Laserstrukturierung von Graphenoxid für Phototronic-Sensoren und nanoskalige Charakterisierung (PHOTOSEN)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Olfa Kanoun; Professor Dr. Dietrich R. T. Zahn
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430426661

Graphenoxid (GO) kann aufgrund seiner Sensitivität auf diverse Messgrößen zur Realisierung multifunktionaler Sensoren eingesetzt werden. Dabei ist ein entscheidender Vorteil die schnelle und einfache Herstellung ultradünner GO-Schichten, die durch Laserschreiben strukturiert und funktionalisiert werden können. Durch Einstellung der Laserparameter kann der Reduktionsgrad so eingestellt werden, dass die elektrischen Eigenschaften, wie z. B. die Bandlücke, in definierter Weise verändert werden. Die Sensoreigenschaften können dadurch für eine bestimmte Messgröße oder für einen bestimmten Messbereich auch eingestellt werden.Das Ziel dieses Projekts ist es, die Untersuchung der Einstellbarkeit der elektronischen Eigenschaften von GO-Schichten, insbesondere die Arbeitsfunktion und den Bandabstand, durch Laserreduktion, um deren Dehnungs- und Lichtempfindlichkeit zu verbessern. Zu diesem Zweck werden GO-Schichten mit Dicken von mehreren Nanometern bis zu Hunderten von Nanometern per Laser strukturiert, um Heterostrukturen zu realisieren, die Elektroden mit eingestellten Arbeitsfunktionen und aktive Kanäle mit eingestellten elektrischen Leitfähigkeiten und Bandabstände aufweisen. Symmetrische/asymmetrische Elektroden mit unterschiedlichen Arbeitsfunktionen können realisiert werden. Zum Verständnis der Wechselwirkung von Heteroübergängen, die sich an der Schnittstelle zwischen Elektroden und aktiven Kanälen bilden, werden die Energieniveauausausrichtung und der Elektronenfluss zwischen unterschiedlich präparierten Bereichen untersucht. Um die Empfindlichkeit auf Licht und Dehnung zu untersuchen, werden Feldeffekt-Transistor- (FET) und Interdigitale Elektroden-Strukturen (IDE) durch Laserstrukturierung einer GO-Schicht auf verschiedenen Trägermaterialien realisiert. Der Zusammenhang zwischen angelegter Dehnung, Bandlückenänderung des aktiven Kanals und damit der Empfindlichkeit gegenüber Licht unter Dehnung wird durch elektrische, optische und topografische Charakterisierungen bewertet. Die Miniaturisierung und die Selektivität der Laserstrukturierung ermöglicht es, die Empfindlichkeit der Sensoren deutlich zu erhöhen. So kann beispielsweise die aktive Kanalbandlücke so eingestellt werden, dass eine Dehnungsmessung im kleinen Bereich realisiert und deren elektrische Eigenschaften abgestimmt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen