Mechanismus und Anwendungen der Oberflächenleitfähigkeit von wasserstoffterminiertem Diamant

• Antragsteller: Professor Dr. Lothar Ley
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5382319

Reiner Diamant ist ein Isolator. Trotzdem weist die Oberfläche von Diamant eine Leitfähigkeit von etwa 10-4 S auf, die von einer Löcheranreicherungsschicht an oder unmittelbar unter der Oberfläche getragen wird. Diese Oberflächenleitfähigkeit ist nicht auf Einkristalle beschränkt, sondern wird auch für CVD-Diamantschichten beobachtet. Die Löcherkonzentration kann in MESFET-ähnlichen Bauelementen gesteuert werden, und diese FETs weisen Transconductances auf, die mit denen von Si-nMOSFETS vergleichbar sind. Trotz des erheblichen Anwendungspotentials ist der Mechanismus, der zur Löcheranreicherung führt, weitgehend ungeklärt. Es steht nur fest, daß die Wasserstoffterminierung der Diamantoberfläche eine notwendige Voraussetzung ist. Wir haben ein Modell entwickelt, in dem der Elektronentransfer zwischen Diamant und der ubiquitären, oberflächlichen Wasserschicht für die Löcheranreicherung verantwortlich ist, so daß letztere effektiv als extrem flacher Akzeptor wirkt. Das Modell macht quantitative Aussagen über die Löcherkonzentration als Funktion der Parameter, die das elektrochemische Potential der Wasserschicht bestimmen. Diese Voraussagen und damit die Validität des Modells sollen durch die systematische Untersuchung der OFL unter kontrollierten atmosphärischen Bedingungen und in Elektrolyten einer kritischen Analyse unterzogen werden. Ein wesentlicher Aspekt ist dabei die möglichst vollständige Kontrolle der Diamantoberfläche mit den Methoden der Oberflächenphysik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Jürgen Ristein