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Projekt
FOR 845: Selbstorganisierte Nanostrukturen durch niederenergetische lonenstrahlerosion
Fachliche Zuordnung
Physik
Förderung
Förderung von 2007 bis 2014
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 32645656
Forschungsziel ist es, ein grundlegendes Verständnis für die Nanostrukturierungsprozesse auf Halbleiteroberflächen durch niederenergetische Ionenstrahlen (bis einige keV) zu gewinnen. Dieses Verständnis soll alle Aspekte der Nanostrukturierung durch Ionenstrahlen umfassen, und zwar von einer Beschreibung der atomistischen Effekte bei der Ionenbestrahlung mittels experimenteller Untersuchungen und theoretischer Simulationen über die Untersuchung der Strukturbildungsprozesse auf mesoskopischer Skala und ihre Beschreibung durch adäquate theoretische Modelle bis hin zur Exploration von ausgewählten potenziellen Anwendungen.
Systematische Untersuchungen der Oberflächentopografie und Dynamik der Strukturentwicklung bei unterschiedlichen Erosionsparametern (Ionenenergie, Ionenfluenz, Einfallswinkel, Targetrotation) und Substrattemperaturen sollen ein grundlegendes Verständnis für die Selbstorganisationsphänomene liefern. Aufbauend auf dem erlangten Verständnis wird angestrebt, die Methode als alternatives Nanostrukturierungsverfahren zu etablieren. Gleichzeitig soll eine gesicherte Datenbasis erarbeitet werden.
Eine Besonderheit der Forschergruppe ist die starke inhaltliche Fokussierung, die ihren Ausdruck auch in einer Konzentration auf eine kleine Klasse von experimentell zu untersuchenden Materialien findet. Für die meisten grundlegenden experimentellen und theoretischen Untersuchungen stehen dabei Si- und Ge-Oberflächen im Vordergrund. Daneben sind einige anwendungsorientierte Untersuchungen an III-V Halbleitern geplant.
Bei den Anwendungen werden erste Nachweise über die veränderte Funktionalität der strukturierten Oberflächen oder Schichten erwartet. Beispielsweise soll der aus der Natur bekannte Mottenaugeneffekt über Selbstorganisationsprozesse auf nanostrukturierte Quarzglasoberflächen erzeugt und auf Eignung als breitbandige Entspiegelungsschichten (breitbandig bzgl. Lichtwellenlänge und Lichteinfallswinkel) im VUV-Spektralbereich getestet werden.
Von theoretischer Seite stellt die Erklärung der diversen Oberflächenstrukturen und ihrer raumzeitlichen Evolution eine besondere Herausforderung dar. In der Forschergruppe werden einerseits atomistische Simulationen über molekulardynamische und kinetische Monte-Carlo-Methoden und andererseits Kontinuumsmodelle für die raumzeitliche Entwicklung angewandt. Dabei wird durch sukzessive Erweiterung, Modifikation und Berücksichtigung weiterer experimenteller Details der nichtlokalen Kuramoto-Sivashinsky-Gleichungen ein weitgehend umfassendes theoretisches Bild der strukturbildenden Eigenschaften bei Ionenstrahlerosion basierend auf Kontinuumsgleichungen für die Oberflächentopografie angestrebt.
Systematische Untersuchungen der Oberflächentopografie und Dynamik der Strukturentwicklung bei unterschiedlichen Erosionsparametern (Ionenenergie, Ionenfluenz, Einfallswinkel, Targetrotation) und Substrattemperaturen sollen ein grundlegendes Verständnis für die Selbstorganisationsphänomene liefern. Aufbauend auf dem erlangten Verständnis wird angestrebt, die Methode als alternatives Nanostrukturierungsverfahren zu etablieren. Gleichzeitig soll eine gesicherte Datenbasis erarbeitet werden.
Eine Besonderheit der Forschergruppe ist die starke inhaltliche Fokussierung, die ihren Ausdruck auch in einer Konzentration auf eine kleine Klasse von experimentell zu untersuchenden Materialien findet. Für die meisten grundlegenden experimentellen und theoretischen Untersuchungen stehen dabei Si- und Ge-Oberflächen im Vordergrund. Daneben sind einige anwendungsorientierte Untersuchungen an III-V Halbleitern geplant.
Bei den Anwendungen werden erste Nachweise über die veränderte Funktionalität der strukturierten Oberflächen oder Schichten erwartet. Beispielsweise soll der aus der Natur bekannte Mottenaugeneffekt über Selbstorganisationsprozesse auf nanostrukturierte Quarzglasoberflächen erzeugt und auf Eignung als breitbandige Entspiegelungsschichten (breitbandig bzgl. Lichtwellenlänge und Lichteinfallswinkel) im VUV-Spektralbereich getestet werden.
Von theoretischer Seite stellt die Erklärung der diversen Oberflächenstrukturen und ihrer raumzeitlichen Evolution eine besondere Herausforderung dar. In der Forschergruppe werden einerseits atomistische Simulationen über molekulardynamische und kinetische Monte-Carlo-Methoden und andererseits Kontinuumsmodelle für die raumzeitliche Entwicklung angewandt. Dabei wird durch sukzessive Erweiterung, Modifikation und Berücksichtigung weiterer experimenteller Details der nichtlokalen Kuramoto-Sivashinsky-Gleichungen ein weitgehend umfassendes theoretisches Bild der strukturbildenden Eigenschaften bei Ionenstrahlerosion basierend auf Kontinuumsgleichungen für die Oberflächentopografie angestrebt.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Projekte
- Atomistische Mechanismen der Erosion von Halbleiteroberflächen (Antragsteller Urbassek, Herbert Michael )
- Atomistische Simulation der Selbstorganisation bei der Ionenstrahlerosion (Antragsteller Heinig, Karl-Heinz )
- Charakterisierung der ionenstrahlinduzierten Eigendefekt- und Metallionenverteilung in Silizium und deren Einfluss auf die Musterbildung (Antragsteller Pietsch, Ullrich )
- Entspiegelung von optischen Oberflächen für den VUV-Spektralbereich (Antragsteller Frost, Frank )
- Kontrollierte Selbstorganisation bei der niederenergetischen Ionenstrahlerosion von Silizium-Oberflächen durch Vorstrukturierung (Antragsteller Ziberi, Bashkim )
- Koordination der Forschungsgruppe 845 (Antragsteller Rauschenbach, Bernd )
- Mechanismen und Manipulation der Musterbildung auf Si(001) (Antragsteller Michely, Thomas Werner )
- Musterbildung auf Si- und Ge-Oberflächen durch niederenergetische Ionenstrahlerosion (Antragsteller Frost, Frank )
- Nanostrukturierung von Oberflächen mit direkter Extraktion der Ionen aus Plasmaquellen (Antragsteller Facsko, Stefan )
- Selbstorganisierte Oberflächenmuster auf Germanium durch schwere Clusterionen (Antragsteller Bischoff, Lothar )
- Stochastische nichtlineare Feldgleichungen zur Modellierung selbstorganisierter Nanostrukturen bei der Ionenstrahlerosion (Antragsteller Linz, Stefan Jakob )
Sprecher
Professor Dr. Bernd Rauschenbach
