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Projekt
Elektrisch detektierte magnetische Resonanz zur Erhöhung der Sensitivität von ESR Spektroskopie an einkristallinen Oberflächen unter Ultrahochvakuumbedingungen
Antragsteller
Professor Dr. Thomas Risse
Fachliche Zuordnung
Analytische Chemie
Förderung
Förderung von 2015 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276451810
Die Empfindlichkeit konventioneller Elektronen Spin Resonanz (ESR) Spektroskopie auf einkristallinen Oberflächen unter Ultrahochvakuum (UHV) Bedingungen ist oftmals zu klein, um die kleine Anzahl paramagnetischer Defekte auf wohl geordneten Oberflächen zu detektieren. Elektrische Detektion des Signals, auch als EDMR bekannt, ermöglicht es die Empfindlichkeit konventioneller cw-ESR Spektroskopie um viele Größenordnungen zu erhöhen. Mit EDMR Experimenten konnten schon deutlich unter 1000 Spins detektiert werden. In diesem Projekt soll die elektrische Detektion des ESR Signals in eine UHV Maschine integriert werden, um paramagnetische Defekte auf einkristallinen Halbleiteroberflächen zu detektieren. Paramagnetische Defekte spielen eine große Rolle für die funktionellen Eigenschaften von Si-basierten Bauteilen wie z.B. Solarzellen, da sie zu Zuständen in der Bandlücke führen, die als Rekombinationszentren für Ladungsträger wirken können. Die Eigenschaften dieser Defekte sind stark von den Umgebungsbedingungen abhängig und können durch verschiedene thermische und chemische Behandlungen so verändert werden, dass der Wirkungsgrad der Systeme signifikant verbessert werden kann. Aufgrund der bislang fehlenden in-situ Untersuchungen ist eine genaue Analyse der Auswirkungen der verschiedenen Behandlungen auf die Oberflächen und Grenzflächendefekte schwierig. Innerhalb des Projekts sollen zum einen die paramagnetischen Oberflächendefekte der niedrig indizierten Siliziumoberflächen (001) und (111) unter UHV Bedingungen charakterisiert werden. Im Anschluss soll deren Veränderung durch gezielte Modifikation beispielsweise mit Hilfe von Sauerstoff oder Wasserstoffatomen studiert werden und so eine direkte Korrelation zwischen den Veränderungen der Oberfläche und den beobachteten Änderungen der Defekte ermöglicht werden.In einem zweiten Teil des Projekts soll diese Strategie auf Charakterisierung paramagnetischer Defekte auf einkristallinem kubischen SiC(001) Oberflächen ausgeweitet werden. Neben der Charakterisierung der sauberen Oberfläche in Abhängigkeit der Terminierung und einfacher Adsorpate wie Sauerstoff und Wasserstoff soll im speziellen die Auswirkung der Adsorption von Molekülen wie oligo(3-hexylthiophene) (P3HT), die als organische Phase in SiC-basierten Hybridsolarzellen verwendet werden, auf die elektrisch aktiven Defekte dieser Oberflächen studiert werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
