Protonenleitfähigkeit von Polymer-templatierten mesostrukturierten Dünnfilmen oxidischer Keramiken und daraus abgeleiteten Nanokompositen”. In dem Projekt werden die Defektchemie und die Transporteigenschaften von porösen und mesoporösen Oxiden untersucht, die sich durch eine extrem hohe Oberfläche auszeichnen, welche die Transporteigenschaften in den Materialien maßgeblich beeinflusst. Hier wird ebenfalls der Einfluss einer Beschichtung mit CeO2 oder TiO2 auf den elektrischen Transport in den Oxiden aber auch auf den Transport von Protonen auf der Oberfläche in feuchter Atmosphäre untersucht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Optical Analysis of Oxygen Self-Diffusion in Ultrathin CeO2 Layers at Low Temperatures”, Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1802120
P. Neuderth, P. Hille, S. Martí-Sánchez, M. de la Mata, M. Coll, J. Arbiol, and M. Eickhoff
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/aenm.201802120) - “Passivation layers for nanostructured photoanodes: ultra-thin oxides on InGaN nanowires”, J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 565
P. Neuderth, P. Hille, J. Schörmann, A. Frank, C. Reitz, S. Martí-Sánchez, M. de la Mata, M. Coll, J. Arbiol, R. Marschall, and M. Eickhoff
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/C7TA08071A)
