Integration von Zwei-Dimensionalen Materialien mit Funktionellen Dielektrika

• Antragsteller: Dr.-Ing. Alexander Henning, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386647094

Zwei-dimensionale (2D) van der Waals Materialien haben herausragende optische und elektronische Eigenschaften und gelten als vielversprechende Alternative für Siliziumtechnologie, die um das Jahr 2020 ihre physikalische Grenze erreichen wird. Zu der Klasse der 2D Materialien zählen Graphen, hexagonales Bornitrid und Phosphoren, sowie Übergangsmetalldichalkogenide (engl. TMDs), wie zum Beispiel MoS2 und WS2. Trotz der enormen Forschungsanstrengungen der letzten Jahren müssen noch einige grundlegende Probleme gelöst werden damit ein Durchbruch auch in technologischer Hinsicht erzielt werden kann. Insbesondere die Integration von 2D Materialien mit dielektrischen Materialien ist derzeit wenig erforscht, obwohl es von zentraler Bedeutung für die technische Anwendung von 2D Materialien ist. Der berühmte Ausspruch "Die Schnittstelle ist das elektronische Bauelement" gilt vor allem für 2D Materialien. Das Ziel dieses Vorhabens ist die Funktionsfähigkeit des elektrischen Bauelementes durch die Integration von vdW Materialien mit dem Dielektra zu erweitern, ohne jedoch die intrinsischen Eigenschaften des vdW Halbleiters einzuschränken. Dazu werden wir ein Verfahren für die dielektrische Beschichtung erforschen, das nicht nur die Defektdichte im Halbleitermaterial verringern, sondern auch Ladungstransfer-dotierung erzielen soll. Das Projekt erforscht Ladungstranfer-dotierung von verschiedenen TMDs durch dielektrische Beschichtung mit dem Verfahren der Atomlagenabscheidung bei niedrigen Temperaturen. Neuartige p-n Halbleiterübergänge werden durch das Auftragen von zwei verschiedenen Dielektra im direkten Kontakt mit dem vdW Halbleiter erzeugt. Der Effekt von dielektrischen Schichten auf die elektronischen Eigenschaften der vdW Halbleiter/Dielektrikum Schnittstelle wird quantitativ bestimmt. Das Potentialprofil sowie die Raumladungszone werden mit Hilfe von Kelvinsonden-Rasterkraftmikroskopie gemessen, eine Methode die zur Bestimmung der Fermi energie auf kleinstem Raum verwendet wird. Diese Messmethode wird auch zur Bestimmung der Zustandsdichtedichte an Schnittstellen zwischen den 2D Materialien und Dielektrika verwendet. Die Forschung erarbeitet ein grundlegendes Verständnis für die Integration von 2D Materialien mit dielektrischen Schichten und somit eine Basis für die zukünftige Anwendung von elektronischen vdW-Material basierten Halbleiterkomponenten.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Lincoln Lauhon, Ph.D.