Das Zukunftspotenzial der Quantentechnologie und insbesondere des Quantencomputings ist sehr hoch. SiGe Heterostrukturen stellen dabei eine der vielversprechendsten Materialplattformen dar, denn sie verbinden hohe kristalline Perfektion und Reinheit mit potenziell einfacher Skalierbarkeit und bieten die Möglichkeit zur Schaffung einer spin-neutralen Umgebung für Quantenpunkte durch Isotopenanreicherung.

Das IKZ hat es sich zur Aufgabe gemacht, seine Kompetenzen in der Verarbeitung von isotopenangereicherten Halbleitermaterialien wie ²⁸Si, ⁷²Ge, und ⁷⁶Ge zu bündeln und damit hochwertige Quantenmaterialien zur Verfügung zu stellen.

Die Forschung unserer Gruppe konzentriert sich auf das Wachstum von SiGe-basierten Heterostrukturen mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) und deren Charakterisierung für die Anwendungen im Bereich der Quantentechnologie. Unser Fokus liegt auf kernspinfreien SiGe/Si/SiGe und SiGe/Ge/SiGe Heterostrukturen für Spin-Qubits, sowie Si/SiO2 Strukturen (Silicon on Insulator, SOI) für optische Quantenemitter. Von besonderer wissenschaftlicher Bedeutung hierbei ist das Erzielen möglichst atomar glatter Grenzflächen, die Realisierung niedriger Versetzungsdichten, sowie die Vermeidung chemischer Kontaminationen.

Ein neues Paradigma für den Aufbau kristalliner Materialien wird durch Layertransfer etabliert, eine Methode zum Aufbau neuartiger funktioneller kristalliner Heterostrukturen, die aufgrund von Inkompatibilitäten von Gitterparametern, Symmetrie usw. nicht mit herkömmlichen epitaktischen Methoden gezüchtet werden können. Wir streben einen umfassenden und flexiblen technischen Ansatz an, um die Umsetzung verschiedener Anforderungen in der Grundlagen- und angewandten Forschung zu erleichtern und suchen nach Synergien mit lokalen akademischen und industriellen Partnern.

Unser Ziel ist das epitaktische Wachstum von 2D-van-der-Waals-Materialien im Wafermaßstab (bis zu 2 Zoll) und kombiniert dabei die Vorteile verschiedener Dünnschichtwachstumstechniken. Mit einer Layertransferstation, die unter Hochvakuumbedingungen ferngesteuert werden kann, können die epitaktischen Filme und aus 2D-Kristallen exfolierten Monolagen in einer präzise kontrollierten Stapelsequenz auf die gewünschten Zielwafer übertragen werden.

In der Grundlagenforschung liegt ein besonderes Interesse an emergenten Phasen wie stark korrelierter elektronischer Materie in 2D-Heterostrukturen, auch sind zuverlässige Einzelphotonenemitter für Quantenanwendungen stark gefragt. In der angewandten Forschung können Hochleistungssysteme durch die Kombination der besten Materialien für die beste Funktion in einem hybriden Ansatz realisiert werden.