Skalierbare Hochleistungsdioden mit 1D-Metall-Isolator-Graphen Geometrie für Hochfrequenzanwendungen basierend auf 2D-Materialien hergestellt mittels chemischer Gasphasenabscheidung

• Antragsteller: Dr. Zhenxing Wang
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391996624

In diesem Vorhaben wird eine Hochleistungsdiode basierend auf 2D-Materialien zusammen mit einem skalierten Herstellungsprozess entwickelt. Es handelt sich hierbei um eine neuartige 1D-Metal-Isolator-Graphen-Diode (MIG) mit einer lateralen Anordnung der drei Schichten, wobei sich der Graphen-Isolator-Übergang an der 1D-Kante des Graphens befindet. Eine der Hauptvorteile dieser 1D-Diodengeometrie ist die geringere Kapazität im Vergleich zur vertikalen Struktur für konventionelle Metall-Isolator-Metall-Dioden, die derzeit den Stand der Technik für Dioden basierend auf Dünnfilm-Technologie darstellen. Zudem ist die Stromdichte bei einer solchen 1D-Geometrie wesentlich höher. Beide Vorteile machen die 1D-Diode zu einem vielversprechenden Kandidaten für zukünftige Terahertz-Anwendungen aufgrund des sich ergebenden niedrigen Produkts aus Widerstand und Kapazität.Bei der Herstellung der Dioden wird einlagiges Graphen oben und unten von hexagonalen Bornitrid-Lagen (hBN) eingekapselt. Diese Einkapselung durch hBN ist ideal für diese 1D-Dioden, zum einen, weil aufgrund der zu Graphen ähnlichen hexagonalen Struktur und der schwachen van-der-Waals-Wechselwirkung zwischen hBN und Graphen die hohe Beweglichkeit von Graphen erhalten bleibt und zum anderen, weil hBN das Graphen zuverlässig vor der Umgebung schützt, was wichtig für die Langzeitstabilität von Bauelementen und Schaltungen ist.Um einen größflächigen Herstellungsprozess für die 1D-Dioden zu ermöglichen, werden die beiden benötigten 2D-Materialien, Graphen und hBN, größflächig mit chemischer Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD) gewachsen. Die Qualität der 2D-Materialien ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit der Dioden. Daher müssen wissenschaftliche Probleme beim CVD-Wachstum von 2D-Materialien intensiv untersucht werden, um sie im Anschluss hinsichtlich der Leistungsfähigkeit der Dioden zu lösen.Innerhalb des Vorhabens wird außerdem das Anwendungspotential der Hochleistungs-1D-Dioden für Hochfrequenzanwendungen wie z.B. Hochfrequenz-Leistungsdetektion oder Photodetektion demonstriert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Libo Gao