In diesem Jahr ehrt die Deutsche Gesellschaft für Kristallzüchtung und Kristallwachstum (DGKK) den Postdoktoranden Dr. Ta-Shun Chou vom IKZ mit dem Nachwuchswissenschaftlerpreis für seine hervorragende Forschung zur Entwicklung eines MOVPE (metallorganischer Gasphasenepitaxie) Wachstumsprozesses für β-Galliumoxidfilme (β-Ga2O3). Dabei beschleunigte er seine experimentelle Arbeit durch die Verwendung maschinellen Lernens. Mit dem DGKK Nachwuchswissenschaftlerpreis würdigt die Gesellschaft die herausragenden wissenschaftlichen Leistungen des jungen Wissenschaftlers im Bereich des Kristallwachstums. Der Preis ist mit 2.500€ dotiert. Die Preisverleihung fand am 7. März 2024 im Rahmen der Deutschen Kristallzüchtertagung (DKT) in Erlangen statt.
β-Ga2O3 hat aufgrund seiner extrem breiten Bandlücke (~4.8 eV), des hohen theoretischen Durchbruchfeldes (8 MV/cm) und der daraus resultierenden potenziellen Kostenvorteile gegenüber SiC und GaN zunehmende Aufmerksamkeit erlangt. Diese Eigenschaften machen Galliumoxid zu einem vielversprechenden Kandidaten für Hochleistungs- und Hochspannungsanwendungen, mit dem Potenzial, die Energieumwandlungseffizienz für u. a. die elektrische Mobilität, erneuerbare Energiesysteme und Stromnetze zu steigern. Dr. Chou begann seine Doktorarbeit im Jahr 2020 im Rahmen des vom BMBF geförderten Verbundprojekts "ForMikro-GoNext" in der Forschungsgruppe epitaktisches Wachstum von halbleitendem Galliumoxid unter der Leitung von Dr. Andreas Popp (Abteilung Nanostrukturen & Dünne Oxidfilme unter der Leitung von Dr. Jutta Schwarzkopf). Die Arbeit von Dr. Chou repräsentiert einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet des MOVPE-Wachstums von β-Ga2O3, einem Schlüsselthema am IKZ, und zeigt signifikante Verbesserung gegenüber dem aktuellen Stand der Technik.
Die in seiner Arbeit entwickelte Wachstumstechnik basierend auf der Theorie eines Ga-Adlayers dient zur Realisierung hochwertiger β-Ga2O3-Filme mit einer Dicke im Mikrometerbereich mit herausragenden elektrischen Eigenschaften. Die Arbeit von Dr. Chou erzielte bahnbrechende Ergebnisse mit der homoepitaktischen Abscheidung von 4 μm dicken (100) orientierten β-Ga2O3-Filmen, welche durch Beibehaltung des entscheidenden Stufenflusswachstums hohe elektrische Eigenschaften aufweisen. Eine solch exzellente Filmqualität ist dabei für die Bauelemententwicklung unerlässlich. Seine experimentelle Arbeit unterstützte Dr. Chou durch den Einsatz künstlicher Intelligenz, was zu erheblichen Kosteneinsparungen bei der Prozessentwicklung sowie verbesserter Interpretierbarkeit der experimentellen Daten führte. Darüber hinaus widmet er sich auch der Entwicklung eines algorithmusgestützten Ansatzes zur in-situ-Überwachung des Homoepitaxieprozesses, was ein großes Potenzial für zukünftige industrielle Anwendungen bietet.
Mit den Durchbrüchen in der β-Ga2O3-Technologie am IKZ hat die Materialentwicklung einen entscheidenden Schritt in Richtung der Realisierung hochwertiger effizienterer Leistungsbauelemente gemacht. Seit 2023 bedient das IKZ kommerzielle Anfragen nach Czochralski-gezüchteten β-Ga2O3-Substraten und β-Ga2O3-Epiwafern (https://www.ikz-berlin.de/angebot/galliumoxid). Das Epitaxieforschungsteam (Dr. Popp und Dr. Chou) sowie der Leiter der Gruppe zur Charakterisierung elektrischer Eigenschaften Dr. Andreas Fiedler haben das kommerzielle Potenzial maßgeschneiderter β-Ga2O3-Epiwafer erkundet. Mit dem Startup-Projekt NextGO Epi ist das IKZ-Team dem Berliner Startup-Inkubator INAM (Innovation Network for Advanced Materials) beigetreten und hat den Wettbewerb (AdMaLab 2023) unter den sechs ausgewählten Startups am Demo Day (am 28.02.2024) gewonnen.
