Das gemeinsame Labor für hochentwickelten Magneto-Transport ist eine Einrichtung des Leibniz-Instituts für Kristallzüchtung und der Humboldt-Universität zu Berlin. Es verbindet die hervorragende Ausstattung und die komplementäre wissenschaftliche Expertise beider Institutionen, um modernste Hochmagnetfeld- und Tieftemperatur-Infrastruktur für die festkörperphysikalische und materialwissenschaftliche Forschung bereitzustellen und für beide Institutionen und deren Partner verfügbar zu machen, mit dem Ziel modernen elektronischen Materialien und Werkstoffen, insbesondere von Nano- und Quantenstrukturen im Bereich der Elektronik und Photonik zu untersuchen.
Die Erforschung von Transportphänomenen und Magneto-Transport ermöglicht die Bestimmung wichtiger materialspezifischer Parameter und die Untersuchung festkörperphysikalischer Effekte, die in der modernen Elektronik Anwendung finden. Umgekehrt lassen sich aus den elektrischen Messungen auch Rückschlüsse auf die Qualität des Materials, wie z.B. der Homogenität der Struktur ziehen.
Im JAMA werden drei, zwei-, ein- und nulldimensionalen Strukturen aus neuen Halbleitermaterialien, ultra-dünne Schichten, Nanostrukturen und Quantensystemen untersucht. Außerdem werden die Oberflächen- und Grenzflächeneffekte beim Spin-, Ladungs-, und Wärmetransport in kombinatorischen Materialsystemen aus Metallen, Halbleitern, Supraleitern und topologischen Isolatoren untersucht. Dies führt zu neuen Hybridstrukturen, z. B. Halbleiter/Supraleiter-Hybride oder Metall/Halbleiter-Hybride, die neue physikalische Phänomene aufweisen können. Physikalische Phänomene in Festkörpern, die in Abhängigkeit von elektrischen Feldern, schwachen und starken Magnetfeldern und der Temperatur untersucht werden, sind u.a. die Bestimmung von Transportparameter (Leitfähigkeit, Ladungsträgerdichte), Phasenübergänge, insbesondere zu kollektiven Zuständen (Supraleitung, Ladungsdichtewellen), niederdimensionale und topologische elektronische Zustände. Der Einfluss von Grenzflächen und Oberflächen und Dimensionalität wird in topologische Oberflächenzustände, Proximity-Effekten, Größeneffekte der Leitfähigkeit, des Magnetowiderstands, der Thermoelektrizität und Wärmeleitfähigkeit, und Quantenphänomenen untersucht.
JAMA ermöglicht die Charakterisierung von Materialien bei niedrigen Temperaturen bis zu 25 mK und hohen Magnetfeldern bis zu 12 T. Die niedrigen Temperaturen und hohen Magnetfelder werden mit einem Helium-3/Helium-4-basierten Oxford Instruments Kelvinox JT Einsatzes in Kombination mit einem Oxford Instruments Teslatron PT Kryostat mit geschlossenem Kreislauf erreicht. Das Labor ist mit modernster elektrischer Messtechnik ausgestattet.
Das JAMA trifft auf dem Campus Adlershof und in Berlin auf ein einzigartiges Umfeld aus universitären und außeruniversitären Forschungseinrichtungen und wird die Zusammenarbeit in Forschung und Lehre zwischen der Humboldt-Universität zu Berlin und dem Leibniz-Institut für Kristallzüchtung auf dem Gebiet der elektronischen Hochmagnetfeld- und Tieftemperatur-Transportphänomene stärken.
Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ):
wissenschaftliche Koordination: Dr. Andreas Fiedler
Sektion: Experimentelle Charakterisierung / Transport und elektrische Eigenschaften
Humboldt-Universität zu Berlin:
wissenschaftliche Koordination: Prof. Dr. Saskia F. Fischer
AG Neue Materialien / Institut für Physik & Center of the Sciences of Materials Berlin
GNM Webseite (Deutsch): https://www.physik.hu-berlin.de/de/gnm/neue-materialien
GNM Webseite (Englisch): https://www.physik.hu-berlin.de/en/gnm-en/neue-materialien
Das Deutsch-Chinesische Joint Lab zwischen der "School of Electronic Science and Engineering" an der Xi’an Jiatong Universität und dem Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) wurde während des internationalen Workshops „Oxide & Graphene“, der am 14. und 15. Januar 2020 stattfand, gegründet. Unsere Mission ist es, mit Blick auf die langfristige Perspektive der Erforschung von Grundlagen und Anwendungen von Dielektrika und 2D-Materialien, sowie der Ausbildung in diesem technologisch wichtigem Bereich, Kräfte zu bündeln.
Mit ihrer Fülle an funktionalen Eigenschaften sind dielektrische Oxidschichten und 2D-Materialien im Fokus weltweiter Untersuchungen, um einerseits die physikalischen Grundlagen auf atomarer Skala zu verstehen, als auch spezifische funktionale Eigenschaften für technische Anwendungen zu entwickeln. Die Komplexität dieser Materialsysteme hinsichtlich der Synthese und physikalischen Charakterisierung funktionaler Schichten, als auch der Prozessentwicklung und Integration von Bauteilen, übersteigt jedoch die Möglichkeiten und Kapazitäten einzelner Forschungseinrichtungen. IKZ und Jiatong Universität in Xi’an haben sich deshalb entschlossen ein gemeinsames Labor zu gründen, um von Synergien komplementärer Forschung und Ausbildung von Studenten zu profitieren. Es werden Online-Vorlesungen, Doktorandenaustausch, und internationale Workshops organisiert, um die gemeinsam gesteckten Ziele zu verwirklichen. Zur Zeit konzentriert sich die Forschung auf die Entwicklung bleifreier ferro- und piezoelektrischer Schichten für grüne Technologien im Bereich Sensorik und Energiegewinnung, z.B. für das kommende „Internet of Things“ (IoT). Zudem werden Grundlagenphysik und Fabrikationsprozesse von 2D-Materialien erforscht, mit der Vision, zukünftig neuartige 3D-Kristalle mittels atomaren Lage-bei-Lage Transfers zu realisieren.
Xi'an Jiaotong-Universität:
Leitung: Prof. Gang Niu
Prof. Gang Nius Internetpräsenz: http://gr.xjtu.edu.cn/web/gangniu
International School on Dielectics: http://esteie.xjtu.edu.cn/
IKZ:
Leitung: Dr. Jutta Schwarzkopf
Sektion: Nanostrukturen & Schichten / Dünne Oxidschichten
Dr. Jens Martin
Sektion: Nanostrukturen & Schichten / Dünne Oxidschichten / Thema: „2D goes 3D” by Layer Transfer
Das gemeinsame Labor für Elektronenmikroskopie ist eine Einrichtung des Leibniz-Instituts für Kristallzüchtung und der Humboldt-Universität zu Berlin. Es verbindet die hervorragende Ausstattung und die komplementäre wissenschaftliche Expertise beider Institutionen, um modernste Methoden der Elektronenmikroskopie zu entwickeln und für beide Institutionen und deren Partner verfügbar zu machen mit dem Ziel Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in kristallinen Materialien zu untersuchen.
Die Elektronenmikroskopie ist die vielseitigste Technik, um korrelierte Informationen über strukturelle und physikalische Eigenschaften von Festkörpern mit hoher räumlicher Auflösung zu erhalten. Transmissionselektronenmikroskopie und Rastertransmissions-Elektronenmikroskopie haben in den letzten Jahren enorme methodische Fortschritte gemacht. Die Möglichkeit, aberrationskorrigierte Linsen zu realiseren, erlaubt es, echte atomare Auflösung mit einer Auflösung von 0,05 nm zu erreichen und atomare Positionen mit einer Genauigkeit im pm-Bereich zu messen. Analytische Methoden ermöglichen heute die chemische Kartierung mit atomarer Auflösung; die Elektronenverlust-Spektroskopie erzielt eine Energieauflösung, die mit der in Synchrotrons erreichbaren konkurriert. Die Entwicklung schneller Kameras mit Einzelelektronenempfindlichkeit und von neuen Probenhaltern, die es ermöglichen, Prozesse in situ unter Vorspannung, bei hoher Temperatur und unter Umgebungsdruck zu verfolgen, erlauben es, Prozesse in Festkörpern mit atomarer Auflösung zu verfolgen.
JEMA stellt neueste Geräte in der strukturellen und analytischen Elektronenmikroskopie zur Verfügung. Während das IKZ ein aberrationskorrigiertes (S)TEM (FEI Titan 80-300) zur Verfügung stellt, das mit einer schnellen CETA2-Kamera (bis zu 400 Bilder pro Sekunde) und neuesten In-situ-Haltern ausgestattet ist, die den Betrieb unter Vorspannung und Erwärmung (Protochips Fusion) und bei verschiedenen Gasatmosphären bis zu Atmosphärendruck und Temperaturen bis zu 1000°C (Protochips Atmosphere) ermöglichen, verfügt die Humboldt-Universität über (S)TEMs, ausgestattet für energiedispersive Spektroskopie und Energieverlustspektroskopie.
Das Leibniz-Institut für Kristallzüchtung bringt neben dem (Raster-)Transmissions-Elektronenmikroskop zusätzlich zwei Rasterelektronenmikroskope in das Zentrum ein, darunter ein vollständig analytisches Dualbeammikroskop (FEI Nova 600), mit dem Proben mit einem Ionenstrahl strukturiert und elektronentransparente Lamellen aus ausgewählten Bereichen hergestellt werden können. Dieses Mikroskop bietet zusätzlich energiedispersive und Wellenlängenspektroskopie sowie Elektronenrückstreuungs-beugung. Ein SEM-Thermo-Fisher-Apreo S mit drei In-Lens-Detektoren und einem STEM-Detektor ist mit einer He-Kühlstufe und einem Gatan Monarc CL-System ausgestattet, um die optischen Eigenschaften von Halbleitern zu untersuchen.
JEMA war die erste gemeinsame Aktivität auf dem Gebiet der Elektronenmikroskopie in Adlershof. Ein ähnliches Zentrum besteht mittlerweile zwischen dem Helmholtz Zentrum Berlin und der HU Berlin auf dem Gebiet der Kryomikroskopie. Weitere gemeinsame Labore sind auf dem Weg. Damit entwickelt sich der Campus Adlershof zunehmend zu einem Zentrum für Elektronenmikroskopie in Berlin.
Das Joint Lab zwischen dem Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) und dem Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) bündelt und koordiniert die Aktivitäten des IKZ auf dem Science-Campus Hamburg Bahrenfeld. Angesiedelt im Center for X-Ray Nanoscience (CXNS) ist es integraler Bestandteil der Kooperation zwischen den beiden Institutionen. Das Joint Lab unterstützt die In-House Forschung am IKZ durch den Zugang zu modernen Synchrotronmethoden. Darüber hinaus werden hier gemeinsam kristalline Materialien des IKZ und neue Methoden für die Forschung an Synchrotrons zur Verbesserung existierender und zukünftiger Strahlungsquellen entwickelt. Ein wichtiges Beispiel sind passive und aktive Röntgenoptiken. Als drittes Standbein treibt das Joint Lab gemeinsam mit dem DESY Innovation Office den Transfer IKZ-eigener Forschungsergebnisse in die Praxis, z.B. durch die Gründung von StartUps voran.
Im Bereich der experimentellen Infrastruktur betreibt die IKZ-Gruppe Röntgenoptik am Joint Lab gemeinsam mit DESY Nanolab ein Laserlabor zur zeitaufgelösten, ultraschnellen Spektroskopie. Hier können IKZ-Materialien mit optischen Methoden charakterisiert werden. Das Labor wird zudem für Vorstudien von Strahlzeiten am Synchrotron genutzt.
Das deutsch-amerikanische Joint Lab zwischen der Cornell University und dem Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) wurde 2020 mit der Ernennung von Prof. Darrell G. Schlom zum Leibniz Chair am IKZ ins Leben gerufen. Dem ist eine über zwei Jahrzehnte andauernde ergebnisreiche Zusammenarbeit der AG Oxide & Fluoride mit D.G. Schlom und seiner Forschungsgruppe vorausgegangen. Unsere gemeinsame Zielsetzung ist die aufeinander abgestimmte Forschung zur Entwicklung von großflächigen einkristallinen Oxidsubstraten, die die Entwicklung von Materialien mit außergewöhnlichen Eigenschaften für die nächste Generation von oxidbasierten elektronischen Bauelementen ermöglicht.
Ziel dieser Zusammenarbeit ist es, dünne Filme von komplexen Oxiden mit wesentlich verbesserten elektronischen Eigenschaften oder mit spektakulären neuen physikalischen Phänomenen zu erzeugen. Dabei setzen wir auf vielversprechende Systeme, bei denen diese besonderen Schichteigenschaften durch geeignete Substrate verwirklicht werden können. Die interessierenden elektronischen Eigenschaften und Phänomene beinhalten Supraleitfähigkeit, Ferroelektrizität, Ferromagnetismus, Antiferromagnetismus, Piezoelektrizität, Pyroelektrizität, Multiferroelektrizität, Metall-Isolator-Übergänge, Katalyse, elektrische Mobilität, hohe Spinpolarisation, Thermoelektrizität, nichtlineare optische, magnetoelektrische, magnetooptische und magnetothermische Effekte. Komplexe Oxide sind für viele dieser Eigenschaften wahre Rekordhalter. Allerdings sind in vielen Fällen die Eigenschaften von neuartigen Dünnschichten nicht mit Volumenkristallen vergleichbar, da bis heute keine geeigneten Substrate kommerziell verfügbar sind. Dies ist bei einem großen Teil von Perowskiten, Pyrochloren, Magnetoplumbiten und bei einer Vielzahl von anderen komplexen Oxiden der Fall.
Bei der Realisierung der gewünschten Eigenschaften nehmen isostrukturelle Substrate mit guter Gitterübereinstimmung eine Schlüsselstellung ein. Unsere Zusammenarbeit umfasst zwei Arten von Substraten mit verschiedenen Anforderungen. Dies sind einerseits gitterangepasste Substrate für die stabilen Polymorphe komplexer Oxide, deren herausragende Eigenschaften bisher nicht in Dünnschichtform erreicht werden konnten. Zum anderen beinhaltet die Zusammenarbeit die Entwicklung von Substraten für epitaktisch aufgewachsene metastabile Polymorphe von Oxiden, die als Volumenkristall nicht herstellbar sind. Das vielversprechende Potential des letztgenannten Ansatzes wurde durch ein gemeinsames Experiment demonstriert. Die darauf beruhende Veröffentlichung von Haeni et al. (2004) erwies sich als richtungsweisend für die Forschung auf dem Gebiet des Strain-Engineering von komplexen Oxiden.
Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ):
Koordination: Dr. Christo Guguschev
Sektion: Oxide & Fluoride / Substratkristalle für funktionelle Oxide
Cornell University:
Koordination: Prof. Darrell G. Schlom
Herbert Fisk Johnson Professor für Industrielle Chemie in der Abteilung Materialwissenschaften & Leibniz Chair am IKZ
Cornell Webseite: http://schlom.mse.cornell.edu/
Leibniz Chair: https://www.leibniz-gemeinschaft.de/ueber-uns/international/leibniz-chairs.html
J. H. Haeni, P. Irvin, W. Chang, R. Uecker, P. Reiche, Y. L. Li, S. Choudhury, W. Tian, M. E. Hawley, B. Craigo, A. K. Tagantsev, X. Q. Pan, S. K. Streiffer, L. Q. Chen, S. W. Kirchoefer, J. Levy & D. G. Schlom
Room-temperature ferroelectricity in strained SrTiO3
Nature
DOI: https://doi.org/10.1038/nature02773
K.J. Choi, M.D. Biegalski, Y.L. Li, A. Sharan, J. Schubert, R. Uecker, P. Reiche, Y.B. Chen, X.Q. Pan, V. Gopalan, L.-Q. Chen, D.G. Schlom, and C.B. Eom
Enhancement of Ferroelectricity in Strained BaTiO3 Thin Films
Science
DOI: https://doi.org/10.1126/science.1103218
J.H. Lee, L. Fang, E. Vlahos, X. Ke, Y.W. Jung, L.F. Kourkoutis, J-W. Kim, P.J. Ryan, T. Heeg, M. Roeckerath, V. Goian, M. Bernhagen, R. Uecker, P.C. Hammel, K.M. Rabe, S. Kamba, J. Schubert, J.W. Freeland, D.A. Muller, C.J. Fennie, P. Schiffer, V. Gopalan, E. Johnston-Halperin, and D.G. Schlom
A Strong Ferroelectric Ferromagnet Created by means of Spin-Lattice Coupling
Nature
DOI: https://doi.org/10.1038/nature10219
D. G. Schlom, L. Chen, C. J. Fennie, V. Gopalan, D. A. Muller, X. Pan, R. Ramesh and R. Uecker
Elastic strain engineering of ferroic oxides
MRS BULLETIN
DOI: https://doi.org/10.1557/mrs.2014.1
N.M. Dawley, E.J. Marksz, A.M. Hagerstrom, G.H. Olsen, M.E. Holtz, V. Goian, C. Kadlec, J. Zhang, X. Lu, J.A. Drisko, R. Uecker, S. Ganschow, C.J. Long, J.C. Booth, S. Kamba, C.J. Fennie, D.A. Muller, N.D. Orloff, and D.G. Schlom
Targeted Chemical Pressure Yields Tunable Millimetre-Wave Dielectric
Nature Materials
DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-019-0564-4
C. Guguschev, D. Klimm, M. Brützam, T.M. Gesing, M. Gogolin, H. Paik, A. Dittmar, V.J. Fratello, D.G. Schlom
Single crystal growth and characterization of Ba2ScNbO6 – A novel substrate for BaSnO3 films
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2019.125263
A patent application is ongoing (US reference number: 16/424,987)
Um die langjährige Zusammenarbeit zwischen dem Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) und Prof. Dr. Norbert Koch, Humboldt-Universität zu Berlin, zu fördern, richten beide Partner im Jahr 2024 auf dem Campus Adlershof das „Joint Laboratory for Novel 2D Materials Synthesis and Electron Spectroscopy - JL-2DSES“ ein. Ziel des JL-2DSES ist es, eine hochmoderne Materialsynthese- und Elektronenspektroskopie-Infrastruktur für die Festkörperphysik und Materialwissenschaft an neuartigen zweidimensionalen (2D) Materialien bereitzustellen. Der Schwerpunkt liegt auf der Molekularstrahlepitaxie (MBE) zur Erzeugung extrem dünner kristalliner (Hetero-)Strukturen und der Photoelektronenspektroskopie (PES) als oberflächensensitive Methode der chemischen und Bandstruktur-Analyse.
Das JL-2DSES bietet eine einzigartige Forschungsumgebung für universitäre und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen auf dem Campus Adlershof und in Berlin. Neben der Möglichkeit, mit Partnern aus dem Bereich der Material- und Bauelementeherstellung zu kooperieren, eröffnen sich neue Perspektiven für interdisziplinäre Ansätze zur Materialsynthese und -charakterisierung. Das JL-2DSES soll eine Anlaufstelle für wissenschaftliche Einrichtungen und die Industrie sein, wenn es um Fragen der Elektronenspektroskopie moderner elektronischer Materialien, insbesondere in den Bereichen Elektronik, Optoelektronik und Photonik, sowie um die Synthese von 2D-Materialien geht. JL-2DSES ist langfristig angelegt mit dem Ziel, die komplementären personellen und materiellen Ressourcen des IKZ und der HU bestmöglich zu koordinieren und Synergien für Forschung, Lehre und Ausbildung zu schaffen.
Die beständige Weiterentwicklung von funktionalen Quantenmaterialien ist eine vorrangige Aufgabe für Materialwissenschaften und angewandte Forschung. Unter den existierenden Quantenmaterialsystemen nehmen 2D-Materialien eine herausragende Stellung ein. Das vollständige Potential an Funktionalitäten wird aber erst durch die Möglichkeit neuer Heterostrukturen begründet. Genau hier greift die strategische wissenschaftliche Zusammenarbeit „Layer Transfer für 2D-Heterostrukturen“ an.
Layer Transfer erlaubt prinzipiell das Zusammenfügen kristalliner Materialien quasi losgelöst von den thermodynamischen, kinetischen oder geometrischen Limitierungen (Kristallgitterdimension und Symmetrie, Kombination thermodynamischer Phasen, Benetzungseigenschaften) des klassischen Volumen- und Dünnfilmwachstums. Somit können zukünftig innovative kristalline Heterostrukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften in revolutionärer Weise synthetisiert werden. Insbesondere wurde mit 2D-Kristallen [Graphen, Übergangsmetall-Dichalkogenide (TMDC), hexagonales Bornitrid (hBN)] gezeigt, dass sich neue Materialeigenschaften und spezifische Funktionalitäten von Bauelementen alleine durch besondere Abfolge und Orientierung von 2D-Schichten erreichen lassen. Solche künstliche Heterostrukturen lassen sich oftmals nur über Layer Transfer realisieren und gerade nicht über etabliertes Kristallwachstum. Deshalb hat sich Layer Transfer als neue „bottom-up“ Methode zum Aufbau neuartiger „2D goes 3D“ Materialien etabliert und stellt einen fundamental neuen Syntheseweg kristalliner Materialien dar.
Unsere strategische Kooperation „Layer Transfer für 2D-Heteroschichten“ sehen wir als integralen Teil der übergeordneten Anstrengungen zur Materialsouveränität und wir haben den Anspruch, zur Entwicklung von Quantenmaterialien im Berliner Raum ganz wesentlich beizutragen.
Eine erfolgreiche Zusammenarbeit versprechen die komplementäre Expertise der AG Layer Transfer von Dr. Martin und der AG HYD von Prof. List-Kratochvil, welche natürliche Synergieeffekte und eine ideale Grundlage für den wissenschaftlichen Austausch und die Entwicklung neuer Forschungsvorhaben bietet.
Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ)
Koordination:
Dr. Jens Martin
https://www.ikz-berlin.de/forschung-lehre/nanostrukturen-schichten/sektion-halbleiternanostrukturen
IRIS-Adlershof
Koordination:
Dr. rer. nat. Sylke Blumstengel
Hybrid Devices Group, Institut für Physik, Institut für Chemie & IRIS Adlershof
http://www.hyd.iris-adlershof.de/
Am IKZ werden Kristalle (Si, Ge, GaAs, InP, Oxide, Fluoride, AlN) mit sehr unterschiedlichen, insbesondere mechanischen, Eigenschaften hergestellt und müssen als Vorbereitung für unterschiedliche Charakterisierungsverfahren zu maßgeschneiderten Proben verarbeitet werden.
Für die strukturelle und optische Charakterisierung werden typischerweise Wafer oder Längsschnitte mit polierten Oberflächen hergestellt und anschließend geätzt oder durchstrahlt. Für die Herstellung der benötigten Oberflächengüte stehen mehrere Laborpoliermaschinen zur Verfügung auf denen mit verschiedenen Poliermitteln mit rein mechanischen aber auch chemisch-mechanischen Prozessen poliert werden kann. Für Laseranwendungen werden zusätzlich 3D-Proben benötigt bei denen exakte Winkel der Probenoberflächen zueinander realisiert werden müssen. Neben präzisen Säge- und Poliermaschinen stehen dafür Röntgen- und Lasermessgeräte zur Verfügung mit denen die Proben vor der Bearbeitung exakt ausgerichtet werden können.
Auf Anfrage bietet das IKZ auch für externe Kunden einen Bearbeitungsservice für die oben genannten Materialien an.
Um die Lücke zwischen Kristallcharakterisierung und Prototypenentwicklung von Bauelementen zu schließen, konzentrieren wir uns auf die Herstellung von Teststrukturen für elektrische Messungen an dünnen Schichten und 2D-Kristallen. Wir verwenden Elektronenstrahllithographie und direktes Laserschreiben, um mikroskopische Strukturen zu realisieren. Das Teststrukturlabor wird in Zusammenarbeit mit Prof. E. List-Kratochvil, Center for the Science of Materials Berlin (CSMB), Humboldt-Universität zu Berlin, betrieben.
Bei elektrischen Bauelementen aus dünnen epitaktischen Schichten herrschen oftmals sehr große elektrische Felder, wobei lokale Defekte die Funktionalität der Bauelemente stark negativ beeinflussen können. Kleine elektrische Kontakte minimieren Fehlfunktionen und erlauben zudem eine gute Statistik. Eine weitere Anwendung von Lithographie ist die elektrische Charakterisierung von 2D-Kristalliten. Wegen der unregelmäßigen Form muss auch die Form der elektrischen Kontakte individuell angepasst werden.
Hao Chen, Pinjia Zhou, Jiawei Liu, Jiabin Qiao, Barbaros Oezyilmaz, Jens Martin
Gate controlled valley polarizer in bilayer graphene
Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-020-15117-y
Mit dem EFRE-Applikationslabor wird seit März 2017 die Zielstellung verfolgt, oxidische Funktionsschichten mit hoher struktureller Perfektion für anwendungsrelevante Bauelementteststrukturen zu entwickeln, wie z.B. halbleitende Gallium-Oxid-Schichten (Ga2O3) für vertikale Leistungs-Bauelemente, resistiv schaltbare Strontium-Titanat-Schichten (SrTiO3) für ReRAMs und piezoelektrische Kalium-Natrium-Niobat-Schichten ((K,Na)NbO3) für akustische Oberflächenwellen-Sensoren.
Dies umfasst die Abscheidung und Charakterisierung von einkristallinen, defektarmen Oxidschichten mit definierten, durch Dotierung und Verspannungen angepassten elektrischen und strukturellen Eigenschaften. Um eine hohe strukturelle Perfektion bei den Schichten zu erreichen wird in der Sektion „Dünne Oxidfilme“ die Methode der metall-organischen Gasphasenepitaxie (MOVPE) eingesetzt, welche durch ihr Skalierungspotential bereits in der Industrie die Abscheidemethode der Wahl ist. In dem Applikationslabor streben wir Synergien insbesondere mit regionalen akademischen und industriellen Partnern an.
Für die zuverlässige Bewertung des Kristallwachstums und der Dotierung bzw. von Verunreinigungen ist die regelmäßige Messung der chemischen Zusammensetzung sowohl der Ausgangsmaterialien als auch der Kristallprodukte notwendig. Unser chemisches Analyselabor führt Massen- und Spurenelementanalysen mit dem ICP-OES-Instrument (für die meisten Elemente) und spezielle Spurenanalysen von H, C, N, O und S mit speziellen Inertgasanalysegeräten durch.
Chemische Analysen werden hauptsächlich mit der optischen Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) und der Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) durchgeführt. Vor der ICP-OES-Messung müssen die zu messenden Materialien zunächst mit einer geeigneten Methode, die speziell für jedes Material entwickelt werden muss, aufgelöst (aufgeschlossen) werden. RFA-Messungen werden hauptsächlich für ein Mapping der chemischen Zusammensetzung mit einer Auflösung von 25 µm eingesetzt. Die Kernkompetenz des IKZ liegt in der Messung von oxidischen (z.B. Ga2O3, REScO3) und fluoridischen (z.B. CaF2, BaMgF4) Materialien.
Auf Anfrage bietet das IKZ auch Messdienstleistungen für externe Kunden an.