Arbeitsgruppe Physikalische Charakterisierung - Überblick

Die Gruppe Physikalische Charakterisierung untersucht die am IKZ gezüchteten Volumenkristalle und Epitaxieschichten mittels Röntgenbeugung, optischer Spektroskopie und Bildgebung, elektrischer Messungen sowie verwandter Techniken. Diese Methoden ermöglichen Aussagen zur Realstruktur der Kristalle, zu Spannungszuständen in Epitaxieschichten, zur Verteilung von Versetzungen und Präzipitaten, zur elektrischen Leitfähigkeit, einschließlich Konzentration und Beweglichkeit der Ladungsträger sowie die Identifizierung und Quantifizierung von Punktdefekten und das Aufzeigen ihrer Auswirkungen auf die optischen und elektrischen Eigenschaften. Diese Informationen dienen einerseits der Optimierung der Züchtungsprozesse, andererseits tragen sie zu einem besseren Verständnis grundlegender und anwendungsrelevanter Kristalleigenschaften bei.

Als externe Serviceleistungen werden darüber hinaus die röntgenographische Bestimmung der Kristallorientierung und von Kristallphasen, die Messung des optischen Transmissionsgrades im Wellenlängenbereich von 120 nm bis 2.5 µm, die Ermittlung der elektrischen Eigenschaften von Halbleiterkristallen, die infrarotspektroskopische Analyse von Verunreinigungen (z. B. Sauerstoff, Kohlenstoff oder Stickstoff in Silizium) oder die Abbildung dekorierter Versetzungsnetzwerke über makroskopische Kristallbereiche mittels Streulichttomographie angeboten. 

Schlüsselpublikationen

M. Schmidbauer, D. Braun, T. Markurt, M. Hanke, and J. Schwarzkopf
Strain Engineering of Monoclinic Domains in K0.9Na0.1NbO3 Epitaxial Layers: A Pathway to Enhanced Piezoelectric Properties
Nanotechnology 28 (2017) 24LT02
doi:10.1088/1361-6528/aa715a

 

M. Schmidbauer, M. Hanke, A. Kwasniewski, D. Braun, L. von Helden, C. Feldt, S. J. Leake, and J. Schwarzkopf
Scanning X-Ray Nanodiffraction from Ferroelectric Domains in Strained K0.75Na0.25NbO3 Epitaxial Films Grown on (110) TbScO3
J. Appl. Cryst. 50 (2017) 519
doi:10.1107/S1600576717000905

 

K. Irmscher, M. Naumann, M. Pietsch, Z. Galazka, R. Uecker, T. Schulz, R. Schewski, M. Albrecht, and R. Fornari
On the nature and temperature dependence of the fundamental band gap of In2O3
Physica status solidi (a) 211 (2014) 54
doi/10.1002/pssa.201330184

 

K. Irmscher, C. Hartmann, C. Guguschev, M. Pietsch, J. Wollweber, and M. Bickermann
Identification of a tri-carbon defect and its relation to the ultraviolet absorption in aluminum nitride
Journal of Applied Physics 114 (2013) 123505
doi:10.1063/1.4821848

 

M. Schmidbauer, J. Schwarzkopf and A. Kwasniewski
High-Precision Absolute Lattice-Parameter Determination of SrTiO3, DyScO3 and NdGaO3 Single Crystals
Acta Cryst. B68 (2012) 8
doi:10.1107/S0108768111046738

 

K. Irmscher, Z. Galazka, M. Pietsch, R. Uecker, and R. Fornari
Electrical properties of b-Ga2O3 single crystals grown by the Czochralski method
Journal of Applied Physics 110 (2011) 063720
doi:10.1063/1.3642962

Arbeitsgruppe Physikalische Charakterisierung - Methoden

Röntgenbeugung:

  • hochauflösende Diffraktometrie
  • Reflektometrie
  • Pulverdiffraktometrie
  • Texturbestimmung
  • Röntgen-Topographie
  • Orientierungsverfahren
  • Rocking-Kurven-Mapping
  • diffuse Streuung mittels Synchrotronstrahlung (ESRF, BESSY, DESY)

Optische bildgebende Verfahren:

  • Streulichttomographie (Laser Scattering Tomography)
  • Photolumineszenz-Intensitätsverteilung
  • Spannungs-Doppelbrechung
  • NIR-Transmissions-Abbildung
  • Spektrale Transmission bei Temperaturen bis 1600 °C

Spektroskopie:

  • Transmission/Reflexion (VUV - FIR)
  • Photolumineszenz
  • Mikro-Raman-Streuung
  • photothermische Ionisation
  • Elektronenspinresonanz

Elektrische Messungen:

  • Leitfähigkeit/Hall-Effekt
  • Kapazitätsspektroskopie (DLTS incl. C-V/C-f/I-V-Messungen)
  • Ladungsträgerlebensdauer (µ-PCD)
  • Verteilung der lateralen Photospannung (LPS)

Mikroskopie und Ätztechniken: 

  • VIS-/IR-/Fluoreszenz-Mikroskopie
  • Atomkraftmikroskopie (AFM)
  • Defektätzungen, EPD, Phasengrenze

Arbeitsgruppe Physikalische Charakterisierung - Publikationen

D. Klimm, C. Guguschev, D. J. Kok,  M. Naumann, L. Ackermann, D. Rytz, M. Peltz, K. Dupré, M. D. Neumann, A. Kwasniewski, D. G. Schlom, M. Bickermann
Crystal growth and characterization of the pyrochlore Tb2Ti2O7
CRYSTENGCOM 19 (2017) 3908 - 3914
doi: 10.1039/c7ce00942a

D. Szalkai, Z. Galazka, K. Irmscher, P. Tüttó, A. Klix, D. Gehre
β-Ga2O3 Solid-State Devices for Fast Neutron Detection
IEEE TRANS NUCL SCI 64 (2017) 1574 - 1579
doi:10.1109/TNS.2017.2698831

D. Braun, M. Schmidbauer, M. Hanke, A. Kwasniewski, J. Schwarzkopf
Tunable ferroelectric domain wall alignment in strained monoclinic KxNa1-xNbO3 epitaxial films
APPL PHYS LETT 110 (2017)  232903
doi.org/10.1063/1.4985191

M. Schmidbauer, D. Braun, T. Markurt, M. Hanke, J. Schwarzkopf
Strain Engineering of Monoclinic Domains in KxNa1-xNbO3 Epitaxial Layers: A Pathway to Enhanced Piezoelectric Properties
NANOTECHNOLOGY 28 (2017)  24LT02
doi.org/10.1088/1361-6528/aa715a

Yu. I. Mazur, V. G. Dorogan, L. Dias, D. Fan, M. Schmidbauer, M. E. Ware, Z. Ya. Zhuchenko, S. S. Kurlov, G. G. Tarasov, S.–Q. Yu, G. E. Marques, G. J. Salamo
Luminescent properties of GaAsBi /GaAs double quantum well heterostructures
J LUMIN 188 (2017) 209 - 216
doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.04.025

M. Schmidbauer, M. Hanke, A. Kwasniewski, D. Braun, L. von Helden, C. Feldt, S. J. Leake, J. Schwarzkopf
Scanning X-Ray Nanodiffraction from Ferroelectric Domains in Strained K0.75Na0.25NbO3 Epitaxial Films Grown on (110) TbScO3
J APPL CRYST 50 (2017)  519 - 525
doi.org/10.1107/S1600576717000905

Z. Galazka, R. Uecker, D. Klimm, K. Irmscher, M. Naumann, M. Pietsch, A. Kwasniewski, R. Bertram, S. Ganschow, M. Bickermann
Scaling-Up of Bulk β-Ga2O3 Single Crystals by the Czochralski Method
ECS J SOLID STATE SCI TECHN 6 (2017) Q3007 - Q3011
doi: org/10.1149/2.0021702jss

R. Uecker, R. Bertram, M. Brützam, Z. Galazka, T. M. Gesing, C. Guguschev, D. Klimm, M. Klupsch, A. Kwasniewski, D. G. Schlom
Large-Lattice-Parameter Perovskite Single-Crystal Substrates
J CRYST GROWTH 457 (2017) 137 - 142    
doi.10.1016/j.jcrysgro.2016.03.014

Z. Galazka, R. Uecker, K. Irmscher, D. Klimm, R. Bertram, A. Kwasniewski, M. Naumann, R. Schewski, M. Pietsch, U. Juda, A. Fiedler, M. Albrecht,S. Ganschow, T. Markurt, C. Guguschev, M. Bickermann
Melt Growth and Properties of Bulk BaSnO3 Single Crystals
J PHYS-CONDENS MAT 29 (2017) 075701
doi: org/10.1088/1361-648X/aa50e2

M. Baldini, M. Albrecht, A. Fiedler, K. Irmscher, R. Schewski, G. Wagner
Si- and Sn-Doped Homoepitaxial β-Ga2O3 Layers Grown by MOVPE on (010)-Oriented Substrates
ECS J SOLID STAT SCI TECHN 6 (2016) Q1-Q5             
doi: org/10.1149/2.0081702jss

B. Cai, J. Schwarzkopf, E. Hollmann, D. Braun, M. Schmidbauer, T. Grellmann,R. Wördenweber
Electronic Characterization of Polar Nanoregions in Relaxor-Type Ferroelectric NaNbO3 Films.
PHYS REV B 93 (2016) 224107
doi: 10.1103/PhysRevB.93.224107

J. A. Steele, R. A. Lewis, J. Horvat, M. J. B. Nancarrow, M. Henini, D. Fan, Y. I. Mazur, M. Schmidbauer, M. E. Ware, S.-Q. Yu,  G. J. Salamo
Surface Effects of Vapour-Liquid-Solid Driven Bi Surface Droplets Fromed During Molecular-Beam-Epitaxy of GaAsBi.
SCI REPORTS 6 (2016) 28860
doi: 10.1038/srep28860

A.J. Green, K.D. Chabak, E.R. Heller, R.C. Fitch, M. Baldini, A. Fiedler, K. Irmscher, G. Wagner, Z. Galazka,
S.E. Tetlak, A. Crespo, K. Leedy, G. H. Jessen
3.8-MV/cm Breakdown Strength of MOVPE-Grown Sn-Doped β-Ga2O3 MOSFETs.
IEEE ELECTR DEVICE L 37 (2016) 902 - 905
doi: 10.1109/LED.2016.2568139

M. Baldini, M. Albrecht, A. Fiedler, K. Irmscher, D. Klimm, R. Schewski, G. Wagner
Semiconducting Sn-Doped β-Ga2O3 Homoepitaxial Layers Grown by Metal Organic Vapour-Phase Epitaxy.
J Mater Sci 51 (2016) 3650 – 3656
doi: 10.1007/s10853-015-9693-6

S. Höfer, R. Uecker, A. Kwasniewski, J. Popp, Th. G. Mayerhöfer
Complete Dispersion Analysis of Single Crystal Yttrium Orthosilicate.        
VIB SPECTROSC 83 (2016) 151 – 158            
doi.org/10.1016/j.vibspec.2016.01.004

R.A. Kornev, P.G. Sennikov, D.A. Konychev, A.M. Potapov, D.Yu. Chuvilin, P.A. Yunin, S. A. Gusev, M. Naumann
Hydrogen Reduction of 98MoF6 in RF Discharge.
J Radioanal Nucl Chem 309 (2016) 833-840
DOI 10.1007/s10967-015-4687-z

S. Ganschow, A. Kwasniewski, D. Klimm
Conditions for the Growth of Fe1−xO Crystals Using the Micro-Pulling-Down Technique.
J. Crystal Growth 450 (2016) 203-206
doi:10.1016/j.jcrysgro.2016.06.033

C. Hartmann, J. Wollweber, S. Sintonen, A. Dittmar, L. Kirste, S. Kollowa, K. Irmscher, M. Bickermann
Preparation of Deep UV Transparent AlN Substrates with High Structural Perfection for Optoelectronic Devices.
CrystEngComm 18 (2016) 3488 - 3497
doi: 10.1039/c6ce00622a

D.J. Kok, C. Guguschev, T. Markurt, M. Niu, R. Bertram, M. Albrecht, K. Irmscher
Origin of Brown Coloration in Top-Seeded Solution Grown SrTiO3 Crystals.
CRYSTENGCOMM (2016)
doi:10.1039/c6ce00247a

F. Langhans, S. Kiefer, C. Hartmann, T. Markurt, T. Schulz, C. Guguschev, M. Naumann, S. Kollowa, A.  Dittmar, J. Wollweber, M. Bickermann
Precipitates Originating from Tungsten Crucible Parts in AlN Bulk Crystals Grown by the PVT Method.
CRYST RES TECHNOL 51 (2016) 129 - 136
doi:10.1002/crat.20150020

J. Schwarzkopf, D. Braun, M. Hanke, A. Kwasniewski, J. Sellmann, M. Schmidbauer
Monoclinic MA Domains in Anisotropically Strained, Ferroelectric K0.75Na0.25NbO3 Films on (110) TbScO3 Grown by MOCVD.
J. Appl. Cryst. 49 (2016)  375 - 384    
doi:10.1107/S1600576716000182

F. Willems, C. Smeenk, N. Zhavoronkov, O. Kornilov, I. Radu, M. Schmidbauer, M. Hanke, C. von Korff Schmising, M.J.J. Vrakking, S. Eisebitt
Probing Ultrafast Spin Dynamics with High-Harmonic Magnetic Circular Dichroism Spectroscopy.
PHYS REV B 92 (2015) 220405
doi:10.1105/PhysRevB.92.220405

G. Wang, M. Amman, H. Mei, D. Mei,  K. Irmscher, Y. Guan, G. Yang
Crystal Growth and Detector Performance of Large Size High-Purity Ge Crystals.
MAT SCI SEMICON PROC 39 (2015) 54 - 60
doi:10.1016/j.mssp.2015.04.044

D. Gogova, M. Schmidbauer, A. Kwasniewski
Homo- and Heteroepitaxial Growth of Sn-Doped β-Ga2O3 Layers by MOVPE.
CRYSTENGCOMM 17 (2015) 6744 - 6752
doi:10.1039/C5CE01106J

Z. Galazka, D. Klimm, K. Irmscher, R. Uecker, M. Pietsch, R. Bertram, M. Naumann, M. Albrecht, A. Kwasniewski, R. Schewski, M. Bickermann
MgGa2O4 as a New Wide Bandgap Transparent Semiconducting Oxide: Growth and Properties of Bulk Single Crystals.
PHYS STATUS SOLIDI A 212 (2015) 1455 - 1460
doi:10.1002/pssa.201431835

S. Höfer, R. Uecker, A. Kwasniewski, J. Popp, T.G. Mayerhöfer
Complete Dispersion Analysis of Single Crystalneodymium Gallate.
VIB SPECTROSC 78 (2015) 17 - 22
doi:10.1016/j.vibspec.2015.03.003

S. Höfer, R. Uecker, A. Kwasniewski, J. Popp, T.G. Mayerhöfer
Dispersion Analysis of Arbitrarily Cut Uniaxial Crystals.
VIB SPECTROSC 78 (2015) 23 - 33
doi:10.1016/j.vibspec.2015.03.004

D.J. Kok, K. Irmscher, M. Naumann, C. Guguschev,  Z. Galazka, R. Uecker
Temperature-Dependent Optical Absorption of SrTiO3.
PHYS STATUS SOLIDI A 212 (2015) 1880 - 1887
doi:10.1002/pssa.201431836

C. Guguschev, D.J. Kok, Z. Galazka , D. Klimm , R. Uecker , R. Bertram , M. Naumann , U. Juda , A. Kwasniewski, M. Bickermann
Influence of Oxygen Partial Pressure on SrTiO3 Bulk Crystal Growth from Non-Stoichiometric Melts.
CRYSTENGCOMM 17 (2015) 3224 - 3234
doi:10.1039/C5CE00095E 

C. Guguschev, Z. Galazka , D.J. Kok , U. Juda , A. Kwasniewski, R. Uecker 
Growth of SrTiO3 Bulk Single Crystals Using Edge-Defined Film-Fed Growth and the Czochralski Methods.
CRYSTENGCOMM 17 (2015) 4662 - 4668
doi:10.1039/C5CE00798D

C. Guguschev, R. Tagle, U. Juda, A. Kwasniewski
Microstructural Investigations of SrTiO3 Single Crystals and Polysilicon Using a Powerful New X-Ray Diffraction Surface Mapping Technique.
J APPL CRYSTALLOGR 48 (2015) 1883 - 1888
doi: 10.1107/S1600576715019949

S. Bin Anooz, P. Petrik, M. Schmidbauer, T. Remmele, J. Schwarzkopf
Refractive Index and Interband Transitions in Strain Modified NaNbO3 Thin Films Grown by MOCVD.
J PHYS D APPL PHYS 48 (2015) 385303
doi:10.1088/0022-3727/48/38/385303

M. Albrecht, R. Schewski, K. Irmscher, Z. Galazka, T. Markurt, M. Naumann, T. Schulz, R. Uecker, R. Fornari, S. Meuret and M. Kociak
Coloration and Oxygen Vacancies in Wide Band Gap Oxide Semiconductors: Absorption at Metallic Nanoparticles Induced by Vacancy Clustering - a Case Study on Indium Oxide.
J APPL PHYS 115 (2014) 053504 
doi.org/10.1063/1.4863211

Y.I. Mazur, V. G. Dorogan, L. de Souza , D. Fan, M. Benamara, M. Schmidbauer, M.E. Ware, G.G. Tarasov, S.-Q. Yu, G.E. Marques, G.J. Salamo
Effect of AlGaAs Cladding Layers on the Luminescences of GaAs/GaAs1-xBix /GaAs Heterostructures.
NANOTECHNOLOGY 25 (2014) 035702
doi:10.1088/0957-4484/25/3/035702

M. Schmidbauer, J. Sellmann, D. Braun, A. Kwasniewski, A. Duk, J. Schwarzkopf
Ferroelectric Domain Structure of NaNbO3 Epitaxial Thin Films Grown on (110) DyScO3 Substrates.
PHYS STATUS SOLIDI-R 8 (2014) 522 - 526
doi:10.1002/pssr.201409012

M. Baldini, D. Gogova, K. Irmscher, M. Schmidbauer, G. Wagner and R. Fornari
Heteroepitaxy of Ga2(1-X)In2xO3 Layers by MOVPE with Two Different Oxygen Sources. 
CRYST RES TECHNOL 49 (2014) 552 - 557 
doi:10.1002/crat.201300410

G. Wagner, M. Baldini, D. Gogova, M. Schmidbauer, R. Schewski, M. Albrecht, Z. Galazka, D.Klimm, R. Fornari
Homoepitaxial Growth of β-Ga2O3 Layers by Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy. 
PHYS STATUS SOLIDI A 211 (2014) 27 - 31
doi:10.1002/pssa.201330092

Z. Galazka, K. Irmscher, R. Uecker, R. Bertram, M. Pietsch, A. Kwasniewski, M. Naumann, T. Schulz, R. Schewski, D. Klimm, M. Bickermann
On the Bulk β-Ga2O3 Single Crystals Grown by the Czochralski Method. 
J CRYST GROWTH 404 (2014) 184 - 191 
doi:10.1016/j.jcrysgro.2014.07.021

K. Irmscher, M. Naumann, M. Pietsch, Z. Galazka, R. Uecker, T. Schulz, R. Schewski, M. Albrecht and R. Fornari
On the Nature and Temperature Dependence of the Fundamental Band Gap of In2O3. 
PHYS STATUS SOLIDI A  211 (2014) 54 - 58
doi:10.1002/pssa.201330184

D. Gogova, G. Wagner, M. Baldini, M. Schmidbauer, K. Irmscher, R. Schewski, Z. Galazka, M. Albrecht and R. Fornari
Structural Properties of Si-Doped β-Ga2O3 Layers Grown by MOVPE. 
J CRYST GROWTH 401 (2014) 665 - 669
doi:10.1016/j.jcrysgro.2013.11.056

A. Mogilatenko, H. Kirmse, O. Bierwagen, M. Schmidbauer, M. Y. Tsai, I. Häusler, M. E. White, J. S. Speck
Effect of Heavy Ga Doping on Defect Structure of SnO2 Layers.
PHYS STATUS SOLIDI A 211 (2014) 87 - 92
doi:10.1002/pssa.201330145

A. Duk, M. Schmidbauer, J. Schwarzkopf;
Anisotropic One-Dimensional Domain Pattern in NaNbO3 Epitaxial Thin Films Grown on (110) TbScO3. 
APPL PHYS LETT 102 (2013) 091903  
doi:10.1063/1.4794405

Z. Galazka, K. Irmscher, M. Pietsch, T. Schulz, R. Uecker, D. Klimm, R. Fornari;
Effect of Heat Treatment on Properties of Melt-Grown Bulk In2O3 Single Crystals. 
CRYSTENGCOMM 15 (2013) 2220 - 2226
doi:10.1039/C2CE26413G

Y.I. Mazur, V.G. Dorogan, M. Benamara, M.E. Ware, M. Schmidbauer, G.G. Tarasov, S.R. Johnson, X. Lu,S-Q. Yu, T. Tiedje, G. J. Salamo
Effect of Spatial Confinement and Layer Disorder in Photoluminescence of GaAs1-xBix/GaAs Nanostructures.
J PHYS D APPL PHYS 46 (2013) 065306
doi:10.1088/0022-3727/46/6/065306

K. Irmscher, C. Hartmann, C. Guguschev, M. Pietsch, J. Wollweber, M. Bickermann
Identification of a Tri-Carbon Defect and Its Relation to the Ultraviolet Absorption in Aluminum Nitride.
J APPL PHYS 114  (2013) 123505
doi:10.1063/1.4821848

R. Wördenweber, J. Schwarzkopf, E. Hollmann, A. Duk, B. Cai, M. Schmidbauer
Impact of Compressive In-Plane Strain on the Ferroelectric Properties of Epitaxial NaNbOfilms on (110) NdGaO3. 
APPL PHYS LETT 103 (2013) 132908  
doi:10.1063/1.4822328

F. Katmis, M. Schmidbauer, S.M. Bokoch, P. Rodenbach, H. Riechert, R. Calarco
Long-Range Crystal-Lattice Distortion Fields of Epitaxial GeSbTe Phase-Change Materials.
PHYS STATUS SOLIDI B 251 (2013) 769 - 773
doi:10.1002/pssb.201350138 

Z. Galazka, R. Uecker, K Irmscher, D. Schulz, D. Klimm, M. Albrecht, M. Pietsch, S. Ganschow, A. Kwasniewski, R. Fornari
Melt Growth, Characterization and Properties of Bulk In2O3 Single Crystals.
J CRYST GROWTH 362 (2013) 349 - 352
doi:10.1016/j.jcrysgro.2011.10.029

Yu.I. Mazur, V.G. Dorogan, M. Schmidbauer, G.G. Tarasov, S.R. Johnson, X. Lu, M.E. Ware, S.-Q. Yu, T. Tiedje, and G.J. Salamo
Strong Excitation Intensity Dependence of the Photoluminescence Line Shape in GaAs1-xBix Single Quantum Well Samples.
J APPL PHYS 113 (2013) 144308
doi:10.1063/1.4801429

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